Хлорид натрію (поварена сіль, кухонна сіль, харчова сіль, технічна сіль)

Хлорид натрію (хлористий натрій, хімічна формула NaCl) – натрієва сіль соляної кислоти. Відомий у побуті під назвою «кухонна сіль», основним компонентом якої і є.

Хлорид натрію у значній кількості міститься у морській воді. Зустрічається у природі як мінералу галита (кам’яної солі). Чистий хлорид натрію є безбарвними кристалами, але з різними домішками його колір може приймати блакитний, фіолетовий, рожевий, жовтий або сірий відтінок.

Використовується повсюдно на кухнях, в харчовій промисловості, при додаванні в різні продукти, а також в іншому виробництві.
У народі відома як кухонна сіль.

У природі хлорид натрію зустрічається у вигляді мінералу галіту, який утворює поклади кам’яної солі серед осадових гірських порід, прошарку та лінзи на берегах солоних озер та лиманів, соляні кірки у солончаках та на стінках кратерів вулканів та у сольфатарах. Величезна кількість хлориду натрію розчинена у морській воді. Світовий океан містить 4×1015 тонн NaCl. Сліди NaCl постійно містяться в атмосфері внаслідок випаровування бризок морської води. У хмарах на висоті півтора кілометра 30% крапель, більших за 10 мкм за розміром, містять NaCl. Також його знайдено у кристалах снігу.

Найбільш ймовірно, що перше знайомство людини з сіллю сталося в лагунах теплих морів або на соляних озерах, де на мілководді солона вода інтенсивно випаровувалась під дією високої температури та вітру, а в осаді накопичувалася сіль. За образним висловом Піфагора, «сіль народилася благородними батьками: сонцем і морем».

У природі хлорид натрію найчастіше зустрічається як мінералу галита. Він має гранецентровані кубічні грати і містить 39,34% Na, 60,66% Cl. Іншими хімічними елементами, що входять до складу домішок, є Br, N, H, Mn, Cu, Ga, As, I, Ag, Ba, Tl, Pb, K, Ca, S, O. Щільність 2,1-2, 2 г/см3, а твердість за шкалою Мооса – 2. Безбарвний прозорий мінерал зі скляним блиском. Поширений мінерал солоносних товщ. Утворюється при осадженні в замкнутих водоймах, а також продукт згону на стінках кратерів вулканів. Складає пласти в осадових породах лагунних та морських фацій, штокоподібні тіла в соляних куполах тощо.

Кам’яною сіллю називають осадову гірську породу з групи евапоритів, що складається більш ніж на 90% галита. Галіт також часто називають кам’яною сіллю. Ця осадова гірська порода може бути безбарвною або сніжно-білою, але частіше вона пофарбована домішками глин, тальку (сірий колір), оксидами та гідроксидами заліза (жовтий, оранжевий, рожевий, червоний), бітумами (бура). Кам’яна сіль містить хлориди та сульфати натрію, калію, магнію та кальцію, броміди, іодиди, борати, гіпс, домішки карбонатно-глинистого матеріалу, доломіту, анкериту, магнезиту, бітумів тощо.

За умовами формування родовищ кам’яну сіль поділяють на такі види:

• розсоли сучасних соляних басейнів
• Соляні підземні води
• Поклади мінеральних солей сучасних соляних басейнів
• Викопні поклади (найважливіші для промисловості).

Морська сіль є сумішшю солей (хлориди, карбонати, сульфати тощо), що утворюється при повному випаровуванні морської води.

При випаровуванні морської води при температурі від +20 до +35 °C в осаді спочатку кристалізуються найменш розчинні солі – карбонати кальцію та магнію та сульфат кальцію. Потім випадають більш розчинні сульфати натрію та магнію, хлориди натрію, калію та магнію, і після них – сульфати калію та магнію. Послідовність кристалізації солей і склад осаду може дещо змінюватись в залежності від температури, швидкості випаровування та інших умов. У промисловості морську сіль одержують із морської води, в основному методом звичайного випарювання. Вона відрізняється від кам’яної солі значно більшим вмістом інших хімічних солей, мінералів та різних мікроелементів, насамперед йоду, калію, магнію та марганцю. Відповідно, вона відрізняється від хлориду натрію і до смаку – гірко-солоний присмак їй надають солі магнію. Вона використовується в медицині: при лікуванні захворювань шкіри, таких як псоріаз. Як лікувальна речовина в аптечній та звичайній торговельній мережі, поширеним продуктом є сіль з Мертвого моря. В очищеному вигляді цей вид солі також пропонується в продуктовій торговельній мережі – як натуральна і багата на йод харчова.

