Сульфид натрия: описание, реакции, получение, применение

Сульфид натрия – это сложное неорганическое соединение, имеющее в составе атомы натрия и серы. Реагент используется во многих сферах: он необходим для производства бумаги, очистки нефти, синтеза различных производных, очистки воды. В качестве сульфирующего агента в промышленной химии он незаменим для введения сульфогруппы. В органической химии сульфид натрия играет роль реактива для получения тиоэфиров, сернистых красителей.

Содержание

• Что такое сульфид натрия, формула
• Физические свойства, внешний вид
• Химические свойства, реакции
• Производство и получение
• Применение
  • Применение сульфида натрия в химии, водоочистке
  • Применение сульфида натрия в целлюлозно-бумажной промышленности и других сферах
• Опасность, токсичность, транспортировка, утилизация
• Заключение

Что такое сульфид натрия, формула

Сульфид натрия представляет собой бескислородную натриевую соль, его называют сернистым натрием. Химическая формула – Na₂S, атомы занимают особое положение в пространстве, выстраиваясь в форме антифлюорита: катионы натрия располагаются в углах куба, анионы занимают внутреннее положение. В природе сульфид натрия встречается редко, в основном в крупных месторождениях серы. Для нужд индустрии его вырабатывают синтетическим путём.

Физические свойства, внешний вид

Технический сульфид натрия — это крупные пластинчатые кристаллы желтоватого, оранжевого, красноватого цвета, содержание активного компонента в нём до 60%, остальное – различные примеси, полисульфиты. При нормальных условиях чистый сульфид натрия имеет вид белые или бесцветных мелких кристаллов без вкуса и запаха, характеризуется гигроскопичностью. При увлажнении воздуха сульфид выделяет сероводород. Реакцию можно обнаружить по появлению сильного резкого запаха, напоминающего тухлые яйца. В связи со способностью поглощать влагу, сульфид натрия способен к образованию кристаллогидратов (пентагидрат: Na₂S ∙ 5H₂O).

Температура плавления ангидрида сульфида натрия составляет 1,176 °С. Раствор сульфида натрия менее устойчивый и плавится при достижении температурного режима в 50 °С, пентагидрат расплавляется при 100 °С.  Наибольшую плотность имеет безводный сульфид (1,856 г/см³). Вещество хорошо растворяется в воде, при подогревании растворимость возрастает. Гидролиз наблюдается при 50 °С. С трудом растворим в органических растворителях: спирт, эфиры, фенолы.

Химические свойства, реакции

Положение атомов сульфида натрия в пространстве, структурная формула

Наибольшей реакционной способностью обладает раствор сульфида натрия. Он взаимодействует с простыми веществами. Так, сульфид натрия реагирует с кислород при разогреве до 400°С:

Na₂S + 2O₂ → Na₂SO₄

В реакции раствора сульфида натрия с кристаллической серой происходит образование трисульфида натрия:

Na₂S + 2S → Na₂S₃

При увеличении количества серы изменяется продукт: тетрасульфид, пентасульфид:

Na₂S + 3S → Na₂S₄

Na₂S + 4S → Na₂S₅

Сульфид натрия реагирует с галогенами. С йодом даёт чистую серу, йодид натрия:

Na₂S + I₂ → S↓ + 2NaI

Раствор сульфида реагирует с кислотами. В реакции с соляной кислотой образуется хлорид натрия и дигидросульфид:

Na₂S + 2HCl → 2NaCl + H₂S↑

C концентрированной серной кислотой сульфид натрия формирует гидросульфид натрия, оксид серы:

Na₂S + 3H₂SO₄ → 2NaHSO₄ + SO₂ + H₂O + S

Сернокислый натрий является продуктом реакции сульфида натрия с сероводородом:

Na₂S + H₂S → 2NaHS

Расплав сульфида натрия подвергается электролизу, при этом вещество распадается на отдельные элементы:

Na₂S →2Na + S

Раствор сульфида натрия также подвергается электрохимическому разложению:

