Хлорат натрия – неорганическое соединение с химической формулой NaClO3 . Это белый кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде. Он гигроскопичен . Он разлагается при температуре выше 300 °C с выделением кислорода [4] и образованием хлорида натрия . Ежегодно производится несколько сотен миллионов тонн, в основном для отбеливания целлюлозы для производства бумаги высокой белизны . [7]
В промышленности хлорат натрия получают электролизом концентрированных растворов хлорида натрия. Все остальные процессы устарели. Процесс хлората натрия не следует путать с хлорщелочным процессом , который представляет собой промышленный процесс электролитического производства гидроксида натрия и газообразного хлора.
Общую реакцию можно упростить до уравнения:
Сначала хлорид окисляется с образованием промежуточного гипохлорита ClO - , который подвергается дальнейшему окислению до хлората по двум конкурирующим путям реакции: (1) анодное образование хлората в пограничном слое между электролитом и анодом и (2) автоокисление гипохлорита в объемный электролит.
При электролизе на катоде образуются водород и гидроксид натрия, а на аноде разряжаются ионы хлора ( часто используют смешанный металлоксидный электрод). Выделившийся хлор не выделяется в виде газа, а подвергается гидролизу:
Гидролиз хлора считается быстрым. Образование ионов H + должно привести к сильному закислению пограничного слоя на аноде, что наблюдается при низких концентрациях хлоридов. Однако большие концентрации хлоридов, встречающиеся в промышленных хлоратных электролизерах, смещают равновесие гидролиза влево. В пограничном слое концентрация H + недостаточно высока, чтобы обеспечить диффузию в объем электролита. Поэтому водород отводится от анода преимущественно в виде хлорноватистой кислоты, а не в виде H + . Хлорноватистая кислота диссоциирует в объемном электролите, где pH высокий, и ион гипохлорита диффундирует обратно к аноду. Более двух третей гипохлорита расходуется на буферизацию до достижения анода. Остаток отводится на анод с образованием хлората и кислорода:
Автоокисление хлорноватистой кислоты в объемном электролите протекает по упрощенному общему уравнению:
Ему предшествует диссоциация части участвующей хлорноватистой кислоты:
Реакция требует определенного расстояния от анода, чтобы протекать в значительной степени, где электролит достаточно буферизован гидроксилом, образующимся на катоде. Затем гипохлорит реагирует с остальной кислотой:
Помимо анодного расстояния, автоокисление также зависит от температуры и pH. Типичная ячейка работает при температуре от 80 ° C до 90 ° C и при pH 6,1–6,4.
Независимо от направления реакции для получения 1 моля хлората требуется удаление 6 моль хлорида. Однако путь анодного окисления требует 50% дополнительной электроэнергии. Поэтому промышленные элементы оптимизированы для содействия автоокислению. Образование хлората на аноде рассматривается как реакция потерь и сведено к минимуму конструкцией.
Другие реакции потерь также снижают выход по току и должны подавляться в промышленных системах. Основные потери происходят за счет обратного восстановления гипохлорита на катоде. Реакцию подавляют добавлением в электролит небольшого количества дихромата (1–5 г/л). Пористая пленка гидроксида хрома образуется катодным осаждением. Пленка препятствует диффузии анионов к катоду, тогда как облегчается доступ катионов и их восстановление. Пленка перестает расти сама по себе после достижения определенной толщины. [7]
Основное коммерческое применение хлората натрия — производство диоксида хлора (ClO 2 ). Наибольшее применение ClO 2 , на долю которого приходится около 95% использования хлората, приходится на отбеливание целлюлозы. Все остальные, менее важные хлораты получают из хлората натрия, обычно путем метатезиса солей с соответствующим хлоридом. Все перхлоратные соединения получают в промышленности путем окисления растворов хлората натрия электролизом. [7]
Хлорат натрия используется как неселективный гербицид . Считается фитотоксичным для всех зеленых частей растений. Он также может убить человека за счет поглощения корней.
Хлорат натрия можно использовать для борьбы с различными растениями, включая ипомею , расторопшу , траву Джонсона , бамбук , крестовник и зверобой . Гербицид в основном используется на несельскохозяйственных землях для точечной обработки и для тотального контроля растительности на участках, включая обочины дорог, заборы и канавы. Хлорат натрия также используется в качестве дефолианта и осушителя для:
При применении в сочетании с атразином увеличивается стойкость эффекта. При использовании в сочетании с 2,4-D производительность улучшается. Хлорат натрия оказывает стерилизующее действие на почву . Смешивание с другими гербицидами в водном растворе возможно в некоторой степени, если они не подвержены окислению.