Поклади кам’яної солі знайдено переважають у всіх геологічних системах. Найважливіші з них зосереджені в кембрійських, девонських, пермських та третинних відкладах. Кам’яна сіль складає потужні пластові поклади та ядра склепінчастих структур (соляних куполів та штоків), утворює прошарки, лінзи, гнізда та вкраплення в інших породах. Найбільші родовища України: басейни Донецький, Дніпровсько-Донецький, Закарпатський та Передкарпатський.

У давнину технологія видобутку солі полягала в тому, що соляну рапу (розчин) витягували кінським приводом із шахт, які називалися «колодцями» або «вікнами», і були досить глибокими — 60—90 м. Витягнутий сольовий розчин виливали в особливий резервуар – творило, звідки вона через отвори стікала в нижній резервуар, і системою жолобів подавалась у дерев’яні башти. Там її розливали у великі чани, де сіль виварювали.

Сучасний видобуток хлориду натрію механізований та автоматизований. Сіль масово видобувається випарюванням морської води (тоді її називають морською сіллю) або розсолу з інших ресурсів, таких як соляні джерела та соляні озера, а також розробкою соляних шахт та видобутком кам’яної солі.
Для видобутку хлориду натрію з морської води необхідні умови спекотного клімату з низькою вологістю повітря, наявність значних низовинних територій, що лежать нижче рівня моря, або затоплюваних припливом, слабка водопроникність грунту випарних басейнів, мала кількість опадів протягом сезону активного випаровування, відсутність впливу пресних та наявність розвиненої транспортної інфраструктури.

Світове виробництво солі у 2009 році оцінюється у 260 мільйонів тонн. Найбільшими світовими виробниками є Китай (60,0 млн. тонн), США (46,0 млн. тонн), Німеччина (16,5 млн. тонн), Індія (15,8 млн. тонн) і Канада (14 млн. тонн). Видобуток солі у південній частині Мертвого моря, Ізраїль. Плантація морської солі у Дакарі. Соляні купи на солончаку Уюні, Болівія

У харчовій промисловості та кулінарії використовують хлорид натрію, чистота якого має бути не менше 97 %. Його застосовують як смакову добавку та для консервування харчових продуктів. Такий хлорид натрію має товарну назву кухонна сіль, часом також вживаються назви харчова, їдальня, а також уточнення назви залежно від її походження – кам’яна, морська, і за складом добавок – йодована, фторована і т. д. Така сіль є кристалічним сипучим продуктом із солоним смаком без присмаку, без запаху (за винятком йодованої солі), у якому не допускаються сторонні домішки, не пов’язані з методом добування солі. Крім хлориду натрію, кухонна сіль містить невелику кількість солей кальцію, магнію, калію, які надають їй гігроскопічність та жорсткість. Чим менше цих домішок у солі, тим вища її якість.

Масова частка вологи у виварювальній солі сорту «екстра» 0,1%, у вищому сорті – 0,7%. Допускають добавки йодиду калію (йодистого калію), йодату калію, фторидів калію та натрію. Масова частка йоду повинна становити (40,0±15,0)×10−4 %, фтору (25,0±5,0)×10−3 %. Колір екстра та вищого сортів – білий, проте для першого і другого допускається сірий, жовтуватий, рожевий та блакитний відтінки залежно від походження солі. Харчову кухонну сіль виробляють меленою та сіяною. За розміром зерен мелену сіль поділяють на номери: 0, 1, 2, 3. Чим більший номер, тим більше зерна солі.

У кулінарії хлорид натрію споживають як найважливішу приправу. Сіль має характерний смак, без якого їжа здається людині прісною. Така особливість солі зумовлена фізіологією людини. Однак часто люди споживають солі більше, ніж потрібно для фізіологічних процесів.

