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Hidróxido de sodio




Enviado por palomore



    1. Resumen
    2. Aplicaciones
    3. Almacenaje y
      transporte
    4. Métodos de
      obtención
    5. Electrólisis cloro
      – álcali
    6. Métodos
    7. Características de los
      subproductos obtenidos
    8. Importancia de la
      contaminación por mercurio
    9. Bibliografía

    RESUMEN:
    Características. Diversas aplicaciones. Forma de
    almacenaje y transporte.
    Métodos de
    obtención. Electrólisis cloro – álcali.
    Método Le
    Blanc .Método
    Solvay. Electrólisis en fase fundida. Método
    de diafragma (diagramas de
    flujo). Método de la amalgama. Tratamiento de los
    productos de
    electrólisis. Características y propiedades de los
    subproductos obtenidos Importancia de la
    contaminación por mercurio.

    INTRODUCCIÓN

    El Hidróxido de Sodio es una sustancia incolora e
    higroscópica que se vende en forma de trozos, escamas,
    hojuelas, granos o barras. Se disuelve en agua con
    fuerte desprendimiento de calor y la
    disolución acuosa se denomina lejía de sosa. Tanto
    la sosa cáustica como la lejía atacan la piel.

    En su mayor parte la sosa cáustica y la
    lejía de sosa se obtienen en la electrólisis cloro-
    álcali. Sin embargo, se obtiene una pequeña parte
    por caustificación de Carbonato de Sodio. Se calienta una
    solución de Carbonato de Sodio con la cantidad
    correspondiente de cal apagada (Hidróxido de Calcio)
    así precipita el Carbonato de Calcio insoluble y en la
    solución queda Hidróxido de Sodio.

    De este método se obtiene el nombre de sosa
    cáustica para el Hidróxido de Sodio.

    Na2CO3 +
    Ca(OH)2 ® CaCO3 ¯ + 2 NaOH

    APLICACIONES

    La sosa cáustica tiene muchas aplicaciones en la
    industria
    química,
    principalmente en forma de lejía de sosa, que se
    prepara donde ha de usarse y en cualquier concentración
    deseada por disolución en agua de la
    sosa sólida. Como campos principales de empleo
    citaremos: industrias de
    algodón, seda artificial, plásticos,
    textiles y de jabón, en la fabricación de diversos
    productos
    químicos, etc.

    ALMACENAJE Y TRANSPORTE

    Como la sosa cáustica sólida es
    fuertemente higroscópica y reacciona rápidamente
    con el Dióxido de Carbono del
    aire, formando
    Carbonato de Sodio:

    2 NaOH + CO2
    ®
    Na2CO3 + H2O

    Se envasa herméticamente en tambores y así
    se la amacena y distribuye. Como material de construcción para envases y
    depósitos es adecuado el hierro. El
    aluminio no
    puede emplearse, porque la lejía de sosa la disuelve
    formando aluminato, pero es posible emplear plásticos
    para el recubrimiento de vasijas. En el trabajo con
    sosa o con lejía es necesario utilizar gafas protectoras,
    porque tanto trocitos de sólido como gotas de
    solución atacan rápidamente los ojos.

    MÉTODOS DE
    OBTENCIÓN

    ELECTRÓLISIS
    CLORO-ÁLCALI:

    Los productos principales de la electrólisis de
    Cloruro de Sodio, Cloro y sosa cáustica ya estaban
    asociados con anterioridad, pues ambos están en
    relación con la fabricación de sosa por el
    método Le Blanc. El Cloro se obtenía del
    Ácido Clorhídrico, producto
    secundario del método Le Blanc, la sosa cáustica a
    partir del producto
    principal, la sosa misma.

    • MÉTODO LE BLANC:

    1- A partir de Cloruro de Sodio y Ácido
    Sulfúrico se obtienen Sulfato de Sodio y Cloruro de
    Hidrógeno.

    2 NaCl +
    H2SO4 ® Na2SO4 + 2
    HCl ­

    2- El Sulfato de Sodio se reduce con
    coque y se calcina con caliza, así se obtiene Carbonato de
    Sodio, Sulfuro de Calcio y Dióxido de Carbono.

