સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ (sodium hydroxide)

સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ (sodium hydroxide) : કૉસ્ટિક સોડા તરીકે જાણીતો સફેદ, અર્ધપારદર્શક (transluscent), ભેજદ્રવિત (deliquescent), ઘન પદાર્થ. સોડિયમ ધાતુ, તેના ઑક્સાઇડ કે પેરૉક્સાઇડ પર પાણીની પ્રક્રિયાથી તે ઉત્પન્ન થાય છે. અગાઉ તેનું ઉત્પાદન ગોસેગ(gossage)ની પદ્ધતિ દ્વારા કરવામાં આવતું હતું. આ પદ્ધતિ લાઇમ-સોડા અથવા કૉસ્ટિસાઇઝિંગ પદ્ધતિ તરીકે પણ ઓળખાતી હતી. તેમાં સોડિયમ કાર્બોનેટ(Na₂CO₃)ના 20 %ના દ્રાવણની ચૂના (lime) સાથે પ્રક્રિયા કરવાથી અદ્રાવ્ય કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટ(CaCO₃)ના અવક્ષેપ મળે છે.

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ ↓ + 2NaOH

પ્રક્રિયા માટે લોખંડની મોટી ટાંકીમાં સોડિયમ કાર્બોનેટનું દ્રાવણ ભરી ટાંકીમાં રાખેલી જાળી ઉપર ચૂનાના ગાંગડા પાથરવામાં આવે છે. તેમાં વરાળ પસાર કરી તાપમાન 80°થી 85° સે. જેટલું લાવવામાં આવે છે. પ્રક્રિયા દરમિયાન દ્રાવણને સતત હલાવવામાં આવે છે. પ્રક્રિયાની પૂર્ણતા ચકાસવા માટે ગાળેલા દ્રાવણનો નમૂનો લઈ તેમાં મંદ ઍસિડ ઉમેરવામાં આવે છે. દ્રાવણમાંથી કાર્બન ડાયૉક્સાઇડના ઊભરા ન આવે ત્યાં સુધી પ્રક્રિયા ચાલુ રાખવામાં આવે છે. અદ્રાવ્ય કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટને ગાળીને દૂર કર્યા બાદ સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડના દ્રાવણને સંકેન્દ્રિત કરવાથી 98 % જેટલો શુદ્ધ સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ પ્રાપ્ત થાય છે.

હાલમાં ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે વિદ્યુતવિભાજનની પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે. આ પદ્ધતિમાં સોડિયમ ક્લોરાઇડ(NaCl)ના દ્રાવણનું વિદ્યુતવિભાજન કરવામાં આવે છે. દ્રાવણમાં સોડિયમ ક્લોરાઇડનું આયનીકરણ થાય છે.

પાણીનું પણ આંશિક આયનીકરણ થાય છે :

વિદ્યુતવિભાજન દરમિયાન Na⁺ અને H⁺ આયનો ઋણધ્રુવ (cathode) તરફ જાય છે. H⁺ આયનો Na⁺ની સરખામણીમાં સહેલાઈથી ઇલેક્ટ્રૉન સ્વીકારતા હોવાથી તેઓ હાઇડ્રોજન વાયુમાં ફેરવાય છે, જ્યારે Na⁺ આયનો પાણીમાં રહે છે, જે હાઇડ્રૉક્સાઇડ આયનો (OH^–) સાથે જોડાઈ NaOH ઉત્પન્ન કરે છે :

H⁺ + e^– → H; H + H → H₂

Na⁺ + OH^– → NaOH

ધનધ્રુવ (anode) આગળ ક્લોરાઇડ આયનો ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવી ક્લોરિન વાયુમાં ફેરવાય છે :

Cl^– – e^– → Cl; Cl + Cl → Cl₂

આમ NaClના દ્રાવણનું વિદ્યુતવિભાજન થવાથી ઋણધ્રુવ આગળ હાઇડ્રોજન અને ધનધ્રુવ આગળ ક્લોરિન વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે, જ્યારે દ્રાવણમાં સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડનું પ્રમાણ વધતું જાય છે. આ પ્રવિધિ ક્લોર-આલ્કલી (chlor-alkali) પ્રવિધિ તરીકે ઓળખાય છે.

