Натрий серноватистокислый (тиосульфат): свойства и особенности применения

Гипосульфит натрия — это соль натрия и тиосерной кислоты, которая образует пятиводный кристаллогидрат. Вещество проявляет сильные восстановительные свойства, хорошо растворяется в воде, медленно окисляется на воздухе.

Соединение взаимодействует с сильными окислителями, в реакции с кислотами разлагается с выделением сернистого ангидрида. При нагреве пентагидрата до 48 градусов Цельсия вещество образует перенасыщенный раствор, растворяясь в кристаллизационной воде. При 100 градусах обезвоживается.

СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ

Тиосульфат Натрия ТМ “Клебріг” применяют во многих сферах. О наиболее распространенных мы расскажем далее. 

Натрий серноватистокислый используют для:

 -удаления следов хлора после отбеливания тканей;

-для извлечения серебра из руд;

-фиксажа в фотографии;

-реактив в иодометрии;

-как среда для определения молекулярных весов по понижению точки замерзания (криоскопическая константа 4,26°);

-добавки для бетона;

-для очищения тканей от иода;
 

Фиксаж фотографии
 

Для приготовления фиксажа обычно используют неорганические тиосульфаты, наиболее доступным из которых является тиосульфат натрия. Пригодность тиосульфата в качестве фиксирующего вещества была обнаружена Джоном Гершелем в 1819 году. Однако, практическое применение его свойств началось лишь двадцать лет спустя, после изобретения первых технологий фотографии — дагеротипии и калотипии. Фиксаж применяется обычно в виде водного раствора, в специальных целях — в виде пасты или геля.

При проявлении происходит восстановление серебра из экспонированных кристаллов галогенидов серебра, входящих в фотоэмульсионный слой. Тем самым скрытое изображение преобразуется в видимое.

Однако полученное видимое изображение ещё не готово к просмотру:

в оставшихся непроэкспонированными галогенидах серебра под действием видимого света произойдёт восстановление серебра, и через некоторое время изображение станет абсолютно чёрным.

проявленный негатив непрозрачен и непригоден для фотопечати.

Фиксирование заключается в удалении неэкспонированных галогенидов серебра из фотоэмульсии, сохранившихся после проявления. Процесс состоит из двух стадий: преобразование галогенидов в растворимые соединения, обычно комплексные соли серебра, и окончательная промывка, во время которой они удаляются из эмульсии. Если планируется длительное хранение обработанных фотоматериалов — рекомендуется пользоваться стоп-ванной (раствором гидрокарбоната или карбоната натрия) или применять растворы веществ, разрушающих тиосульфат (пероксид водорода с аммиаком).

При химическом фиксировании применяются ионы тиосульфата, которые можно получить при растворении, например, тиосульфата аммония. Чаще всего используется тиосульфат натрия.

Так как процесс фиксирования ускоряется в кислой среде, то в фиксаж добавляют метабисульфит калия (метабисульфит натрия) или небольшое количество кислоты, обычно уксусную кислоту с сульфитом натрия (для стабилизации раствора и повышения его буферной ёмкости).

Процесс фиксирования часто сочетают с дублением фотоэмульсионного слоя, что улучшает его сохранность и снижает риск появления царапин при хранении и печати негатива. Для этого применяют дубящий фиксаж, содержащий обычно алюмокалиевые квасцы.

Известны рецептуры фиксирующих проявителей, в состав которых входит тиосульфат натрия. При этом совмещаются два процесса — проявление и фиксирование.
 

Наиболее распространенные рецептуры
 

Нейтральный фиксаж

Фиксирование фотоматериалов может производиться в растворе одного вещества (тиосульфата натрия), но такие фиксажи имеют ряд недостатков. К недостаткам нейтральных фиксажей относят достаточно высокий уровень pH, низкую кислотно-основную буферную ёмкость. В случае заноса в раствор фиксажа проявляющих веществ не исключена вероятность восстановления серебра из серебряно-тиосульфитных комплексов в растворе. В фотографическом слое это может привести к образованию дихроичной вуали. При использовании нейтральных фиксажей необходимо производить тщательную промывку фотоматериала после проявления (перед фиксированием) или применять стоп-ванну (кратковременная обработка проявленного фотоматериала в слабом растворе уксусной кислоты или в растворе метабисульфита или бисульфита калия или натрия).

