Obtenção de NaOH

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UFG

Marcio Junior

30/09/2018

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
QUÍMICA DOS ELEMENTOS

Deni Gomes da Silva Junior
Márcio Neres de Souza Júnior

MÉTODOS DE OBTENÇÃO DE SÓDIO E SODA – MÉTODOS
ELETROLÍTICOS E O PROCESSO SOLVAY

Goiânia
2018
Deni Gomes da Silva Junior
Márcio Neres de Souza Júnior

MÉTODOS DE OBTENÇÃO DE SÓDIO E SODA – MÉTODOS
ELETROLÍTICOS E O PROCESSO SOLVAY

Trabalho do curso de Engenharia
Química da Universidade Federal de
Goiás da matéria de Química dos
elementos, ministrada pelo professor
Paulo Roberto Martins.

Goiânia
2018
SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 4
2 MÉTODOS DE OBTENÇÃO ..................................................................................................... 5
2.1 PROCESSO DE LEBLANC ............................................................................................. 5
2.2 Eletrólise ............................................................................................................ 5
2.2.1 Eletrólise ígnea do cloreto de sódio .............................................................. 6
2.2.2 Eletrólise aquosa do cloreto de sódio ....................................................... 7
3 O PROCESSO SOLVAY ............................................................................................................ 8
4 CONCLUSÃO ........................................................................................................................... 10
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................................... 11

Resumo

O sódio (Na) tem número atômico (Z)=11 e massa atômica igual a 22,9898 .
Por ser um elemento bastante reativo não é encontrado livre na natureza e sim
encontrado em substâncias na natureza. Sua presença na natureza se dá em compostos
como o hidróxido de sódio comumente conhecida como soda cáustica (NaOH), cloreto
de sódio (NaCl), nitrato de sódio (NaN03), o carbonato de sódio (Na2C03), o
hidrogenocarbonato de sódio, ou bicarbonato de sódio (NaHC03), entre outros.
Falando um pouco mais sobre a soda cáustica (NaOH), esse composto possui
algumas características como ser uma base alcalina , causar queimaduras quando em
contato com materiais orgânicos, além de ser amplamente usado em processos
industriais. A obtenção da soda cáustica pode ser feita a partir desses 3 métodos :
Processo Leblanc, métodos eletrolíticos e o processo Solvay (ou processo amônia-soda).

1. INTRODUÇÃO

O processo de obtenção de soda cáustica em escala industrial surgiu no século
XVIII a partir do processo LeBlanc , que foi desenvolvido pelo químico e cirurgião
francês Nicolas Leblanc. Esse método foi amplamente utilizado até a primeira guerra
mundial e depois foi substituído pelo processo Solvay que por sua vez foi substituído
pelos métodos eletrolíticos, que são os métodos utilizados até hoje.
Quando foi desenvolvido o processo Leblanc em 1791, a França passava por um
momento em que ⅔ das suas matérias primas eram provenientes de importações e esse
cenário precisa ser alterado. Seu processo começou a ser usado em escala industrial a
partir de 1853 e perdurou até o fim da primeira guerra mundial quando foi substituído
pelo processo de Solvay. A eletrólise vem do grego electro (eletricidade) + lýsis
(separação/quebra) e significa, para a química, a obtenção de compostos a partir da
aplicação de uma corrente elétrica. Em termos de obtenção de soda cáustica e sódio, os
processos mais conhecidos de eletrólise são : Eletrólise ígnea do cloreto de sódio e a
Eletrólise aquosa do cloreto de sódio.

2. MÉTODOS DE OBTENÇÃO
2.1 Processo de Leblanc
O processo desenvolvido em 1791 utiliza como matérias primas o sal marinho
(salmoura), ácido sulfúrico e o calcário. Foi o primeiro método desenvolvido e aplicado
em escala industrial para a produção de carbonato de sódio (𝑁𝑎2𝐶𝑂3).
Esse processo se baseia basicamente em duas etapas: a primeira é a mistura do
sal marinho(NaCl) e ácido sulfúrico (H2SO4) aquecendo levemente o sistema. Esse
aquecimento provoca a volatilização do ácido clorídrico e tem como resultado sulfato de
sódio.
O segundo passo consiste misturar sulfato de sódio com carbonato de cálcio
levando a calcinação com calcário e carvão, resultando em carbonato de sódio, que, por
ser solúvel, é separado de forma fácil da escória de sulfeto de cálcio produzida.

Figura 1: Processo de Leblanc

Esse método é extremamente poluente, mas levando em consideração a época
que foi desenvolvido, a preocupação ambiental era insignificante. Para cada 8 toneladas
de carbonato de sódio produzido, eram produzidas 7 toneladas de sulfeto de cálcio e
liberadas cerca 5,5 toneladas de ácido clorídrico. Como o ácido não tinha valor
monetário na época, ele juntamente com o resto do processe era descartado em rios
provocando a morte da vida marinha de onde era colocado.

2.2 Eletrólise
O processo de eletrólise ocorre quando uma corrente elétrica passa pela solução
separando assim seus compostos a partir da reação de oxirredução. Caso a substância
esteja em estado líquido temos uma eletrólise ígnea e caso esteja em meio aquoso temos
uma eletrólise em meio aquoso.