Хлорид натрію має слабкі антисептичні властивості – 10-15% вміст солі запобігає розмноженню гнильних бактерій. Цей факт обумовлює її широке застосування як консерванту.

Ізотонічний розчин хлориду натрію у воді (0,9 %) застосовується як дезінтоксикаційний засіб для корекції стану систем організму у разі зневоднення, як розчинник інших лікарських препаратів. Гіпертонічні розчини (10 % розчин) використовують як допоміжний осмотичний діуретик при набряку головного мозку, для підвищення тиску при кровотечах, в станах, що характеризуються дефіцитом іонів натрію і хлору, при отруєнні нітратом срібла, для обробки гнійних ран (місцево). В офтальмології як місцевий засіб розчин хлориду натрію має протинабрякову дію.

Взимку хлорид натрію, змішаний з іншими солями, піском або глиною – так звана технічна сіль – застосовується як антифриз проти ожеледиці. У деяких країнах їй посипають проїжджу частину та тротуари, хоча це негативно впливає на шкіряне взуття та технічний стан автотранспорту через корозійні процеси.

N-катіонітові фільтри широко застосовуються в установках пом’якшення води всіх потужностей при водопідготовці. Катіонітним матеріалом на сучасних водопідготовчих установках служать в основному глауконіт, полімерні іонообмінні смоли та сульфовані вугілля. Найбільш поширені сульфокатіонітні іонообмінні смоли.

Регенерацію Na-катіонітових фільтрів здійснюють 6-10%-м розчином кухонної солі, в результаті катіоніт переводиться в Na-форму, регенерується.

Сіль, поряд з кам’яним вугіллям, вапняками та сіркою, утворює «велику четвірку» продуктів мінеральної сировини, які є найважливішими для хімічної промисловості. З неї одержують соду, хлор, соляну кислоту, гідроксид натрію, сульфат натрію та металевий натрій. Крім цього сіль використовується також для промислового одержання легкорозчинного у воді натрію хлорату, який є засобом для знищення бур’янів.

У промисловості шляхом електролізу розчину хлориду натрію одержують хлор.

Якщо між анодом і катодом немає діафрагми, розчинений у воді хлор починає реагувати з гідроксидом натрію, утворюючи хлорид і гіпохлорит натрію NaClO, тому для отримання гідроксиду натрію застосовують діафрагму і відповідний метод отримання NaOH називають діафрагмовим. Як діафрагму застосовують азбестовий картон. У процесі електролізу розчин хлориду натрію постійно подається в анодне простір, та якщо з катодного простору безперервно витікає розчин хлориду і гідроксиду натрію. Під час випарювання останнього хлорид кристалізується, оскільки його розчинність у 50% розчині NaOH вкрай мала (0,9%). Отриманий розчин NaOH випарюють у залізних чанах, потім сухий залишок переплавляють.

Для отримання чистого гідроксиду натрію (без добавок натрію хлориду) застосовують ртутний метод, де використовують графітовий анод і ртутний катод. Внаслідок того, що перенапруга виділення водню на ртуті дуже велика, на ній знову з’являються іони натрію та утворюється амальгама натрію. Амальгаму потім розкладають гарячою водою з утворенням гідроксиду натрію і водню, а ртуть перекачують насосом назад в електролізер. Сумарна реакція процесу така сама, як і у випадку діафрагмового методу.

Металевий натрій одержують електролізом розплаву хлориду натрію. Відбуваються такі процеси: на катоді виділяється натрій, аноді виділяється хлор (як побічний продукт).
Ванна електролізера складається із сталевого кожуха з футеровкою, графітового анода та кільцевого залізного катода. Між катодом та анодом розташовується сітчаста діафрагма. Для зниження температури плавлення NaCl (+800 °C), електролітом є не чистий хлорид натрію, а його суміш із хлоридом кальцію CaCl 2 (40:60) з температурою плавлення +580 °C.
Металевий натрій, який збирається у верхній частині катодного простору, містить до 5 % домішок кальцію, але останній з часом майже повністю відокремлюється, оскільки його розчинність у рідкому натрії при температурі його плавлення (+371 K = 98 °C) становить лише 0,01 %. З витрачанням NaCl його постійно додають у ванну. Витрати електроенергії становлять приблизно 15 кВт × год на 1 кг натрію.

