Гипохлорит натрия

Гипохлорит натрия

Гипохлорит натрия — NaOCl, неорганическое соединение, натриевая соль хлорноватистой кислоты. Тривиальное название водного раствора соли — «лабарракова вода» или «жавелевая вода».

Гипохлорит натрия
Общие
Систематическое
наименование
Гипохлорит натрия
Традиционные названия Гипохлорит натрия,
лабарракова вода, жавелевая вода
Хим. формула NaOCl
Рац. формула NaOCl
Физические свойства
Молярная масса 74,443 г/моль
Плотность пентагидрат: 1,574 г/см³;
1,1
Термические свойства
Температура
 • плавления NaOCl · 5H2O: 24,4 °C;
NaOCl · 2,5H2O: 57,5
 • разложения 5%-й раствор: 40 °C
Энтальпия
 • образования пентагидрат: − 350,4 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость
 • в воде NaOCl · 5H2O (20 °C): 53,4
 • в воде NaOCl · 2,5H2O (50 °C): 129,9
Классификация
Рег. номер CAS 7681-52-9
PubChem
Рег. номер EINECS 231-668-3
SMILES
InChI
RTECS NH3486300
ChEBI 32146
Номер ООН 1791
ChemSpider
Безопасность
Токсичность Едкое вещество, окислитель, токсичный (в больших дозах), опасность для окружающей среды
Пиктограммы СГС Пиктограмма «Коррозия» системы СГСПиктограмма «Окружающая среда» системы СГСПиктограмма «Восклицательный знак» системы СГСПиктограмма «Опасность для здоровья» системы СГС
NFPA 704

Соединение в свободном состоянии очень неустойчиво, обычно используется в виде относительно стабильного пентагидрата NaOCl · 5H2O или водного раствора, имеющего характерный резкий запах хлора и обладающего высокими коррозионными свойствами.

Соединение — сильный окислитель, содержит 95,2 % активного хлора. Обладает антисептическим и дезинфицирующим действием. Используется в качестве бытового и промышленного отбеливателя и дезинфектанта, средства очистки и обеззараживания воды, окислителя для некоторых процессов промышленного химического производства. Как бактерицидное и стерилизующее средство применяется в медицине, пищевой промышленности и сельском хозяйстве.

По мнению издания The 100 Most Important Chemical Compounds (Greenwood Press, 2007), гипохлорит натрия входит в сотню самых важных химических соединений.

История открытия

В 1774 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле был открыт хлор. Спустя 11 лет в 1785 году (по другим данным — в 1787 году), другой химик, француз Клод Луи Бертолле, обнаружил, что водный раствор этого газа ) обладает отбеливающими свойствами.

При температурах выше 35 °C распад сопровождается реакцией диспропорционирования:

При диапазоне pH от 5 до 10, когда концентрация хлорноватистой кислоты в растворе становится заметной, разложение идёт по следующей схеме:

В кислой среде разложение HOCl ускоряется, а в очень кислой среде (pH < 3) при комнатной температуре наблюдается распад по следующей схеме:

  • сульфиты окисляются в сульфаты, нитриты – в нитраты, оксалаты и формиаты – в карбонаты и т. п.:

Водный раствор гипохлорита натрия можно получить обменной реакцией карбоната натрия с гипохлоритом кальция:

Процесс на катоде:

Процесс в электролизёре за счёт химического взаимодействия образующихся продуктов:

Общая схема процесса:

Электрохимический метод используется, в основном, для получения дезинфицирующего раствора для систем водоочистки. Удобство этого метода заключается в том, что производство гипохлорита не требует поставок хлора, его можно производить сразу на месте водоподготовки, избежав, тем самым, расходов на доставку; кроме того, метод позволяет производить гипохлорит в достаточно широком диапазоне объёмов выработки: от очень малых до крупнотоннажных.

В мире существуют множество различных производителей электролизёров для получения растворов гипохлорита натрия, среди которых наиболее распространены системы компании Severn Trent De Nora: Seaclor и Sanilec.

Система Seaclor® является преобладающей технологией производства гипохлорита натрия из морской воды электрохимическим методом, занимая свыше 70 % всех мировых мощностей. Более 400 установок Seaclor® работают в 60 странах; их суммарная производительность составляет порядка 450 тыс. тонн NaOCl в год, единичная мощность колеблется в диапазоне 227—22 680 кг/день. Установки позволяют получать концентрацию активного хлора в растворе в диапазоне 0,1—0,25 %.

Установки Sanilec® выпускаются производительностью от 1,2 (портативные генераторы) до 21 600 кг/день, концентрация активного хлора составляет 0,05—0,25 %.