ક્લોર-આલ્કલી પ્રવિધિના હાર્દ રૂપે વિદ્યુત-વિભાજની (electrolytic) કોષ હોય છે; જેમાં સંતૃપ્ત, શુદ્ધ સોડિયમ ક્લોરાઇડના દ્રાવણનું વિદ્યુતવિભાજન કરવામાં આવે છે. આ માટેના ત્રણ પ્રકારના કોષો વપરાય છે. આ કોષોની ડિઝાઇન એવી રીતે કરવામાં આવે છે કે ક્ષારીય જળ(brine)નું સતત વિદ્યુતવિભાજન થઈ ક્લોરિન અને હાઇડ્રોજન વાયુઓ તથા કૉસ્ટિક સોડાનું દ્રાવણ પ્રાપ્ત થાય :

(i) મધ્યપટ (diaphragm) કોષ : આ પ્રકારના કોષમાં નરમ પોલાદની જાળી ઉપર શૂન્યાવકાશમાં નિક્ષેપિત ઍસ્બેસ્ટૉસની સાદડી(mat)નો અલગક (separator) અથવા મધ્યપટ તરીકે ઉપયોગ થતો હોવાથી તેને આ નામ આપવામાં આવ્યું છે. પોલાદની જાળી ઍસ્બેસ્ટૉસને ટેકો આપવા ઉપરાંત કૅથોડ તરીકે પણ કામ આપે છે. (આકૃતિ 1).

આકૃતિ 1 : ક્લોર-આલ્કલી પ્રવિધિમાં વિદ્યુતવિભાજન માટેનો મધ્યપટ કોષ

ઍનોડ આગળ NaClના દ્રાવણનું સ્તર ઊંચું રાખવાથી તે મધ્યપટમાંથી ધીરે ધીરે સ્રવીને કૅથોડ કક્ષમાં જાય છે જ્યાં પાણીનું વિઘટન થઈ હાઇડ્રોજન વાયુ અને હાઇડ્રૉક્સાઇડ આયન ઉત્પન્ન થાય છે. નિ:સ્રાવી (effluent) કોષ-લિકર 12 % NaOH, 14 % NaCl અને થોડા પ્રમાણમાં ક્લોરેટ, હાઇપોક્લોરાઇટ, સલ્ફેટ અને કાર્બોનેટ તથા બાકીનું પાણી ધરાવે છે. દ્રાવણના સંકેન્દ્રીકરણથી કૉસ્ટિક સોડાનું સાંદ્ર દ્રાવણ મળે છે.

(ii) મર્ક્યુરી કોષ : આ કોષ મધ્યપટ કોષથી એ રીતે અલગ પડે છે કે તેમાં કૅથોડ તરીકે કોષને તળિયે આવેલું ધીરેથી વહેતું પારા(Hg)નું પાતળું (3 મિમી. જેટલું) સ્તર કામ આપે છે અને તેની અને ઍનોડની વચ્ચે કોઈ અલગ પડદો હોતો નથી. આ કોષમાં પણ ઍનોડ આગળ ક્લોરિન વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે પણ કૅથોડ આગળની પ્રક્રિયામાં પાણીના વિઘટનને બદલે સોડિયમ ધાતુ નિક્ષેપિત થઈ મર્ક્યુરી સાથે તે મંદ (0.5 %) સંરસ બનાવે છે. આ સંરસ કોષમાંથી બહાર વહી વિઘટક(decomposer)માં જાય છે જ્યાં તે પાણી સાથે પ્રક્રિયા કરી સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડનું શુદ્ધ અને  50 % સાંદ્રતાવાળું દ્રાવણ આપે છે. ધોવાયેલા (denuded) મર્ક્યુરીને પાછો કોષમાં લઈ જવામાં આવે છે. (આકૃતિ 2). જોક આ કોષ મધ્યપટ કોષ કરતાં વધુ વિદ્યુત વાપરે છે.

આકૃતિ 2 : વીજાપઘટની મર્ક્યુરી કોષ

(iii) પટલકોષ (membrane cell) : આ એક આધુનિક કોષ છે અને તેને ઉપરના બંને કોષોનો સમન્વય કહી શકાય. કાંઈક અંશે તે મધ્યપટ કોષ જેવો છે, કારણ કે તેમાં અલગક પડદો હોય છે; પણ તે પરફ્લોરિનેટેડ (perfluorinated) આયન-વિનિમય પટલ ધરાવે છે, જેમાંથી વીજક્ષેત્રની અસર હેઠળ ઍનોડ-દ્રાવણ(analyte)માંથી કૅથોડ-દ્રાવણના વિભાગ તરફ ફક્ત જલયોજિત (hydrated) સોડિયમ આયનો અને પાણીનું પરિવહન થતું હોય છે. પટલમાંથી કોઈ તરલ (fluid) બહાર આવતું ન હોવાથી ઍનોડ ખંડમાંનું ક્ષારીય જલ (brine) મંદ બને છે. આવું બને ત્યારે તેને બહાર કાઢી, ક્લૉરિનમુક્ત કરી (dechlorinated), સંતૃપ્ત બનાવી, મર્ક્યુરી કોષની માફક કોષમાં પાછું લઈ જવામાં આવે છે. આ કોષ દ્વારા ઉચ્ચ કક્ષાનો સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ મળે છે (વજનથી 30 %થી 35 % NaOH). આ દ્રાવણને પોષણક્ષમ રીતે સાંદ્ર કરી શકાય છે અને તેમાં મીઠું, સોડિયમ સલ્ફેટ તેમજ સોડિયમ ક્લોરેટ જેવી અશુદ્ધિઓ હોતી નથી. (આકૃતિ 3).