    Na2SO4 +
    CaCO3 + 2 C ® Na2CO3 + CaS
    + 2 CO2­

    3- Por extracción con agua pueden
    separarse el Carbonato de Sodio (soluble) y el Sulfuro de Calcio
    (insoluble).

    4- El Carbonato de Sodio puede tratarse con cal apagada
    para obtener una solución de Hidróxido de
    Sodio.

    Na2CO3 + Ca(OH
    )2® CaCO3 ¯ + 2 NaOH

    Al pasar al método de Solvay fue preciso obtener
    Cloro a partir de otras fuentes de
    Ácido Clorhídrico, sin que se alterase el cuadro en
    lo que se refiere a la sosa cáustica.

    • MÉTODO SOLVAY:

    1- Haciendo pasar Amoníaco y Dióxido de
    Carbono (gaseosos) por una solución saturada de Coluro de
    Sodio se forma Carbonato ácido de Sodio y Cloruro de
    Amonio (ambos insolubles).

    NaCl + NH3 + CO2 +
    H2O ®
    NaHCO3 + NH4Cl

    2- El Carbonato ácido de Sodio se
    separa de la solución por filtración y se
    transforma en Carbonato de Sodio por
    calcinación:

    2 NaHCO3 ®
    Na2CO3 + H2O +
    CO2­

    3- El Cloruro de Amonio obtenido se hace
    reaccionar con Hidróxido de Calcio y se recupera
    Amoníaco.

    2 NH4Cl +
    Ca(OH)2 ® 2
    NH3
    ­ + 2 H2O +
    CaCl2

    4- El Hidróxido de Calcio se
    produce en la misma fábrica por calcinación de
    Carbonato de Calcio (piedra caliza) y así se produce el
    Dióxido de Carbona necesario en la ecuación
    1.

    CaCO3 ® CaO +
    CO2
    ­

    En 1888 se descubrió el método del
    diafragma y se realizó la primera electrólisis
    técnica Cloro- álcali. El método de
    Griesheim se extendió triunfalmente por todo el mundo y
    fue piedra fundamental para nuevos desarrollos técnicos de
    procesos
    electroquímicos (obtención de Aluminio,
    Magnesio, Sodio, etc.).

    Desde entonces, Cloro y sosa cáustica
    están íntimamente unidos, y el aumento en consumo de uno
    de ellos se traduce en exceso de producción del otro. Por ejemplo, cuando
    después de la primera guerra
    mundial, aumentó abruptamente el consumo de
    sosa cáustica para la industria de
    la seda artificial, el empleo del
    Cloro producido resultó un problema insoluble e hizo
    necesario la búsqueda de nuevos campos de
    aplicación para el Cloro. Esta búsqueda fue
    coronada con tal éxito
    que, desde hace unos treinta años, la situación ha
    cambiado por completo y el ulterior desarrollo de
    la electrólisis Cloro-álcalis está hoy
    subordinado a las necesidades de Cloro.

    ELECTRÓLISIS EN FASE FUNDIDA POR EL
    MÉTODO DE DOW: (Gráfico 1)

    En la célula
    , revestida con ladrillos de chamota, (1) el ánodo de
    grafito (A) penetra por la parte inferior, mientras el
    cátodo de hierro (B)
    rodea al ánodo anularmente.

    El espacio catódico está separado por
    ambos lados del resto de la célula
    mediante una tela metálica.

    Sobre el ánodo hay una campana (C), que capta el
    Cloro gaseoso, depositado en el ánodo (A) para que no se
    ponga en contacto con el Sodio fundido. Así se puede
    obtener separadamente Sodio fundido y Cloro gaseoso. El Sodio
    flota sobre el Cloruro de Sodio fundido, sobre el cátodo
    (B), de dónde se extrae y se pasa a un depósito
    colector (D).

    La producción del fundido tiene lugar en el
    depósito superior (E), por encima de la campana,
    dónde se va cargando continuamente Cloruro de Sodio
    sólido.

    2 NaCl ® 2 Na +
    Cl2­

    MÉTODO DEL DIAFRAGMA: (Gráfico
    2)

    La célula
    horizontal en el método del diafragma, la célula
    Billiter (2) está separada por el diafragma (A) , que
    frecuentemente es formado por varias capas de asbesto, en un
    espacio anódico (B) y otro espacio catódico (C).
    También aquí se emplean como ánodos
    electrodos de grafito y como cátodo parrillas de Hierro.
    El electrolito es una solución purificada y saturada de
    Cloruro de Sodio (3) que entra continuamente por la parte
    superior.

