Produção Industrial de NaOH
-Fórmula Molecular: NaOH
-Massa Molar: 39,99 g/mol
-Nome IUPAC: Hidróxido de Sódio
-Nome Comercial: Soda Cáustica
Historicamente
Desde a antiguidade, aplicada ao uso cotidiano e industrial, super corrosiva, auxilia contra a poluição, veja a íncrivel história da humilde e perigosa soda cáustica.
Na antigüidade,
os egípcios já usavam a soda cáustica para fabricar tipos primitivos de sabão.
Ao longo dos séculos, o principal uso continua sendo este mesmo (saponificação
de ácidos graxos, ou seja, aquilo que se faz ao adicionar soda cáustica na
gordura para fazer sabão caseiro).
Ela era produzida
“caseiramente” através do Carbonato de Sódio. Com o passar do tempo o método se
torno inviável, devido a grande necessidade de soda cáustica, comercialmente e
industrialmente.
Pesquisas
permitiram que o homem começasse a produzir soda cáustica utilizando processos
que se tornaram mais diferenciados e mais eficientes.
Em 1791, Leblanc
inventou um processo para produção de carbonato. No entanto, Ernest Solvay, em
1861, conseguiu produzir o mesmo carbonato de sódio utilizando amônia. A
eficiência obtida por Solvay representou um progresso sem igual em relação aos
processos então existentes.
Finalmente…
Ao final do
século XIX, graças aos avanços tecnológicos, tornou-se viável explorar em
escala industrial outro processo de produção de soda cáustica: a eletrólise de
uma solução de cloreto de sódio (uma salmora, água e sal).
Processos de
fabricação da Soda Cáustica
A soda cáustica é fabricada atualmente, através de dois processos, o Processo de Solvay, e o Processo Eletrolítico.
O Processo de
Solvay (ou processo da amônia-soda), das
tentativas de baratear a produção de Na2CO3
(Obs.: A barrilha, Na2CO3, foi
inserida nesta seção por ser também conhecida por soda leve) produzida pelo processo
de Leblanc (processo ultrapassado), através do uso da reação total:
2NaCl + CaCO3 → Na2CO3 + CaCl2
O processo é muito mais complicado do que o
sugerido pela reação total, e para complicar ainda mais a situação a reação é
reversível e apenas 75% do NaCl é convertido em produto. O primeiro estágio do
processo é a purificação da salmoura saturada, que então reage com a amônia
gasosa. A salmoura amoniacal é carbonatada em seguida com CO2, formando NaHCO3.
Este é insolúvel na salmoura por causa do efeito do íon comum, podendo ser
separado por filtração. Por aquecimento à 150ºC, o bicarbonato NaHCO3 se
decompõe em carbonato anidro Na2CO3 (chamado na indústria de “soda leve”, por
que é um sólido com baixa densidade, 0,5g/cm³). A seguir o CO2 é removido por
aquecimento da solução, sendo o gás reciclado para o processo anterior, a amônia
NH3, é removida por adição de álcali (solução de cal em água), sendo
reaproveitada também. A cal (CaO) é obtida por aquecimento de calcário (CaCO3),
que também fornece o CO2 necessário.
Quando a cal (CaO) é misturada com a água forma-se Ca(OH)2.
NH3+ H2O + CO2 → NH4.HCO3
NaCl + NH4.HCO3 → NaHCO3 + NH4Cl
2NaHCO3 → (150ºC) Na2CO3 + CO2 H2O
CaCO3 → (1100ºC em forno de cal) CaO + CO2
CaO + H2O → Ca(OH) 2
2 NH4 + Ca(OH)2 → 2 NH3 + CaCl2 + 2H2O
CaO + H2O → Ca(OH) 2
2 NH4 + Ca(OH)2 → 2 NH3 + CaCl2 + 2H2O
Desse modo os
materiais consumidos são NaCl e CaCO3, havendo além do produto desejado, Na2CO3,
a formação do subproduto CaCl2. Há poucos usos para o CaCl2, e só uma
parte é recuperada da solução, sendo o restante desprezado. O principal uso
do Na2CO3 é a indústria de vidro, o que requer a “soda
pesada” Na2CO3. H2O. Para a sua obtenção a “soda leve”, obtida pelo processo de
Solvay, é recristalizada com água quente.
Na Eletrólise se da salmoura, ocorrem reações tanto no ânodo como no cátodo.
Ânodo: 2Cl- → Cl2 + 2e
Cátodo: Na + e → Na
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Se os produtos se misturarem, ocorrem reações
secundárias:
2NaOH + Cl2 → NaOCl + H2
ou
2OH + Cl2 →2OCl + H2
e no ânodo pode
ocorrer, até certo ponto, outra reação:
4OH →2H2O + 4e
Agora veremos
como são as células de diafragma e a célula de cátodo de mercúrio.