આકૃતિ 3 : પટલકોષ

આયન-વિનિમય પટલ પ્રાથમિક રીતે ઍનોડ-દ્રાવણ-(analyte)માંથી કૅથોડ-દ્રાવણ (catholyte) તરફ સોડિયમ આયનો (Na⁺) અને પાણીનું પરિવહન કરે છે. કેટાયનવાહી (cation conducting) આયન-વિનિમય પટલ એનાયનોને દૂર રાખે છે. 30 %થી 35 % NaOH ઉત્પન્ન કરવા માટેનો ક્લોર-આલ્કલી પટલ બે વિભિન્ન બહુલક-સ્તરો ધરાવે છે. તેની ઍનોડ તરફની બાજુ 0.1 મિમી. જેટલી જાડી સલ્ફોનિક ઍસિડ બહુલકની ફિલ્મની હોય છે, જ્યારે કૅથોડ તરફની 0.05 મિમી. જેટલી જાડી બાજુ કાર્બોક્સિલિક ઍસિડ બહુલકની હોય છે. પટલને ટેકો આપવા બહુલકની ફિલ્મમાં ટેફ્લોનની જાળી મૂકેલી હોય છે. કેટલાક કિસ્સામાં પટલને થોડો સુધારી તેમાંથી વાયુના પરપોટા બહાર જતા રહે તેવી વ્યવસ્થા પણ કરવામાં આવે છે.

આવા કોષોમાં અગાઉ ગ્રૅફાઇટના ઍનોડ વપરાતા હતા; પરંતુ હવે ટાઇટેનિયમના ઍનોડ વપરાય છે, જે સારો ક્ષારણ અવરોધ ધરાવે છે. તે વિદ્યુતવાહક રહે તે માટે ટાઇટેનિયમ ઉપર રૂથેનિયમ અને ટાઇટેનિયમના મિશ્ર ઑક્સાઇડોના મિશ્રણનું બનેલું વિદ્યુતસક્રિય પડ ચઢાવવામાં આવે છે. આ પડ ઉદ્દીપક તરીકે વર્તી ઍનોડની સપાટી ઉપર ક્લોરિન ઉત્પન્ન કરવાનું સરળ બનાવે છે. પટલ અને મધ્યપટ પ્રકારના કોષોમાં કૅથોડ નિકલ, નિકલનું પડ ચઢાવેલ પોલાદ અથવા સ્ટેનલેસ સ્ટીલના હોય છે. ઘન બહુલક વીજધ્રુવ (solid polymer electrode, SPE), પણ આ માટે ઉપયોગી છે.

ગુણધર્મો : ભૌતિક ગુણધર્મો : સફેદ, અપારદર્શક સ્ફટિકમય ઘનપદાર્થ; ઘનતા : 2.13, ગલનબિંદુ : 318° સે. અત્યંત ભેજશોષક હોવાથી હવામાં રાખતાં હવાનો ભેજ ચૂસીને પ્રવાહી બને છે. ઉગ્ર આલ્કલી હોવાથી તે વાતાવરણમાંથી કાર્બન ડાયૉક્સાઇડનું પણ શોષણ કરે છે.

પાણી અને આલ્કોહૉલમાં અત્યંત દ્રાવ્ય છે. શૂન્ય અંશ સેલ્સિયસ તાપમાને 100 ગ્રા. પાણીમાં 42 ગ્રા. કૉસ્ટિક સોડા ઓગળી શકે છે. દ્રાવ્ય થતી વખતે ગરમી ઉત્પન્ન થાય છે.

તેનું દ્રાવણ સાબુ જેવું ચીકણું (soapy) હોય છે અને ઉગ્ર આલ્કલાઇન ગુણધર્મ ધરાવે છે.

તે ઘણો સ્થાયી છે. ગરમ કરતાં પણ તેનું વિઘટન થતું નથી.

સ્વાદમાં તૂરો છે અને ચામડી તથા વનસ્પતિ પર દાહક (corrosive) અસર કરે છે.