Na₂S + H₂O → S↓ + 2NaOH + H₂↑

Гидролиз соединения протекает по аниону, т.е. процесс обратимый, характерна щелочная среда с большим количеством ионов OH^–, выделяется кислая соль:

Na₂S + H₂O → NaHS + Na⁺ + OH^–

Для сульфида натрия характерна реакция ионного обмена, при которой происходит обратимое разложение продукта:

3Na₂S + Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑ + 3Na₂SO₄

Обмен может протекать и с выпадением осадка. Реакция с сульфатом марганца приводит к выделению нерастворимого сульфида марганца:

Na₂S + MnSO₄ → MnS↓ + Na₂SO₄

Производство и получение

В лабораторных условиях получение сульфида натрия идёт посредством восстановления молекулярной серы. Уравнение реакции:

S + 2Na → Na₂S

В промышленности добыча ведётся из минерала мирабелита (Na₂SO₄ ∙ 10H₂O). В специализированных печах проводят прокаливание глауберовой соли с добавлением реагентов. Перед этим сырьё подготавливают, измельчают в дробилках, затем просеивают от ненужного мусора, после чего проводится обработка водородом, угарным газом либо углём:

1. Na₂SO₄ + 4H₂ → Na₂S + 4H₂O
2. Na₂SO₄ + 4C → Na₂S + 4CO↑
3. Na₂SO₄ + 4CO → Na₂S + 4CO₂↑

Для получения вещества с большей чистотой, его дополнительно фильтруют, промывают и просушивают, контролируют содержание примесей.

Применение

Основная сфера применения натрия сульфида – химическая промышленность. Он востребован в органическом и неорганическом синтезе как реактив, являющийся источником сульфогруппы. Серосодержащие соединения используются во всех областях, важной отправной точкой для их синтеза является использования сульфида натрия. Он нужен для обработки кожи, актуально его применение на нефтеперерабатывающих заводах, для выпуска поверхностно-активных веществ (ПАВ), необходим в текстильном производстве, фотографии.

Применение сульфида натрия в химии, водоочистке

Сульфид натрия выступает как носитель сульфатной группы, он может быть донором электронов (выступать как нуклеофил). Соединение выполняет ряд полезных функций и участвует в процессах добычи следующих веществ:

• сложных тиоэфиров;
• серных красителей;
• пластификаторов резины;
• нитроанилинов;
• хлортолуола.

Применение натрия сульфида в аналитике и органике обусловлено высокой реакционной активностью, которая контролируется и направляется. При очищении воды сульфид натрия применим для поглощения кислорода и тяжёлых металлов.

Применение сульфида натрия в целлюлозно-бумажной промышленности и других сферах

Еще одна сфера применения сульфида натрия – краф-процесс. Благодаря наличию сульфида можно получить сульфатную целлюлозу, которая отличается хорошими показателями сопротивления бумаги растяжению и разрыву. Добавление сульфида проводят при щелочной делигнификации древесины на стадии сульфатной варки. Сульфид натрия – это компонент белого щелока, в котором дерево вываривают.

Соединение – отбеливающий агент текстиля. Он позволяет получить стойкий белый цвет, зафиксировать имеющееся отбеливание. Сульфид натрия предотвращает потускнение и посерение окраски. Он применяется в химической фотографии для придания чёрно-белому фото эффекта матовости.

Опасность, токсичность, транспортировка, утилизация

Сульфид натрия крайне токсичен, относится ко 2 классу опасности (высокоопасные отходы): раздражает слизистые оболочки, кожу, вызывает ожоги. Транспортируют в оригинальной герметичной упаковке крытыми видами транспорта, за исключением самолётов. Утилизация проводится путём окисления растворов при высокой температуре.

Заключение

Сульфид натрия – это вещество, использующееся для получения производных, красителей, обесцвечивающий ткани. Применяется для очищения жидкостей, разделения нефти на фракции, матирования фотографий, выработки целлюлозы, дубления кож. Соединение токсично и при применении его требуется соблюдение техники безопасности, ношения защитной одежды.