Тиосульфат натрия

Тиосульфат натрия (натрия тиосульфат, гипосульфит натрия, устаревшее название — «антихлор») — неорганическое соединение, натриевая соль тиосерной кислоты с химической формулой Na₂S₂O₃. Представляет собой бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде. Широко применяется в фотографии, медицине, аналитической химии, текстильной промышленности и при очистке воды.

История

Тиосульфат натрия был впервые получен в 1799 году французским химиком Клодом Луи Бертолле, который исследовал взаимодействие сероводорода с сульфитом натрия. В 1813 году английский химик Джон Хершель открыл способность тиосульфата натрия растворять галогениды серебра, что положило начало его использованию в фотографии. В XIX веке соединение применялось в качестве фиксажа («гипосульфит») в мокром коллодионном процессе, а затем и в желатиносеребряной фотографии. В XX веке область применения расширилась за счёт использования в медицине, аналитической химии и промышленности.

Физические и химические свойства

Физические свойства

Тиосульфат натрия представляет собой бесцветные моноклинные кристаллы. Молярная масса — 158,11 г/моль. Плотность — 1,667 г/см³. Температура плавления — 48,5 °C (для пентагидрата Na₂S₂O₃·5H₂O). Хорошо растворим в воде (растворимость увеличивается с повышением температуры), нерастворим в этаноле и эфире. Водные растворы имеют слабощелочную реакцию (pH около 6–8). При нагревании выше 100 °C обезвоживается, а при 220 °C разлагается.

Химические свойства

Тиосульфат натрия проявляет восстановительные свойства, особенно в кислой среде. Основные химические реакции:

• Реакция с кислотами: При действии сильных кислот (например, соляной) разлагается с выделением серы и диоксида серы:

\[ \text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{NaCl} + \text{S} \downarrow + \text{SO}_2 \uparrow + \text{H}_2\text{O} \] Эта реакция используется для обнаружения тиосульфат-иона.

• Реакция с галогенами: Окисляется галогенами (хлором, бромом, йодом) до тетратионата натрия или сульфата:

\[ 2\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3 + \text{I}_2 \rightarrow \text{Na}_2\text{S}_4\text{O}_6 + 2\text{NaI} \] Эта реакция лежит в основе йодометрического титрования.

• Реакция с солями серебра: Образует растворимые комплексы, например:

\[ \text{AgBr} + 2\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{Na}_3[\text{Ag(S}_2\text{O}_3)_2] + \text{NaBr} \] Это свойство используется в фотографии для фиксации изображения.

• Термическое разложение: При нагревании выше 220 °C разлагается на сульфит натрия и серу, а затем на сульфат натрия и сульфид натрия.

Получение

Тиосульфат натрия получают промышленными и лабораторными методами.

Промышленное производство

Основные способы:

• Взаимодействие сульфита натрия с серой (метод Леблана):

\[ \text{Na}_2\text{SO}_3 + \text{S} \xrightarrow{\text{кипячение}} \text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3 \] Реакцию проводят при кипячении водного раствора сульфита натрия с порошкообразной серой.

• Окисление полисульфидов натрия: При пропускании воздуха через раствор полисульфидов натрия образуется тиосульфат.
• Побочный продукт производства сернистых красителей: В процессе коксования угля и очистки газов.

Лабораторные методы

В лабораторных условиях тиосульфат натрия можно получить:

• Взаимодействием сульфита натрия с серой в водной среде.
• Реакцией сульфида натрия с диоксидом серы:

\[ 2\text{Na}_2\text{S} + 3\text{SO}_2 \rightarrow 2\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3 + \text{S} \]

Применение

Фотография

Тиосульфат натрия является основным компонентом фиксажных растворов. Он растворяет невосстановленные галогениды серебра (например, AgBr), образуя растворимые комплексные соли, что позволяет удалить их из эмульсионного слоя фотоплёнки или фотобумаги. В чёрно-белой фотографии используется 20–30 % водный раствор.

Медицина

В медицине тиосульфат натрия применяется как:

• Антидот при отравлении цианидами: Превращает цианиды в менее токсичные тиоцианаты (роданиды) под действием фермента роданазы.
• Средство при отравлении солями тяжёлых металлов (ртуть, свинец, мышьяк): Образует нерастворимые комплексы.
• Противовоспалительное и антиаллергическое средство: В виде раствора для внутривенного введения при аллергических реакциях, артритах, псориазе.
• Наружное средство: При чесотке (в составе мазей) и грибковых поражениях кожи.

Аналитическая химия

Тиосульфат натрия используется в йодометрии — методе количественного определения окислителей (например, хлора, брома, йода, перманганата калия). Стандартный раствор тиосульфата натрия титруют с йодом в присутствии крахмала в качестве индикатора.

Промышленность

• Очистка воды: Для удаления остаточного хлора после хлорирования (дехлорирование).
• Текстильная промышленность: Для удаления хлора после отбеливания тканей.
• Целлюлозно-бумажная промышленность: В процессе варки целлюлозы.
• Горнодобывающая промышленность: Для извлечения серебра из руд и отходов фотоплёнки.
• Пищевая промышленность: Как антиоксидант (добавка E539) для предотвращения окисления в вине, пиве, консервах.

Другие области

• Ветеринария: Как антидот при отравлении цианидами у животных.
• Косметология: В составе средств для удаления волос (депиляторов) и осветления кожи.
• Образование: В школьных и студенческих химических опытах для демонстрации реакций (например, «золотого дождя» — осаждения серы из кислого раствора).

Токсикология и безопасность

Тиосульфат натрия относится к малоопасным веществам (IV класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76). При попадании на кожу не вызывает раздражения. При приёме внутрь в больших дозах (более 10 г) может вызывать слабительный эффект, тошноту и диарею. Вдыхание пыли может раздражать дыхательные пути. При работе с концентрированными растворами рекомендуется использовать защитные перчатки и очки. При нагревании до разложения выделяет токсичные газы (диоксид серы, сероводород).

Хранение

Тиосульфат натрия хранят в герметично закрытой таре в сухом, прохладном месте, защищённом от света. Кристаллы гигроскопичны, поэтому их следует оберегать от влаги. Растворы тиосульфата натрия нестабильны при хранении (разлагаются под действием света, кислорода и микроорганизмов), поэтому их готовят непосредственно перед использованием.

Интересные факты

• В XIX веке тиосульфат натрия называли «антихлором» из-за его способности нейтрализовать хлор.
• Реакция тиосульфата натрия с йодом используется в криминалистике для обнаружения следов йода на документах.
• В фотографии раствор тиосульфата натрия называют «фиксажем» или «гипосульфитом», хотя последнее название устарело.
• При нагревании кристаллов тиосульфата натрия с водой происходит сильное охлаждение раствора (эндотермический процесс), что иногда используется в химических грелках.

Источники

• Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2.
• Кнунянц И. Л. (ред.) Краткая химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1967.
• ГОСТ 4212-76. Реактивы. Тиосульфат натрия. Технические условия.
• Вредные вещества в промышленности: Справочник / Под ред. Н. В. Лазарева. — Л.: Химия, 1977.
• Медицинская токсикология: национальное руководство / Под ред. Е. А. Лужникова. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012.