Характеристика продукции, обращение, хранение и транспортировка

В Российской Федерации гипохлорит натрия выпускается в соответствии с ГОСТ 11086-76 «Гипохлорит натрия. Технические условия». В соответствии с этим документом, по назначению NaOCl делится на две марки, характеристики которых представлены ниже:

Наименование показателя Марка А Марка Б
  Внешний вид Жидкость зеленовато-жёлтого цвета
  Коэффициент светопропускания Не менее 20 %
  Массовая концентрация активного хлора, г/дм³, не менее 190 170
  Массовая концентрация щёлочи в пересчёте на NaOH, г/дм³ 10—20 40—60
  Массовая концентрация железа, г/дм³, не более 0,02 0,06
  Область применения В химической промышленности для обеззараживания воды, дезинфекции и отбелки В витаминной промышленности (как окислитель) и для отбеливания ткани

Гипохлорит натрия должен храниться в защищённых от света, специальных полиэтиленовых, стальных гуммированных или других, покрытых коррозионно-стойкими материалами ёмкостях, наполненных на 90 % объёма и оборудованных воздушником для сброса образующегося при распаде кислорода. Перевозка продукции осуществляется в соответствии с правилами транспортировки опасных грузов.

Растворы товарного гипохлорита натрия со временем теряют свою активность из-за разложения NaOCl. Следующая таблица наглядно показывает, что с течением времени концентрация активного вещества в растворах уменьшается. Тем не менее, как видно из полученной диаграммы, с уменьшением концентрации гипохлорита скорость его распада также уменьшается и промышленные растворы стабилизируются:[стр. 469]:

Концентрация NaOCl, % Период полуразложения, дней
25 °C 35 °C
    15 144 39
    12 180 48
    9 240 65
    6 360 97
    3 720 194
    1 2160 580

Наиболее стабильны для хранения водные растворы гипохлорита, имеющие pH в диапазоне 11,86−13:[стр. 470].

Применение

Обзор направлений использования

Гипохлорит натрия является безусловным лидером среди гипохлоритов других металлов, имеющих промышленную значимость, занимая 91 % мирового рынка. Почти 9 % остаётся за гипохлоритом кальция, гипохлориты калия и лития имеют незначительные объёмы использования.

Весь широкий спектр использования гипохлорита натрия можно разбить на три условные группы:

  • использование для бытовых целей;
  • использование для промышленных целей;
  • использование в медицине.

Бытовое использование включает в себя:

  • использование в качестве средства для дезинфекции и антибактериальной обработки;
  • использование для отбеливания тканей;
  • химическое растворение санитарно-технических отложений.

Промышленное использование включает в себя:

  • промышленное отбеливание ткани, древесной массы и некоторых других продуктов;
  • промышленная дезинфекция и санитарно-гигиеническая обработка;
  • очистка и дезинфекция питьевой воды для систем коммунального водоснабжения;
  • очистка и обеззараживание промышленных стоков;
  • химическое производство.

По оценке экспертов IHS, около 67 % всего гипохлорита натрия используется в качестве отбеливателя и 33 % для нужд дезинфекции и очистки, причём последнее направление имеет тенденцию к росту. Наиболее распространённое направление промышленного использования гипохлорита (60 %) — дезинфекция промышленных и бытовых сточных вод. Общий глобальный рост объёмов промышленного потребления NaOCl в 2012—2017 гг оценивается в 2,5 % ежегодно. Рост мирового спроса на гипохлорит натрия для бытового использования в 2012—2017 гг оценивается примерно в 2 % ежегодно.

Бытовой отбеливатель Clorox

Применение в бытовой химии

Гипохлорит натрия находит широкое применение в бытовой химии и входит в качестве активного ингредиента в состав многочисленных средств, предназначенных для отбеливания, очистки и дезинфекции различных поверхностей и материалов. В США примерно 80 % всего гипохлорита, используемого домохозяйствами, приходится на бытовое отбеливание. Обычно в быту применяются растворы с концентрацией в диапазоне от 3 до 6 % гипохлорита.

