Alkalien

Alkalien sind starke anorganische Basen mit ätzender Wirkung. Diese Gruppe von Verbindungen umfasst hauptsächlich Hydroxide von Elementen aus der ersten Hauptgruppe des Periodensystems, also der sogenannten Alkalimetalle. Zu Alkalien gehören auch wässrige Lösungen von Natriumcarbonat, Kalium und Ammonium sowie Ammoniakwasser. Chemisch gesehen sind alle Alkalien Basen – entsprechend der Theorie von Arrhenius, nach der eine Säure eine Verbindung ist, die unter Bildung eines Wasserstoffkations (H+) dissoziiert, während eine Base eine Verbindung ist, die unter Bildung eines Hydroxylanions (OH–) dissoziiert. Alkalien haben einen pH-Wert von 7,1 oder mehr, d. h. sie reagieren basisch. Ihre konzentrierten Lösungen sind ätzend und daher gesundheitsgefährdend, sodass bei der Handhabung dieser Substanzen persönliche Schutzausrüstung getragen werden muss. Darüber hinaus sind alkalische Lösungen schlüpfrig beim Anfassen, da sie zur Verseifung der Lipidbarriere auf der Hautoberfläche führen.

Reaktivität und physikalisch-chemische Eigenschaften von Alkalien

Alkalien sind hochaktive Verbindungen, daher unterliegen sie vielen verschiedenen Reaktionen und chemischen Prozessen. Bei Neutralisationsreaktionen reagieren sie mit Säuren, wobei verschiedene Salze sowie Wasser entstehen, während die Produkte der Reaktion von Hydroxiden mit Alkoholen Alkoholate sind. Hydroxide reagieren leicht mit Kohlendioxid unter Bildung von Carbonaten oder Hydrogencarbonaten. Mit Schwefelwasserstoff bilden sie Sulfide und Bisulfide, sodass sie zur Entfernung von Thiolen aus Rohöl verwendet werden können. Sie reagieren auch mit amphoteren Oxiden, z. B. Aluminium-, Zink- und Zinnoxiden. Alkalien im geschmolzenen Zustand reagieren mit Porzellan und Glas, in Luft auch mit Platin. Aus diesem Grund wird der Schmelzprozess von Hydroxiden in Gefäßen aus Eisen oder Silber durchgeführt, die gegen deren Einwirkung resistent sind.

Hydroxide von Elementen aus der ersten Hauptgruppe des Periodensystems lösen sich in Wasser unter Freisetzung großer Wärmemengen, wobei ihre Löslichkeit mit der Ordnungszahl des Alkalimetalls zunimmt. Sie haben eine ionische Struktur, sodass sie in wässriger Lösung vollständig dissoziieren, wodurch sie zu den stärksten Basen gehören. Darüber hinaus lösen sie sich leicht in Alkoholen. Alkalien werden in der organischen Chemie häufig als Reaktanten verwendet, z. B. als basische Katalysatoren, die einer schwachen Säure ein Proton entziehen. Die resultierende Zwischenverbindung reagiert dann mit einem weiteren Reaktant. Starke Hydroxide sind auch an Fettverseifungsreaktionen, also der Hydrolyse von Estern zu Seife und Alkohol, beteiligt. Sie werden auch als nukleophile Reaktanten (Elektronendonatoren) bei der Hydrolyse von Amiden sowie bei Substitutions- oder Eliminationsreaktionen eingesetzt.

Industrielle Anwendungen

Alkalien werden in zahlreichen Industriezweigen angewendet. Sie können u. a. zur pH-Regelung in verschiedenen Produktionsprozessen, zur Kohlendioxidabsorption in Atemgasreinigungsanlagen (vor allem in U-Booten), zur Herstellung von Papier, Textilien, Trinkwasser sowie als Entwässerungs- und Desinfektionsmittel eingesetzt werden. Festes Natriumhydroxid ist ein beliebtes Rohrreinigungsmittel. Seine Wirkung beruht auf der Verseifung fettiger Ablagerungen und der Freisetzung von Wasserstoff durch die Reaktion mit Aluminiumpartikeln aus dem Abflussrohr. Die so dispergierten Schmutzpartikel können anschließend leicht entfernt werden, sodass das Rohr wieder frei wird.

In Haushaltschemikalien werden Alkalien oft in Verbindung mit Tensiden eingesetzt, da sie die Reinigungsleistung verbessern. Sowohl Schmutzpartikel als auch natürliche Oberflächen sind negativ geladen. Der Zusatz von Alkalien erhöht das Oberflächenpotenzial und die unipolar geladenen Strukturen stoßen sich gegenseitig ab. Dadurch wird das Anhaften von Verunreinigungen reduziert und diese lassen sich leichter entfernen. Bei der Reinigung alkaliempfindlicher Oberflächen wie Dispersionsfarben, Linoleum oder lackierte Flächen ist jedoch Vorsicht geboten.

Alkalien in der PCC-Gruppe

Der bekannteste Vertreter aus der Gruppe der Alkalien ist Natriumhydroxid. Diese Verbindung ist im Angebot der PCC-Gruppe in fester Form als kaustisches Soda und in Form einer wässrigen Lösung, d. h. als Natronlauge, erhältlich. Natriumhydroxid kann durch Kaustifizierung von Soda, also die Reaktion von Natriumcarbonat mit Calciumhydroxid (gelöschtem Kalk) oder durch Elektrolyse einer wässrigen Lösung von Natriumchlorid gewonnen werden. In der PCC-Gruppe wird es nach dem zweiten Verfahren in einer Membranelektrolyseanlage hergestellt. Das auf diese Weise gewonnene Produkt zeichnet sich durch hohe Qualität und chemische Reinheit aus, wodurch es die Anforderungen der neuesten Version des Europäischen Arzneibuchs erfüllt.

Natriumhydroxid gehört zu den wichtigsten chemischen Rohstoffen und wird in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt, u. a. als Rohstoff zur Herstellung von ionischen Tensiden, in der pharmazeutischen Industrie zur Herstellung von Sulfanilamiden und Salicylsäure, zur Herstellung von synthetischen Farbstoffen sowie in Wasseraufbereitungsverfahren.

Ein chloriertes Derivat von Natriumhydroxid ist Natriumhypochlorit, das ebenfalls zur Gruppe der Alkalien gehört. In der PCC-Gruppe wird diese Verbindung durch die Sättigung von Natronlauge mit Chlorgas hergestellt. Chemisch gesehen ist Natriumhypochlorit ein Natriumsalz der hypochlorigen Säure. Es wird u. a. in der chemischen Industrie als Oxidationsmittel organischer Verbindungen, zur Synthese chemischer Verbindungen (z. B. von Hydrazinen) sowie zur Herstellung von Haushaltsreinigungsmitteln eingesetzt.