Продажа хлората натрия в качестве средства для уничтожения сорняков была запрещена в Европейском Союзе в 2009 году из-за опасности для здоровья, при этом существующие запасы должны быть использованы в течение следующего года. [8]
Химические генераторы кислорода , например, в коммерческих самолетах, обеспечивают пассажиров аварийным кислородом, чтобы защитить их от падения давления в салоне. Кислород образуется при высокотемпературном разложении хлората натрия: [9]
Тепло, необходимое для инициирования этой реакции, генерируется за счет окисления небольшого количества железного порошка, смешанного с хлоратом натрия, при этом реакция потребляет меньше кислорода, чем образуется. Пероксид бария ( Ba O 2 ) используется для поглощения хлора , который является второстепенным продуктом разложения. [10] Заряд воспламенителя активируется при надевании аварийной маски. Аналогичным образом, в сварочной системе Solidox для выработки кислорода использовались гранулы хлората натрия, смешанные с горючими волокнами.
Хлорат натрия можно смешать с сахарозой, чтобы получить высокоэнергетическое топливо, похожее на порох , которое горит в герметичных помещениях. Это реакция:
Однако этот хлорат натрия в основном заменяется хлоратом калия . [ нужна цитата ]
Хлорат натрия можно использовать с соляной кислотой (или также серной кислотой и хлоридом натрия , в результате реакции которых образуется HCl) для хлорирования ароматических соединений без использования органических растворителей. В этом случае его функция заключается в окислении HCl с получением in-situ либо HOCl, либо Cl 2 (в зависимости от pH), которые являются активными хлорирующими агентами. [11]
Хлорат натрия токсичен: «дозы в несколько граммов хлората смертельны». [7] (ld50 перорально крысам, 1200 мг/кг) Окислительное воздействие на гемоглобин приводит к образованию метгемоглобина , за которым следует денатурация белка глобина и перекрестное связывание мембранных белков эритроцитов с последующим повреждением мембранных ферментов. Это приводит к повышению проницаемости мембраны и тяжелому гемолизу . Денатурация гемоглобина подавляет возможности метаболического пути G6PD . Кроме того, этот фермент непосредственно денатурирует хлорат.
Результатом является острый тяжелый гемолиз с полиорганной недостаточностью , включая ДВС-синдром и почечную недостаточность . Кроме того, существует прямая токсичность для проксимальных почечных канальцев . [12] Лечение будет состоять из обменного переливания крови , перитонеального диализа или гемодиализа . [13]
Хлорат натрия выпускается в форме пыли , спрея и гранул. Смеси хлоратов и органических соединений представляют серьезную опасность взрыва [14].
Имеющиеся в продаже составы содержат антипирен . Большинство коммерчески доступных хлоратных средств борьбы с сорняками содержат примерно 53% хлората натрия, а остальное приходится на противопожарные средства, такие как метаборат натрия или фосфаты аммония .
Хлорат натрия является активным ингредиентом различных коммерческих гербицидов. Некоторые торговые названия продуктов, содержащих хлорат натрия, включают Atlacide, Defol, De-Fol-Ate, Drop-Leaf, Fall, Harvest-Aid, Kusatol, Leafex и Tumbleaf. Соединение можно использовать в сочетании с другими гербицидами, такими как атразин, 2,4-Д, бромацил , диурон и метаборат натрия.
Хлорат натрия широко использовался в ЕС до 2009 года, когда он был отменен после решения, принятого в соответствии с правилами ЕС. Его использование в качестве гербицида за пределами ЕС остается неизменным, как и его использование в других негербицидных целях, например, в производстве биоцидов диоксида хлора и для отбеливания целлюлозы и бумаги.
Историк Джеймс Уотсон из Университета Мэсси в Новой Зеландии написал широко освещаемую статью «Значение взрывающихся брюк мистера Ричарда Бакли » [15] [16] о несчастных случаях с хлоратом натрия, когда он использовался в качестве гербицида для борьбы с амброзией в 1930-х годах. [17] Позже это принесло ему Шнобелевскую премию в 2005 году, [18] и послужило основой для эпизода «Взрывающиеся штаны» в мае 2006 года в сериале «Разрушители мифов» .