    Mediante la aplicación de una corriente
    contínua de unos cuatro voltios los iones Cloruro van al
    ánodo, se descargan, se unen para dar moléculas y
    abandonan en forma de gas el espacio
    anódico por (F). De los iones Na+ y
    H+ presentes en el cátodo se descargan
    solamente los últimos por su potencial de
    separación más positivo. El Hidrógeno se
    recoge por debajo del diafragma y se extrae por (D). En el
    espacio catódico queda una solución de lejía
    de sosa que contiene Cloruro de Sodio; unos 120 g de
    Hidróxido de Sodio y unos 140 g de Cloruro de Sodio. La
    disolución se extrae por (E). Unas 50 a 100 células se
    unen para constituir una batería.

    2 NaCl + 2 H2O
    ® 2 NaOH +
    Cl2­ +
    H2­

    ELECTRÓLISIS CLORO –
    ÁLCALI
    (Gráfico 1)

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    superior

    2 NaCl ® 2 Nao +
    Cl2­  

    MÉTODO DE DIAFRAGMA
    (Gráfico 2)

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    2 NaCl + 2 H2O ® 2 NaOH +
    Cl2­ +
    H2­

     MÉTODO DE LA AMALGAMA:
    (Gráfico 3)

    En la célula, algo inclinada hacia un lado (4),
    el ánodo consta también de varios electrodos de
    grafito (A) mientras el cátodo lo constituye el Mercurio
    (B) que cubre el suelo y que fluye
    en él lentamente. La célula no tiene diafragma. El
    electrolito es también aquí una solución
    purificada y saturada de Cloruro de Sodio que entra continuamente
    por (C). Se trabaja con corriente contínua con 4,6 voltios
    y el Cloro formado en el ánodo sale en forma gaseosa (D).
    Los iones Sodio se descargan en el cátodo de Mercurio y
    rápidamente forman con él la amalgama de Sodio que
    fluye fuera de la célula con un contenido en Sodio de
    alrededor de 0,2 % (E). Por medio de una bomba (F) se hace pasar
    la amalgama a un depósito (G), una torre rellena con
    grafito en la que se produce la descomposición de la
    amalgama con agua, con producción de Mercurio,
    lejía de sosa (H) e Hidrógeno (I). El Mercurio puro
    se recoge en el fondo de la torre y se bombea (J) de nuevo a la
    célula de electrólisis.

    2 Na + Hg2 + 2
    H2O ®
    2 NaOH + Hg2 +
    H2­

    TRATAMIENTO DE LOS PRODUCTOS DE
    ELECTRÓLISIS:

    (Gráfico 4 y 5)

    El Hidrógeno producido en los métodos de
    diafragma y de la amalgama es de 95 %. La mayor parte de las
    veces se saca con Ácido Sulfúrico concentrado y
    mediante compresores (5)
    se le almacena en botellas de acero (6) si no
    se tiene para él la aplicación en fábricas
    propias.

    La lejía de Sosa del método de diafragma
    es solamente del 12 % y contiene mucho Cloruro de Sodio. Se la
    concentra fuertemente en evaporadores de múltiple efecto
    (7), con lo que la mayor parte de Cloruro de Sodio precipita y se
    separa por centrifugación (no dibujado). La lejía
    de Sosa purificada de ésta manera es de 50 % y contiene
    todavía 2 % de Cloruro de Sodio. Si se requiere de mayor
    pureza debe recurrirse a un tratamiento de cristalización,
    el cuál es muy laborioso.

    En el método de la amalgama se obtiene una
    lejía de sosa muy pura, completamente exenta de Cloruro de
    Sodio y otras impurezas, con una concentración de 50 %,
    que se puede aumentar fácilmente hasta un 75 %.

    La lejía de sosa de 50 % se vende como tal (8) o
    se evapora hasta obtenerla sólida y se envasa en barriles
    (9).

    El Cloro se liquida y se expende en vagones tanques a
    presión
    (10) o en botellas de acero.