Нейтральный фиксаж

Тиосульфат натрия — 250,0 г.

Вода — до 1 л.

Время обработки фотоплёнки 10 минут при температуре + 20 °С

Быстрый фиксаж

Быстрые фиксажи действуют примерно в два раза быстрее за счёт использования тиосульфата аммония, либо введения катионов аммония в раствор с помощью добавки аммонийных солей. На практике наибольшее распространение получила смесь тиосульфата натрия и хлорида аммония. Применение быстрых фиксажей ограничено их раздубливающими свойствами.

Быстрый фиксаж

Тиосульфат натрия — 250,0 г.

Хлорид аммония — 50 г.

Метабисульфит калия — 20,0 г.

Вода — до 1 л.

Время обработки фотоплёнки 3 минуты при температуре + 20 °С

Кислый фиксаж

Содержит метабисульфит или бисульфит калия или натрия. В таком фиксаже действие проявляющих веществ, занесённых с фотослоем, быстро прекращается, так как в кислой среде нейтрализуются щелочные компоненты проявляющего раствора.

Другие рецептуры кислых фиксажей основаны на добавлении в раствор тиосульфата натрия уксусной или соляной кислоты. Так как непосредственное введение кислоты приводит к разложению тиосульфата (выделяется мелкодисперсная свободная сера), предварительно растворяют сульфит натрия (Na2SO3). При этом также повышается буферная ёмкость раствора фиксажа.

Кислый фиксаж

Тиосульфат натрия — 200,0 г.

Метабисульфит калия — 20,0 г.

Вода — до 1 л.

Время обработки фотоплёнки 10 минут при температуре + 20 °С

Кислый фиксаж

Тиосульфат натрия — 200,0 г.

Сульфит натрия безводный — 20,0 г.

Уксусная кислота 98 % — 10 мл.

Вода — до 1 л.

Время обработки фотоплёнки 10 минут при температуре + 20 °С

Дубящий фиксаж

Дубящие фиксажи наряду с растворением галогенида серебра повышают прочность желатиновых фотографических слоёв, уменьшают набухание желатины и улучшают сушку. В основном в роли дубящего вещества в растворах выступают алюмокалиевые или хромокалиевые квасцы, реже — растворы формальдегида. Дубящие фиксажи нашли применение при повышенной температуре окружающей среды, когда не было возможности контролировать температуру растворов (так называемые «тропические фиксажи»).

Дубящий фиксаж

Тиосульфат натрия — 200,0 г.

Сульфит натрия безводный — 12,0 г.

Алюмокалиевые квасцы — 12 г.

Вода — до 1 л.

Время обработки фотоплёнки 2 минуты при температуре + 30 °С

Фиксирующие проявители

Известны рецептуры проявителей, в состав которых входит тиосульфат натрия.

Фиксирующие проявители применялись с целью сокращения общего времени обработки фотоплёнки, а также в виде геля в комплектах одноступенчатого процесса (фотоаппараты фирмы Polaroid, «Момент», «Фотон»).

Фиксирующий проявитель для фотоплёнок «Фото-32», «Фото-65»

Метол — 5,0 г.

Сульфит натрия безводный — 40,0 г.

Гидрохинон — 6,0 г.

Карбонат калия — 40,0 г.

Бромид калия — 3,0 г.

Тиосульфат натрия — 50,0 г.

Вода — до 1 л.

Время проявления на две минуты больше, чем указано на упаковке фотоплёнки при температуре + 20 °С
 

Промывка после фиксирования

После фиксирования фотоплёнка и фотобумага нуждаются в тщательной промывке, поскольку остатки тиосульфата натрия при хранении разлагаются с выделением серы и со временем способны испортить изображение. Если планируется длительное хранение обработанных фотоматериалов, то рекомендуется пользоваться стоп-ванной (раствором гидрокарбоната или карбоната натрия) или применять растворы веществ, разрушающих тиосульфат (пероксид водорода с аммиаком).
 