Коммерческая доступность и высокая эффективность действующего вещества определяет его широкое использование различными производственными компаниями, где гипохлорит натрия или средства на его основе выпускаются под различными торговыми марками, некоторые из которых представлены в таблице:

Торговая марка Производитель Назначение Концентрация NaOCl
  Белизна ОАО «Саянскхимпласт» Бытовой отбеливатель, пятновыводитель и дезинфицирующее средство 70—85 г/дм3 активного хлора
  Clorox Regular-Bleach The Clorox Company Бытовой отбеливатель, пятновыводитель и дезинфицирующее средство 6 %
  Clorox Washing Machine Cleaner The Clorox Company Очиститель для стиральных машин 5—10 %
  Cascade Complete® with Bleach (gel) Procter & Gamble Company Средство для автоматических посудомоечных машин 1—5 %
  Aquachem Chlorinizor Sunbelt Chemicals Corp. Средство для дезинфекции бассейнов 10 %
  Brite Bleach Sunbelt Chemicals Corp. Бытовой отбеливатель и дезинфицирующее средство 5,25 %
  Lysol Bleach Toilet Bowl Cleaner Reckitt Benckiser Средство для очистки туалета 2 %
  Tiret Reckitt Benckiser Средство для устранения засоров труб нет данных
  Domestos гель Unilever Средство для чистки и дезинфекции 5 %

Применение в медицине

Использование гипохлорита натрия для дезинфекции ран впервые было предложено не позднее 1915 года. В современной медицинской практике антисептические растворы гипохлорита натрия используются, в основном, для наружного и местного применения в качестве противовирусного, противогрибкового и бактерицидного средства при обработке кожи, слизистых оболочек и ран. Гипохлорит активен в отношении многих грамположительных и грамотрицательных бактерий, большинства патогенных грибов, вирусов и простейших, хотя его эффективность снижается в присутствии крови или её компонентов.

Низкая стоимость и доступность гипохлорита натрия делает его важным компонентом для поддержания высоких гигиенических стандартов во всём мире. Это особенно ярко проявляется в развивающихся странах, где использование NaOCl стало решающим фактором для остановки холеры, дизентерии, брюшного тифа и других водных биотических заболеваний. Так, при вспышке холеры в странах Латинской Америки и Карибского бассейна в конце XX века благодаря гипохлориту натрия удалось свести к минимуму заболеваемость и смертность, что было сообщено на симпозиуме по тропическим болезням, проводимого под эгидой Института Пастера.

Для медицинских целей в России гипохлорит натрия используется в качестве 0,06%-го раствора для внутриполостного и наружного применения, а также раствора для инъекций. В хирургической практике он применяется для обработки, промывания или дренирования операционных ран и интраоперационной санации плевральной полости при гнойных поражениях; в акушерстве и гинекологии — для периоперационной обработки влагалища, лечения бартолинита, кольпита, трихомониаза, хламидиоза, эндометрита, аднексита и т. п.; в оториноларингологии — для полосканий носа и горла, закапывания в слуховой проход; в дерматологии — для влажных повязок, примочек, компрессов при различных видах инфекций.

В стоматологической практике гипохлорит натрия наиболее широко применяется в качестве антисептического ирригационного раствора (концентрация NaOCl 0,5—5,25 %) в эндодонтии. Популярность NaOCl определяется общедоступностью и дешевизной раствора, а также бактерицидным и противовирусным эффектом в отношении таких опасных вирусов как ВИЧ, ротавирус, вирус герпеса, вирусы гепатита A и B. Имеются данные об использовании гипохлорита натрия для лечения вирусных гепатитов: он обладает широким спектром противовирусных, детоксикационных и антиоксидантных эффектов. Растворы NaOCl можно использовать в целях стерилизации некоторых медицинских изделий, предметов ухода за больными, посуды, белья, игрушек, помещений, твёрдой мебели, сантехнического оборудования. Из-за высокой коррозионной активности, гипохлорит не применяют для металлических приборов и инструментов. Отметим также применение растворов гипохлорита натрия в ветеринарии: они используются для дезинфекции животноводческих помещений.

Промышленное применение

Применение в качестве промышленного отбеливателя

Использования гипохлорита натрия в качестве отбеливателя является одним из приоритетных направлений промышленного использования наряду с дезинфекцией и очисткой питьевой воды. Мировой рынок только в этом сегменте превышает 4 млн тонн.

Обычно для промышленных нужд в качестве отбеливателя используются водные растворы NaOCl, содержащие 10—12 % действующего вещества.

Гипохлорит натрия широко используется в качестве отбеливателя и пятновыводителя в текстильном производстве и промышленных прачечных и химчистках. Он может быть безопасно использован для многих видов тканей, включая хлопок, полиэстер, нейлон, ацетат, лён, вискозу и другие. Он очень эффективен для удаления следов почвы и широкого спектра пятен, в том числе крови, кофе, травы, горчицы, красного вина и т. д.