    El Sodio metálico, procedente de la
    electrólisis en fase fundida, no necesita más
    purificación y se envasa en latas (11) o barriles
    herméticos para su distribución al comercio.

    MÉTODO DE LA AMALGAMA
    (Gráfico 3)

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    2 NaCl + 2 Hgo
    ®
    Cl2­ + 2 Hgo + 2
    Nao

    2 Hgo + 2 Nao + 2
    H2O ®
    2 Hgo + 2 NaOH +
    H2­

      TRATAMIENTO DE LOS PRODUCTOS DE
    ELECTRÓLISIS
    (Gráfico 4)

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    PRODUCTOS TERMINADOS
    (Gráfico 5)

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    HIDRÓGENO NaOH 50% NaOH 75% CLORO
    líquido SODIO

    CARACTERÍSTICAS DE LOS SUBPRODUCTOS
    OBTENIDOS

    • CLORO

    Es un gas verde
    amarillento de olor picante y muy venenoso. Es dos veces
    más pesado que el agua y su
    punto de fusión es
    – 100,9 oC . Se disuelve moderadamente en agua y
    es uno de los elementos más reactivos. Debido a su gran
    reactividad no existe en estado
    elemental en la naturaleza. Los
    metales no
    nobles, son atacados formando Cloruros. Mezclado con
    Hidrógeno forma una mezcla detonante.

    El Cloro tiene muchas aplicaciones en la industria
    química,
    para la fabricación de disolventes, aditivos de la
    gasolina, plásticos, fibras químicas,
    líquidos refrigerantes, etc.

    • HIDRÓGENO

    Elemento gaseoso reactivo, insípido, incoloro e
    inodoro.

    Sus puntos de ebullición y fusión son
    los más bajos de todas las sustancias, a excepción
    del Helio. El Hidrógeno líquido, obtenido por
    primera vez por el químico británico James Dewar en
    1898 , es incoloro (excepto en capas gruesas, que tienen un
    aspecto azul pálido). Si se deja evaporar
    rápidamente bajo poca presión se
    congela transformándose en un sólido incoloro. El
    Hidrógeno en estado libre
    sólo se encuentra en muy pequeñas cantidades en la
    atmósfera.
    El hidrógeno reacciona con una gran variedad de elementos
    no metálicos. También se combina con ciertos
    metales como
    Sodio y Litio, formando hidruros. Actúa como agente
    reductor de óxidos metálicos como el Óxido
    de Cobre,
    extrayendo el Oxígeno
    y dejando el metal en estado puro. Industrialmente se producen
    grandes cantidades de Hidrógeno a partir de los
    combustibles gaseosos. El Hidrógeno se separa del vapor de
    agua, del gas natural y del
    gas de hulla, bien por licuación de los demás
    componentes del gas, o bien por conversión
    catalítica del Monóxido de Carbono en
    Dióxido de Carbono, que resulta fácilmente
    extraíble. El Hidrógeno es un producto derivado
    importante en muchas reacciones de electrólisis. Se
    emplean grandes cantidades de Hidrógeno en la
    elaboración del Amoníaco y en la síntesis
    de Alcohol
    Metílico. La hidrogenación de aceites para producir
    grasas comestibles, la de la hulla para producir petróleo
    sintético, y la que tiene lugar en el refinado del
    petróleo, requieren grandes cantidades de
    Hidrógeno. Es el gas menos pesado que existe y se ha
    utilizado para inflar globos y dirigibles. Sin embargo, arde
    fácilmente y varios dirigibles, como el Hindenburg,
    acabaron destruidos por incendios de
    Hidrógeno. El Helio, que tiene un 92% de la capacidad de
    elevación del Hidrógeno, y además no es
    inflamable, se emplea en su lugar siempre que es posible.
    También se usa el Hidrógeno en sopletes para corte,
    fusión y soldadura de
    metales.

    • SODIO:

    Es un elemento metálico blanco plateado,
    extremamente blando y muy reactivo. Es uno de los metales
    alcalinos de la tabla
    periódica. El sodio elemental es un metal tan blando
    que puede cortarse con un cuchillo. Tiene una dureza de 0,4. Se
    oxida con rapidez al exponerlo al aire y reacciona
    violentamente con agua formando hidróxido de sodio e
    hidrógeno. Tiene un punto de fusión de 98 °C,
    un punto de ebullición de 883 °C y una densidad relativa
    de 0,97. Su masa atómica es 22,9898.