રાસાયણિક ગુણધર્મો : ઉગ્ર આલ્કલી હોવાથી જલીય દ્રાવણમાં OH^– આયન ઉત્પન્ન કરે છે :

NaOH ⇌ Na⁺ + OH^–

મોટા ભાગની અધાતુઓ કૉસ્ટિક સોડા સાથે પ્રક્રિયા કરે છે; દા.ત., હેલોજન સાથે હેલાઇડ અને હાઇપોહેલાઇટ બનાવે છે :

Cl₂ + 2NaOH (ઠંડો) → NaCl + NaClO + 2H₂O

                                         સોડિયમ હાઇપોક્લોરાઇટ

3Cl₂ + 6NaOH (ગરમ)  5NaCl + NaClO₃ + 3H₂O

                                       સોડિયમ ક્લોરેટ

આ જ પ્રમાણે હાઇપોબ્રોમાઇટ, હાઇપોઆયોડાઇટ, સોડિયમ બ્રોમેટ અને સોડિયમ આયોડેટ પણ બનાવે છે.

સલ્ફર સાથે પ્રક્રિયા કરી તે સોડિયમ થાયૉસલ્ફેટ અને સોડિયમ સલ્ફાઇડ બનાવે છે.

6NaOH + 4S → Na₂S + Na₂S₂O₃ + 2H₂O

ફૉસ્ફરસ સાથે તે ફૉસ્ફીન ગૅસ મુક્ત કરે છે :

3NaOH + 4P + 3H₂O → 3NaH₂PO₂ + PH₃↑

સિલિકન સાથે તે સોડિયમ સિલિકેટ બનાવી હાઇડ્રોજન વાયુ મુક્ત કરે છે :

Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂↑

ઍલ્યુમિનિયમ, ઝિંક, ટિન જેવી ધાતુઓ સાથે પ્રક્રિયા કરી દ્રાવ્ય સોડિયમ ઍલ્યુમિનેટ, સોડિયમ ઝિંકેટ અને સોડિયમ સ્ટેનેટ બનાવે છે :

2Al + 2NaOH + 2H₂O  2NaAlO₂ + 3H₂

                                       Zn + 2NaOH  Na₂ZnO₂ + H₂

Sn + 2NaOH + H2O  Na₂SnO₃ + 2H₂

ઍસિડ સાથે પ્રક્રિયા કરીને ક્ષાર અને પાણી બનાવે છે; દા.ત.,

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O

એમોનિયાના ક્ષારો સાથે પ્રક્રિયા કરીને એમોનિયા વાયુ મુક્ત કરે છે :

NH₄Cl + NaOH → NaCl + H₂O + NH₃

જુદી જુદી ધાતુઓના ક્ષારો સાથે પ્રક્રિયા કરી ધાતુના અદ્રાવ્ય હાઇડ્રૉક્સાઇડ ક્ષાર બનાવે છે. કેટલીક ધાતુના હાઇડ્રૉક્સાઇડનું વિઘટન થઈ ઑક્સાઇડ બને છે જ્યારે ઍલ્યુમિનિયમ, ટિન, ઝિંક જેવી ધાતુ સાથે બનેલા ધાતુ હાઇડ્રૉક્સાઇડ વધારાના સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ સાથે પ્રક્રિયા કરી દ્રાવ્ય સોડિયમ ઍલ્યુમિનેટ, સોડિયમ સ્ટેનેટ કે સોડિયમ ઝિંકેટ બનાવે છે :

MnSC₄ + 2NClOH → Mn(OH)₂ + Na₂SO₄

AgNO₃ + 2NaOH → 2AgOH + 2NaNO₃

                                              2AgOH → Ag₂O + H₂O

ZnCl₂ + 2NaOH → Zn(OH)₂ + 2NaCl

Zn(OH)₂ + 2NOH → Na₂ZnO₂ + 2H₂O

ઉપયોગો : રસાયણોના ઉત્પાદનમાં, રેયૉન અને સેલોફેન ઉદ્યોગમાં, પેટ્રોલિયમ-શુદ્ધીકરણમાં તટસ્થીકારક તરીકે, લાકડાનો માવો તથા કાગળ-ઉદ્યોગમાં, ઍલ્યુમિનિયમના ઉત્પાદનમાં, સાબુ અને પ્રક્ષાલકો માટે, કાપડના (textile) પ્રમાણમાં, રબરને પુન:પ્રાપ્ય કરવા, આયન-વિનિમય રેઝિયનના પુન:ઉત્પાદન (regeneration) માટે, કાર્બનિક સંગલન (fusion) માટે, ખાદ્ય-ઉદ્યોગમાં ફળ અને વનસ્પતિની છાલ દૂર કરવા, પ્રયોગશાળામાં પ્રક્રિયક તરીકે, નિરેખણ (etching) અને વિદ્યુત ઢોળ ચઢાવવાની પ્રક્રિયા વગેરેમાં સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડનો ઉપયોગ થાય છે.

ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