Нейтрализация хлорированной воды

Он используется для дехлорирования водопроводной воды, включая снижение уровня хлора для использования в аквариумах, плавательных бассейнах и спа (например, после суперхлорирования), а также на водоочистных сооружениях для обработки отстоявшейся промывной воды перед сбросом в реки. Реакция восстановления аналогична реакции восстановления йода.

При тестировании pH отбеливающих веществ тиосульфат натрия нейтрализует эффект отбеливания, устраняющий цвет, и позволяет проверять pH отбеливающих растворов с помощью жидких индикаторов. Растворы тиосульфата натрия обычно используются в химических лабораториях в качестве меры предосторожности при работе с бромом и для безопасной утилизации брома, йода или других сильных окислителей.

Устранение йода с тканей

Начнём с йода. С пятнами от этого вещества успешно борется тиосульфат натрия, он же натрий серноватистокислый, он же гипосульфит натрия.

Для получения нужно результата достаточно 30% раствора тиосульфата натрия. При контакте с йодом происходит следующая реакция:

2Na2S2O3 + I2 – Na2S4O6 + 2NaI

Образующиеся тетратионат натрия и иодид натрия – бесцветные вещества, которые легко удаляются водой с любой поверхности.

Извлечения серебра и золота  из руд

Одним из перспективных растворителей благородных металлов является малотоксичный раствор тиосульфата натрия. Тиосульфаты – это соединения, содержащие группы (S2O3)2-,которые являются структурным аналогом сульфата, где один атом кислорода замещён атомом серы. Уникальная химия иона тиосульфата, который имеет структуру [S–SO3)2-], определяется сульфидоподобным атомом серы, придающим ему восстановительные свойства, сильную способность к комплексообразованию, а также способность образовывать сульфиды.

Золото с тиосульфат-ионом образует достаточно прочный комплекс состава [Au(S2O3)2]-3,энергия Гиббса образования которого составляет –1024.9 кДж/моль и не разлагающийся с выделением серы даже при подкислении. Константа нестойкости этого комплекса составляет 4·10-30, поэтому стандартный потенциал окисления золота в присутствии ионов SO3S2-снижается до +0.15 В, и окисление золота кислородом с переходом в раствор становится термодинамически возможным [2].

В последние годы интерес к тиосульфату, как альтернативному растворителю золота, заметно активизировался. Выполнен значительный объём теоретических и технологических исследований[3,4].

Процесс растворения золота в тиосульфате в присутствии кислорода протекает по реакции,аналогичной цианистому процессу:

4Au + 8Na2S2O3 + O2 + H2O = 4Na3[Au(S2O3)2] + 4NaOH

Термодинамическая вероятность приведённой реакции достаточно велика (ΔGº = – 96.5 кДж/моль) и возрастает с повышением температуры [3].

Стойкость золото-тиосульфатного комплекса (Кн = 4·10-30) близка к стойкости золотоцианистого комплекса, комплекс не окисляется и не разлагается в кислой среде. Однако практическая реализация тиосульфатной технологии сталкивается с кинетическими препятствиями. При нормальной температуре процесс протекает в кинетической области, при величине энергии активации 53.6

кДж/моль, а скорость перехода металлов в растворы с концентрацией 0.5М Na2S2O3 составляет 0.045 – 0.050 мг/см·ч, что приблизительно в 30 раз ниже скорости цианистого процесса.

Особую роль в тиосульфатном процессе играет температурный фактор. Заметное повышение скорости растворения золота начинается при температуре выше 500С [5,6] и при температуре более 900С скорость растворения составляет около 4.6 мг/см·ч, что в 3 раза выше скорости цианистого процесса.
 

Йодометрия

В аналитической химии наиболее распространенное применение происходит потому, что тиосульфат-анион стехиометрически реагирует с йодом в водном растворе, восстанавливая его до йодида, когда тиосульфат окисляется до тетратионата.

Это конкретное использование может быть настроено для измерения содержания кислорода в воде посредством длинной серии реакций в тесте Винклера для растворенного кислорода. Он также используется для объемной оценки концентраций определенных соединений в растворе (например, перекиси водорода) и для оценки содержания хлора в коммерческом обесцвечивающем порошке и воде.