Перхлорат натрію: формула, загальні відомості, хімічні властивості

Перхлорат натрію — це кристалічна речовина без кольору і запаху. Володіє гігроскопічністю і утворює кілька кристалогідратів. З хімічної точки зору, являє собою натрієву сіль хлорної кислоти. Не горючий, але володіє токсичною дією. Хімічна формула перхлорату натрію – NaClO4.

Отримання

Описуване речовина може бути отримано як хімічним шляхом, так і електрохімічним. У першому випадку зазвичай користуються звичайною реакцією обміну між хлорною кислотою та гідроксидом або карбонатом натрію. Також можливо термічне розкладання хлорату натрію. При 400-600 °C він утворює перхлорат і хлорид натрію. Але даний спосіб досить небезпечний, так як є загроза вибуху при протіканні реакції.

Теоретично можна здійснювати хімічне окислення хлорату натрію. Найефективнішим окислювачем в даному випадку буде оксид свинцю (IV) в кислому середовищі. Зазвичай в реакційну суміш додають хлорну кислоту.

Найчастіше в промисловості користуються електрохімічним способом. Він дає більш чистий продукт, так і в цілому більш ефективний. В якості сировини використовують все той же хлорат натрію, який при окисленні на платиновому аноді дає перхлорат. Для економічності процесу хлорат натрію отримують на більш дешевих електродах типу графітового. Існує також перспективний метод отримання перхлорату натрію в одну стадію. В якості анода тут використовується перекис свинцю.

Механізми електрохімічного одержання

Повністю механізм окислення хлорату в перхлорат до кінця ще не вивчений, існують лише припущення щодо нього. Дослідження ведуться до цих пір.

Найбільш обґрунтованим є варіант, що ґрунтуються на припущенні про електрона віддачі на аноді хлорат-іона (ClO3-), в результаті якого утворюється радикал ClO3. Він у свою чергу взаємодіє з водою, утворюючи перхлорат.

Це припущення висловлюється в ряді авторитетних наукових робіт. Також воно підтверджується результатами досліджень процесів окислення хлоратів до перхлоратів у водних розчинах, мічених важкими ізотопами кисню 18O. Було з’ясовано, що 18O входить спочатку до складу хлорату і тільки потім в ході окисного процесу переходить до складу перхлорат-іона. Але необхідно враховувати, що зміна матеріалу анода (наприклад, з платинового на графітовий) може також змінити механізм реакції.

Другий варіант протікання процесу полягає в окисленні іонів хлорату киснем, який утворюється при віддачі електронів гідроксид-іоном.

Згідно з цим варіантом, швидкість реакції залежить від концентрації хлорату в електроліті, тобто зі зниженням його концентрації швидкість повинна збільшуватися.

Існує також варіант, заснований на одночасній віддачі електронів як хлорат-іоном, так і гідроксид-іоном. Утворюються в результаті реакцій радикали мають високу активність і окислюються киснем, що виділяється від OH-.

Фізичні властивості

Перхлорат натрію дуже добре розчинний у воді. Його розчинність набагато сильніше, ніж у інших перхлоратів. З цієї причини при виробництві перхлоратів спочатку отримують перхлорат натрію, а потім при необхідності переводять його в інші солі хлорної кислоти. Також він добре розчинний у рідкому аміаку, ацетоні, перекису водню, етанолі і етиленгліколь.

Як вже було сказано вище, він володіє гігроскопічністю, і при гідролізі перхлорат натрію утворює кристалогідрати (моно — і дигидраты). Також може утворювати сольвати з іншими сполуками. При температурі 482 °C плавиться з розкладанням на хлорид натрію і кисень. При використанні добавок пероксиду натрію, оксиду марганцю (IV), оксиду кобальту (II, III) температура розкладання знижується до 150-200 °C.

Хімічні властивості

Натрієва сіль хлорної кислоти — дуже сильний окислювач, настільки, що окиснює багато органічних речовин до вуглекислого газу і води.

Виявити перхлорат-іон можна за допомогою реакції з солями амонію. При прожарюванні суміші протікає реакція:

3NaClO4 + 8NH4NO3 → 3KCl + 4N2 + 8HNO3 + 12H2O.

Ще один спосіб виявлення — це реакція обміну з калієм. Перхлорат калію набагато менш розчинний у воді, тому буде випадати в осад.

NaClO4 + KCl → KClO4↓ + NaCl.

З іншими перхлорату може утворювати комплексні сполуки: Na2[Al(ClO4)5], Na[Zn(ClO4)3], Na[Cd2(ClO4)5].

Застосування

Із-за утворення кристалогідратів, застосування перхлорату натрію вкрай утруднено. В основному його застосовують як гербіцид, хоча останнім часом все менше. Майже весь перхлорат натрію переводять в інші перхлораты (наприклад, калію або амонію) або хлорну кислоту і використовують у синтезі багатьох інших з’єднань за рахунок сильних окисних властивостей. Також його можна використовувати в аналітичній хімії для визначення і осадження катіонів калію, рубідію і цезій, причому як водних, так і спиртових розчинів.

При термічному розкладанні всіх перхлоратів виділяється кисень. Завдяки цьому, солі можна застосовувати як джерело кисню в ракетних двигунах. Деякі перхлораты можуть використовуватися під вибухотехніки. Перхлорат калію застосовується в медицині для лікування гіпертиреозу. Це захворювання обумовлено підвищеною функцією щитовидної залози, а будь-перхлорат має властивість зменшувати діяльність цієї залози, що і необхідно для приведення організму в норму.

Небезпека

Сам по собі перхлорат натрію негорючий, але при взаємодії з деякими іншими речовинами може призвести до пожежі або вибуху. У вогні він може виділяти токсичні гази або пари (хлор або хлороксиды). Гасіння можна виробляти водою.

Перхлорат натрію при кімнатній температурі практично не випаровується, але при його розпиленні він може потрапити в організм. При його вдиханні виникає кашель, подразнення слизових оболонок. При попаданні на шкіру з’являються почервоніння. У якості першої допомоги, рекомендується промивати місця попадання рясною кількістю води з милом, а також позбутися від забрудненого одягу. При тривалому впливі на організм, він потрапляє в кров і приводить до утворення метгемоглобіну.

При введенні тваринам (зокрема гризунів) 0,1 г перхлорату натрію у них підвищилася рефлекторна збудливість, з’явилися судоми і правець. Після введення 0,22 г щури гинули через 10 годин. При введення такої ж дози голубам, у них з’являлися тільки м’які симптоми отруєння, але через 18 годин вони гинули. Це говорить про те, що відправлення перхлоратом натрію розвивається дуже повільно.