    Sólo se presenta en la naturaleza en
    estado combinado. Se encuentra en el mar y en los lagos salinos
    como Cloruro de Sodio. El Sodio ocupa el séptimo lugar en
    abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Es un
    componente esencial del tejido vegetal y animal.

    IMPORTANCIA DE LA CONTAMINACIÓN POR MERCURIO

    Este tema es de mayor importancia debido a su
    peligrosidad y se encuentra en relación con un
    método de obtención de Hidróxido de Sodio.
    Éste es el método de la Amalgama descripto
    anteriormente.

    El vapor de mercurio y sus sales solubles en agua
    corroen las membranas del organismo. El envenenamiento
    progresivo, que se da al ingerir durante largos periodos
    pequeñas cantidades del metal o de sus sales liposolubles,
    en especial el metilmercurio, llega a provocar daños
    irreversibles en el cerebro,
    hígado y riñón. A causa del aumento de la
    contaminación del agua, se han encontrado
    cantidades significativas de mercurio en ciertas especies de
    peces,
    creciendo la preocupación por los vertidos incontrolados
    del metal a las aguas.

    Una posibilidad que da lugar a la movilización
    del Hg es a través de su metilación, que
    corresponde a la formación de un compuesto
    organometálico. En el caso concreto del
    mercurio, se forma el metil-mercurio,
    CH3Hg+, el cual, al igual que otros
    compuestos organometálicos, es liposoluble. En
    consecuencia, estos compuestos presentan una elevada toxicidad,
    puesto que pueden atravesar fácilmente las membranas
    biológicas y, en particular, la piel, y a
    partir de aquí, la incorporación del metal en la
    cadena trófica está asegurada. La metilación
    de metales inorgánicos por bacterias es
    un fenómeno geoquímico relativamente importante. El
    metilmercurio es un compuesto mucho más tóxico que
    el mercurio.

    El vapor de mercurio elemental liberado en la atmósfera, es oxidado
    a Hg++ mediante ozono, energía
    solar y vapor de agua. Una vez formado, el mercurio
    iónico Hg++ es arrastrado de la
    atmósfera por las lluvias y depositado sobre ambientes
    terrestres y acuáticos donde es convertido en metil
    mercurio en el suelo. El metil
    mercurio puede ser fácilmente transportado del suelo al
    medio acuático. También se pierde Mercurio durante
    todo el proceso y
    dicho Mercurio termina en los ríos, en donde es
    fácilmente tomado por los peces y es al
    menos 100 veces más tóxico que el Hg
    metálico.

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    Como ejemplo podemos citar la bahía de Minamata,
    en el sur del Japón,
    se produjo una enfermedad denominada "Enfermedad de Minamata",
    provocada por el consumo de pescado y mariscos contaminados con
    metil mercurio, debido al paso de Hg++ a metilmercurio
    por acción bacteriana. La producción de metil-Hg
    por bacterias y su
    liberación en el medio acuático es un mecanismo de
    defensa que protege los microbios del envenenamiento de Hg. La
    metilación bacteriana movilizó el Hg almacenado en
    los sedimentos de la bahía. Este mercurio procedía
    de una fábrica de plásticos que utilizaba Hg como
    catalizador y vertía los residuos en la
    Bahía.

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    Por todo esto, cuando se trabaja con Mercurio debe
    tenerse el cuidado de que todo resto de amalgama sea recuperada y
    almacenada en recipientes cerrados e inmersos en solución
    fijadora de película radiográfica evitando la
    liberación de vapores de Mercurio.

    BIBLIOGRAFÍA

    Enciclopedia Ullman

    Química Industrial. Tegeder – Mayer

     

    AUTORA

    PALOMA MORENO

    TÉCNICA QUÍMICA (TÍTULO DE NIVEL
    MEDIO)

    TÉCNICA UNIVERSITARIA EN QUÍMICA
    (TÍTULO DE NIVEL UNIVERSITARIO)

    CURSANDO EL PROFESORADO EN QUÍMICA (TÍTULO
    DE NIVEL UNIVERSITARIO)

    CATEGORÍA: QUÍMICA
    INORGÁNICA

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