Гипохлорит натрия также используется в целлюлозно-бумажной промышленности для отбелки древесной массы. Отбелка с использованием NaOCl обычно следует за этапом хлорирования и является одной из ступеней химической переработки древесины, используемой для достижения высокой степени белизны целлюлозы. Обработку волокнистых полуфабрикатов проводят в специальных башнях гипохлоритной отбелки в щелочной среде (pH 8—9), температуре 35—40 °C, в течение 2—3 часов. В течение этого процесса происходит окисление и хлорирование лигнина, а также разрушение хромофорных групп органических молекул.

Применение в качестве промышленного дезинфицирующего средства

Широкое применение гипохлорита натрия в качестве промышленного дезинфицирующего средства связано, прежде всего, со следующими направлениями:

  • дезинфекция питьевой воды перед подачей в распределительные системы городского водоснабжения;
  • дезинфекция и альгицидная обработка воды плавательных бассейнов и прудов;
  • обработка бытовых и промышленных сточных вод, очистка от органических и неорганических примесей;
  • в пивоварении, виноделии, молочной промышленности — дезинфекция систем, трубопроводов, резервуаров;
  • фунгицидная и бактерицидная обработка зерна;
  • дезинфекция воды рыбохозяйственных водоёмов;
  • дезинфекция технических помещений.

Гипохлорит как дезинфектант входит в состав некоторых средств для поточной автоматизированной мойки посуды и некоторых других жидких синтетических моющих средств.

Промышленные дезинфицирующие и отбеливающие растворы выпускаются многими производителями под различными торговыми марками, некоторые из которых представлены в таблице:

Торговая марка Производитель Назначение Концентрация NaOCl

Гиподез

ООО «ДонДез» средство для дезинфекции и санитарной обработки 4 % (в пересчете на активный хлор)

Форэкс-Хлор

ДНПК «Альфа» средство для дезинфекции и санитарной обработки 4 % (в пересчёте на активный хлор)

СТЭК

Kemira oyj средство для водоподготовки, дезинфекции, обработки воды в бассейнах не менее 180 г/л (в пересчёте на активный хлор)

Аква-Кемикал

Kemira oyj, ООО «Скоропусковский синтез» средство для водоподготовки и дезинфекции не менее 180 г/л (в пересчёте на активный хлор)

 Рекон

Kemira oyj средство для обработки воды в бассейнах, проведения водоподготовки и дезинфекции не менее 180 г/л (в пересчёте на активный хлор)

 Эмовекс

ООО «Макропул Кемиклс» средство для дезинфекции бассейнов не менее 130 г/л (в пересчёте на активный хлор)

 Bleach Concentratte

Harvard Chemical Company промышленный отбеливатель 12,5—15 % (в пересчёте на активный хлор)

 Liquid Bleach

Hill Brothers Chemical Co. промышленный отбеливатель и дезинфектант 10 %; 12,5 %

 Clorox Bleach

The Clorox Company отбеливатель для прачечных 6,5—7,35 %

 Poolchlor 1

Hasa Inc. жидкость для санитарной обработки бассейнов и спа 10 %

Использование для дезинфекции воды

Окислительная дезинфекция с помощью хлора и его производных — едва ли не самый распространённый практический метод обеззараживания воды, начало массового использование которого многими странами Западной Европы, США и Россией датируется первой четвертью XX века:[стр. 17].

Использование гипохлорита натрия в качестве дезинфицирующего агента взамен хлора является перспективным и обладает рядом существенных преимуществ:

  • реагент может быть синтезирован электрохимическим методом непосредственно на месте использования из легкодоступной поваренной соли;
  • необходимые показатели качества питьевой воды и воды для гидротехнических сооружений могут быть достигнуты за счёт меньшего количества активного хлора;
  • концентрация канцерогенных хлорорганических примесей в воде после обработки существенно меньше;
  • замена хлора на гипохлорит натрия способствует улучшению экологической обстановки и гигиенической безопасности:[стр. 36].
  • гипохлорит обладает более широким спектром биоцидного действия на различные типы микроорганизмов при меньшей токсичности;

Для целей очистки бытовой воды используются разбавленные растворы гипохлорита натрия: типовая концентрация активного хлора в них составляет 0,2—2 мг/л против 1—16 мг/л для газообразного хлора. Разбавление промышленных растворов до рабочей концентрации производят непосредственно на месте.

Также с технической точки зрения, принимая во внимание условие использования в РФ, эксперты отмечают:

  • существенно более высокую степень безопасности технологии производства реагента;
  • относительную безопасность хранения и транспортировки до места использования;
  • лояльные требования к технике безопасности при работе с веществом и его растворами на объектах;
  • неподведомственность технологии обеззараживания воды гипохлоритом Ростехнадзору РФ.