Серед багатьох промислових методів одержання соляної кислоти, тобто водного розчину хлороводню (HCl), застосовується реакція обміну між твердим хлоридом натрію та концентрованою сірчаною кислотою.

Перша реакція відбувається значною мірою вже за звичайних умов, а за слабкого нагрівання йде майже до кінця. Друга відбувається лише за високих температур. Процес здійснюється у спеціальних механізованих печах великої потужності. Хлороводень, який виділяється, знепилюють, охолоджують та поглинають водою з утворенням соляної кислоти. Як побічний продукт утворюється сульфат натрію Na2SO4.

Цей метод застосовується також для одержання хлороводню в лабораторних умовах.

Помірно розчиняється у воді, розчинність мало залежить від температури: розчинність NaCl (у грамах на 100 г води) дорівнює 35,9 за +21 °C і 38,1 за +80 °C. Вона суттєво знижується у присутності хлороводню, гідроксиду натрію, хлоридів інших металів. Розчиняється в рідкому аміаку, вступає у реакції обміну. У чистому вигляді хлорид натрію не гігроскопічний. Однак сіль часто буває забруднена домішками (переважно іонами Ca2+, Mg2+ та SO2−4), і така сіль на повітрі сиріє. Кристаллогідрат NaCl · 2H2O можна виділити при температурі нижче +0,15 °C.

Суміш подрібненого льоду з дрібним порошком натрію хлориду є ефективним охолоджувачем. Так, при змішуванні 30 г NaCl та 100 г льоду суміш охолоджується до температури −20 °C. Це тому, що водний розчин солі замерзає при температурі нижче 0 °C. Лід, що має температуру близько 0 °C, плавиться в такому розчині, поглинаючи тепло навколишнього середовища.

Чоловік щорічно споживає в середньому близько 5 кілограмів хлориду натрію. В організмі дорослої людини в середньому знаходиться 5 літрів крові, до складу якого на 0,9% також входить сіль. Разом із сечею людина виводить щодня близько 15 г NaCl. У людському поті також міститься близько 0,5% NaCl, тому у разі посиленого потовиділення рекомендується вживати газовану воду, що містить також 0,5% NaCl.

Фізіологічно обґрунтована добова норма споживання солі в помірному кліматі для людини середньої маси у віці 30 років становить 4-6 г солі, проте в багатьох країнах вона традиційно значно вища – приблизно 10-20 грамів, а в умовах жаркого клімату через підвищений потовиділення – до 25-30 грамів. У разі екстремальних навантажень на організм добова потреба в солі може досягати 100-150 г. Сіль є регулятором осмотичного тиску, водного обміну, сприяє утворенню соляної кислоти шлункового соку, активізує діяльність ферментів. Але надмірне вживання солі призводить до підвищення кров’яного тиску, хвороби нирок та серця.
Нестача солі в організмі викликає руйнування кісткової та м’язової тканин. Вона може спричинити депресію, нервові розлади, погіршення травлення та серцево-судинної діяльності, спазми гладкої мускулатури, остеопороз, анорексію. У разі хронічної нестачі хлориду натрію, можливий летальний кінець. Домашні тварини (корови, вівці, коні, кози) також потребують солі. Нестача хлориду натрію в організмі молодої тварини викликає затримку в зростанні та наборі ваги, а у дорослого — млявість, втрату апетиту, зниження надоїв молока та часткову втрату ваги. Оскільки корми та листя рослини містять мало солі, на сучасних фермах її додають до складу комбікормів та додатково також збагачують вітамінами та мінеральними речовинами, необхідними для здоров’я худоби.

При дії концентрованої сірчаної кислоти на твердий хлорид натрію виділяється хлороводень, з розчином нітрату срібла утворює білий осад хлориду срібла (якісна реакція на хлорид-іон), при змішуванні з сульфатом міді в розчині виходить тетрахлоркупрат натрію, при цьому гідратованого іона.
Враховуючи величезні природні запаси хлориду натрію, потреби у його промисловому чи лабораторному синтезі немає. Однак його можна отримати різними хімічними методами як основний або побічний продукт.