Para manter separados os gases H2 e Cl2 (produzidos nos eletrodos), usa-se um diafragma poroso de amianto. Se os gases H2 e Cl2 misturarem-se, reagirão e a reação será explosiva. Na luz do dia (e ainda mais com a exposição direta à luz solar) ocorre uma reação fotolítica, que produz átomos de cloro. Estes provocam uma explosiva reação em cadeia.
O diafragma
também separa os compartimentos do ânodo
e do cátodo. Isso diminui a
possibilidade de reação entre o NaOH, produzido no compartimento do cátodo, com
o Cl2, produzido no compartimento do
ânodo. Diminuí assim a possibilidade de
ocorrer uma reação secundária que leva a formação de hipoclorito de sódio
NaOCl. Contudo, alguma quantidade de
hidróxido de sódio ou de OH pode difundir para o outro compartimento, e isso
inibido mantendo
se o nível do eletrólito mais alto no compartimento do ânodo que no compartimento do cátodo, com o que passa a haver um pequeno fluxo positivo do compartimento do ânodo ao do cátodo. Traços de oxigênio são formados em outra reação secundária. O oxigênio reage com os eletrodos do carbono, destruindo-os gradualmente, com a formação de CO2.
se o nível do eletrólito mais alto no compartimento do ânodo que no compartimento do cátodo, com o que passa a haver um pequeno fluxo positivo do compartimento do ânodo ao do cátodo. Traços de oxigênio são formados em outra reação secundária. O oxigênio reage com os eletrodos do carbono, destruindo-os gradualmente, com a formação de CO2.
Há um interesse
crescente em substituir o amianto do diafragma por finas membranas sintéticas
de plástico. Essas membranas são feitas de um polímero chamado nafion, montado em um suporte de
teflon. Membranas plásticas possuem uma
resistência menor que o amianto.
Menos que a
metade do NaCl é convertido em NaOH, obtendo-se usualmente uma mistura de 11% de NaOH e 16% NaCl. Essa solução é concentrada num evaporador
quando cristaliza uma considerável quantidade de NaOH, levando a solução final
contendo 50% de NaOH e 1% de NaCl. Isso
pode ou não ser importante, dependendo do uso a que se destina o NaOH. Para a maioria das aplicações industriais, o
produto é vendido como solução, pois os custos da evaporação de todo o líquido
com a obtenção do sódio excedem os custos adicionais de transporte da solução.
Célula de cátodo
de mercúrio:
Durante a
eletrólise da salmoura, os íons de sódio migram em direção ao cátodo, no qual
os íons são neutralizados.
Na + e →Na(metal)
Se o cátodo for feito de mercúrio, os átomos
de sódio assim formados se dissolvem no mercúrio formando um amálgama, um tipo de
liga. O amálgama é levado a um compartimento separado, chamado de “grafita de
desnudamento”, no qual corre água sobre fragmentos de grafita (que atuam aqui
como sólido inerte). A água reage com o
sódio do amálgama, obtendo-se assim NaOH puro e em concentração de 50%.
Na(amálgama) +
água →NaOH + ½ hidrogênio + mercúrio
O mercúrio puro é
reciclado ao tanque de eletrólise. Originalmente os ânodos eram feitos de grafita, mas, por causa da
formação de traços de oxigênio em uma reação secundária, estes ânodos se
tornaram esburacados com o desgaste e liberação de gás carbônico. Os ânodos são
agora fabricados de aço revestido de titânio. O titânio é muito resistente a
corrosão, o que não somente evita em grande parte o problema do desgaste e
formação de gás carbônico, mas reduz também a resistência elétrica.
A Soda Cáustica
A soda cáustica
ou hidróxido de sódio é um sólido branco, higroscópico, e muito corrosiva.
Devido a sua reatividade a soda cáustica é caracterizada de base forte, onde é
utilizada para neutralizar ácidos fortes, alcalinizar meios reacionais mesmo em
poucas concentrações, e lavagem de gases.
A soda cáustica é
um produto muito versátil com aplicações diversas no setor industrial em geral.
Ela é utilizada na fabricação dos sabões em pó, sabões em barra e detergentes,
são utilizados na produção de tecidos de algodão para fortalecer as fibras e
absorver melhor o tingimento. Na indústria alimentícia a soda cáustica é
utilizada para o refino do óleo animal e vegetal, na remoção de ácidos graxos e
para descascar batatas, frutas e vegetais, é utilizada na produção de celulose,
papel e alumínio, entre outras.
Esta base também
pode ser usada para neutralizar a drenagem ácida das minas. Quando, durante as
operações de mineração, o ar e a água entram em contato com minerais
recentemente extraídos que contém enxofre, estes se oxidam rapidamente e
liberam uma determinada quantidade de acidez, metais e outros componentes
químicos que são prejudiciais ao meio ambiente.
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