Использование гипохлорита натрия для дезинфекции воды в России становится все более популярным и активно внедряется в практику ведущими промышленными центрами страны. Так, в конце 2009 года, в Люберцах началось строительство завода по производству NaOCl мощностью 50 тыс. тонн/год для нужд Московского городского хозяйства. Правительством Москвы было принято решение о переводе систем обеззараживания воды московских станции водоподготовки с жидкого хлора на гипохлорит натрия (с 2012 г.). Завод по производству гипохлорита натрия будет введён в эксплуатацию в 2015 г.

Среди других городов и субъектов Российской Федерации, где уже применяется или планируется осуществить переход на гипохлорит натрия для обеззараживания воды, отметим Санкт-Петербург, Ленинградскую область, Кемерово, Ростов-на-Дону, Иваново, Сыктывкар, Севастополь, Новгород.

Производство гидразина

Гипохлорит натрия используется в так называемом процесса Рашига (англ. Raschig Process, окисление аммиака гипохлоритом) — основном промышленном способе получения гидразина, открытого немецким химиком Фридрихом Рашигом в 1907 году. Химия процесса выглядит следующим образом: на первой стадии аммиак окисляется до хлорамина, который затем, реагирует с аммиаком, образуя собственно гидразин:

В процессе используется 43%-й раствор мочевины с добавками специального реагента (приблизительно 0,5 г/л) для ингибирования побочной реакции и увеличения выхода конечного продукта. Раствор гипохлорита натрия используется в соотношении к раствору мочевины, как 4:1; температура в реакторе не превышает 100 °C.

Применение в промышленном органическом синтезе

Сильные окислительные свойства гипохлорита натрия используются в промышленном органическом синтезе для получения различных соединений, среди которых:

  • антраниловая кислота — промежуточный продукт в синтезе красителей;
Получение антраниловой кислоты
  • метансульфоновая кислота — промежуточный продукт в синтезе лекарственных препаратов и электролитов для получения покрытий драгоценными металлами:[стр. 92]:
  • хлорпикрин — инсектицид:[стр. 269];
  • аскорбиновая кислота (синтетическая) — лекарственное средство (витамин С) и консервант в пищевой промышленности;
  • дихлоризоциануровая и трихлоризоциануровая кислота — инсектициды, дезинфектанты и полупродукты для синтеза пестицидов;
  • крахмал окисленный (E1404) — пищевая добавка, используемая в качестве загустителя, носителя и улучшителя для хлебопекарных изделий.

Применение в лабораторном органическом синтезе

Гипохлорит натрия находит широкое применение в лабораторной органической практике прежде всего, из-за своих сильных окислительных свойств и доступности как реактива.

Окислительные возможности NaOCl используются в следующих превращениях:

  • метилендиамин → диазометан;
  • алкены → эпоксиды:[стр. 1053];
  • первичные спирты → альдегиды или карбоновые кислоты;
  • вторичные спирты → кетоны;
  • метилкетоны → карбоновые кислоты (с уменьшением цепи на один атом углерода);
Эта реакция лежит в основе галоформного расщепления и может служить лабораторным методом получения хлороформа или иодоформа:
  • α-аминокислоты → альдегиды (с уменьшением цепи на один атом углерода);
  • первичные амины → нитрилы:[стр. 1518] или карбонильные соединения;
  • галогенуглеводороды → карбоновые кислоты:[стр. 565];
  • органические сульфиды → сульфоксиды;
  • органические сульфиды → сульфоны;
  • органобораны → первичные амины:[стр. 799—800];

Среди других вариантов использования отметим:

  • реагент (в виде 5%-го водного раствора) для качественного или количественного определения аргинина в смеси аминокислот (реакция Сакагучи);
  • реагент для N-хлорирования аминов:[стр. 819];
  • реагент для хлорирования ароматических соединений и аллильного хлорирования алкенов;
  • реагент для синтеза органических гипохлоритов.

Прочие направления использования

Среди прочих направлений использования гипохлорита натрия отметим:

  • в промышленном органическом синтезе или гидрометаллургическом производстве для дегазации токсичных жидких и газообразных отходов, содержащих циановодород или цианиды;
  • окислитель для очистки сточных вод промышленных предприятий от примесей сероводорода, неорганических гидросульфидов, сернистых соединений, фенолов и др.;
  • в электрохимических производствах в качестве травителя для германия и арсенида галлия;
  • в аналитической химии как реагент для фотометрического определения бромид-иона;
  • в пищевой и фармацевтической промышленности для получения пищевого модифицированного крахмала;
  • в военном деле как средство для дегазации боевых отравляющих веществ, таких как иприт, льюизит, зарин и V-газы.