氢氧化钠

定义

氢氧化钠是由钠离子与氢氧根离子构成的离子化合物，化学式写作 NaOH，摩尔质量约为 40 g/mol^[3]。纯净的氢氧化钠为无色透明晶体，工业品因含少量氯化钠、碳酸钠等杂质而呈白色不透明状，密度约 2.13 g/cm³，熔点约 318 ℃，沸点约 1390 ℃^[4]。

它在水中的溶解度很高，20 ℃ 时每 100 毫升水可溶解约 111 克，溶解过程放出大量热；甲醇、乙醇和甘油也能溶解氢氧化钠，乙醚、丙酮中则不溶^[5]。按形态可分为固体烧碱与液体烧碱，固体又有块状、片状、粒状等规格，液体则按氢氧化钠质量分数分为 30%、32%、45%、50% 等品级^[2]。

原理

氢氧化钠属于强电解质，在水中完全解离为钠离子和氢氧根离子，因此能与各类酸发生中和反应生成盐和水，例如与盐酸反应生成氯化钠和水^[3]。氢氧根离子还可与酸性氧化物作用，吸收二氧化碳时先生成碳酸钠，二氧化碳过量时进一步转化为碳酸氢钠，这一性质也是其固体在空气中变质的原因^[6]。

在有机反应中，氢氧化钠常作为提供碱性环境的试剂或催化剂，典型例子是酯的碱性水解：$RCOOR' + NaOH \rightarrow RCOONa + R'OH$^[6]。油脂在氢氧化钠作用下水解生成高级脂肪酸钠和甘油，即皂化反应，这是肥皂制造的基础^[6]。

工业制取以电解饱和食盐水为主，总反应可写作 $2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{\text{通电}} 2NaOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$，烧碱与氯气、氢气同时产出^[2]。传统隔膜法采用石棉隔膜分隔阴阳极室，20 世纪 70 年代发展起来的离子交换膜法使用只允许钠离子透过的阳离子交换膜，所得碱液纯度高、含盐少^[2]。另一条路线是苛化法，用纯碱溶液与石灰乳反应生成氢氧化钠和碳酸钙沉淀^[7]。

发展历程

早期制碱曾采用勒布朗法，通过高温处理碳酸钠得到氧化钠，再与水反应生成氢氧化钠，这一方法后来仅偶尔使用^[6]。以电解食盐水为核心的氯碱工业随后成为烧碱生产的主流，盐和电成为主要原料^[2]。

离子交换膜法于 20 世纪 70 年代中期出现，兼具清洁与节能特点，是生产高纯度烧碱的主要方法^[2]。中国离子膜法烧碱产能曾超过 1000 万吨，占烧碱总产能一半以上；到 2015 年，全国烧碱企业约 163 家，总产能达 3873 万吨/年，成为世界氯碱生产大国^[8][2]。

应用

造纸与纸浆工业用氢氧化钠去除木质素、树脂等非纤维素成分，并中和有机酸，从而提高纸浆纯度^[7]。纺织印染中它可作退浆剂、煮练剂和丝光剂，用于去除棉纤维杂质、改善织物光泽与吸湿性^[7]。氧化铝生产中，碱法工艺把矿石中的有效成分转化为可溶性钠盐，以便与不溶杂质分离^[7]。

化学工业中，氢氧化钠是制造甲酸、草酸、苯酚、氰化钠、硼砂以及多种钠盐的原料，也用于合成洗涤剂和脂肪酸^[9]。石油炼制过程中，油品经酸洗后需用氢氧化钠溶液中和残余酸性物质，再经水洗得到精制品^[9]。水处理方面，它用于中和废水酸性、调节 pH 值，并可再生失效的阴离子交换树脂^[9]。

食品工业中，食品级烧碱可作为酸中和剂，也用于柑橘、桃子等水果的去皮以及脱色、脱臭，其用量受相应标准约束^[10]。实验室内，氢氧化钠是常用试剂，因其吸湿性强，也可用作碱性干燥剂^[11]。

局限

氢氧化钠的强腐蚀性限制了它的使用范围。固体或浓溶液接触皮肤会造成灼伤，溅入眼睛严重时可致失明；溶解与中和过程放出的热量还可能引燃有机溶剂等易燃物^[5]。它对蛋白质有溶解作用，碱烧伤往往比酸烧伤更难愈合，因此操作需配备防护用品^[11]。

储存条件也构成限制。氢氧化钠易潮解并吸收空气中的二氧化碳而变质，须密封保存；它还能与玻璃中的成分缓慢反应生成硅酸钠，长期盛放热碱液可能导致玻璃瓶与瓶塞粘连甚至容器破损^[6]。此外，氢氧化钠能腐蚀铝等金属并放出易燃氢气，容器材质需慎重选择^[5]。

在氯碱联产体系中，烧碱与液氯按约 1∶0.886 的固定比例产出，两者的市场需求与价格常出现背离，企业难以单独调整烧碱产量，这是生产工艺带来的固有约束^[7]。离子交换膜法虽然产品纯度高，但膜的使用寿命有限，仍是该技术需要改进的环节^[2]。

参见

• 氯碱工业 —— 电解食盐水同时制取烧碱、氯气和氢气的基础化学工业。

• 碳酸钠 —— 俗称纯碱，可由氢氧化钠吸收二氧化碳生成，也是苛化法制碱的原料。

• 氢氧化钾 —— 与氢氧化钠性质相近的另一种碱金属氢氧化物。

• 皂化反应 —— 油脂在碱作用下水解生成肥皂的过程。

• 离子交换膜 —— 氯碱工业中用于分离阴阳极室、提高碱液纯度的关键材料。