2.2.1 Eletrólise ígnea do cloreto de sódio
A eletrólise ígnea do cloreto produz o cloro em estado gás cloro (𝐶𝑙2) e o sódio
metálico (Na). Em condições normais, essas substâncias não são encontradas na
natureza. A temperatura necessária para se fundir o sal (NaCl) é de 800°C e quando , o
sal está no estado líquido, ele sofre dissociação e forma os íons: 𝑁𝑎+ e 𝐶𝑙−.
NaCl → Na+ + Cl- (1)
A reação ocorre conforme a imagem a seguir:

Figura 2: Ilustração da reação ocorrida

Nesta imagem podemos ver que a bateria polariza os eletrodos transformando
um deles em cátodo e o outro em ânodo. O polo negativo da bateria fornece elétrons
para a reação e por isso é o cátodo. Por ser negativo, o cátodo atrai os cátions 𝑁𝑎+ e
esses cátions recebem os elétrons da bateria acontecendo então uma reação de redução
formando o sódio metálico.
Por outro lado, o ânodo fica carregado positivamente e por isso atrai os ânions
Cl-, formando assim o gás cloro pela reação de oxidação.

Segue abaixo as semi reações de redução e oxidação:

Semi Reação no cátodo: redução: Na+(l) + e
- → Na(s) (2)
Semi Reação no ânodo: oxidação: 2 Cl-(l) → 2 e- + 1𝐶𝑙2(𝑔). (3)

O gás cloro, como é visto na imagem acima fica borbulhando no ânodo e pode
ser coletado a partir de um tubo adaptado a o sistema enquanto o sódio metálico se
sedimenta no ânodo. A reação global é demonstrada a seguir:

Cátodo:Na+(l) + e
- → Na(s) (4)
Ânodo: 2Cl-(l) → 2 e- + 1𝐶𝑙2(𝑔) (5)
Reação Global: Na+(l) + 2Cl
-
(l) → Na(s) + 1𝐶𝑙2(𝑔). (6)

2.2.2 Eletrólise aquosa do cloreto de sódio
A eletrólise aquosa e a eletrólise ígnea são bem parecidas se diferindo apenas a
adição de mais um componente que é a água. Além do NaCl ser dissociado , a água
presente na reação também sofre dissociação formando o íon hidrônio.
2 H2O(l)→ 1 H3O+(aq) + OH1-(aq) (7)

Depois de ambos sofrerem a dissociação temos na solução os seguintes íons :
H3O
+ , OH -,Na+ , Cl -. Segundo a tabela de ordem de prioridade temos que :

Figura 3: Tabela de ordem de prioridade

Segundo a tabela, os íons que serão descarregados serão os íons H3O
+e o Cl- no
cátodo e no ânodo respectivamente. As semi reações são:

Semi Reação no cátodo: 2 H+ + 2e- → H2

Semi Reação no ânodo: 2 Cl- → Cl2 + 2e-

A reação global da eletrólise aquosa do NaCl é:

Dissociação do NaCl: 2NaCl → 2Na+ + Cl-

Dissociação da água :2H2O → H3O+ + OH-

Semi Reação no ânodo: 2Cl-→ Cl2 + 2e –

Semi Reação no cátodo:2H+ +2e- → H2

Reação Global:
2NaCl(s) + 2H2O→ 2 Na+ (aq) + Cl2(g)+ 2OH-(aq) + H2(aq)
ou
2NaCl(s) + 2H2O→ 2 NaOH (aq) + Cl2(g) + H2(aq).

3. O PROCESSO SOLVAY
O processo Solvay é utilizado na produção de carbonato de sódio a partir do
cloreto de sódio por ação do dióxido de carbono sobre salmoura amoniacal, sendo que
no processo ocorre a formação de hidrogenocarbonato de sódio, que é convertido no
carbonato por ação do calor. Responsável por três quartos da produção mundial de
carbonato de sódio, o processo Solvay se baseia na insolubilidade do bicarbonato de
sódio em meios alcalinos a baixas temperaturas, utilizando para isso grandes colunas de
saturação gasosa.
O processo Solvay, também chamado de processo da amônia-soda, é uma das
tentativas de baratear o processo industrial de carbonato de sódio, sendo que os
ingredientes salmoura e calcário são de baixo custo e de fácil obtenção. Reação global
do processo:

2NaCl+CaCO3 → Na2CO3+CaCl2 (8)

De início é necessário a purificação da salmoura saturada, que reage com
amônia gasosa. A salmoura amoniacal é carbonatada com CO2, formando NaHCO3, é
insolúvel na salmoura devido ao efeito do íon comum. Após isso ocorre o aquecimento
a 150ºC, o bicarbonato se decompõe em carbonato anidro( comumente chamado de
''soda leve''), isso é devido ao mesmo ser um sólido de baixa densidade, (0,5g/cm3). Em
seguida o CO2 é removido através do aquecimento da solução, esse gás reciclado é a
amônia, é removida por uma solução de cal em água. A cal (CaO) é obtida através do
aquecimento de calcário (CaCO3), e quando o CaO se mistura com a água, forma-se
Ca(OH)2. Reações a seguir:

NH3+ H2O + CO2 → NH4.HCO3 (9)
NaCl + NH4.HCO3 → NaHCO3 + NH4Cl (10)
2NaHCO3 → (150ºC) Na2CO3 + CO2 H2O (11)
CaCO3 → (1100ºC em forno de cal) CaO + CO2 (12)
CaO + H2O → Ca(OH)2 (13)
2 NH4 + Ca(OH)2 → 2 NH3 + CaCl2 + 2H2O (14)

Sendo assim, os matérias consumidos são o cloreto de sódio e o carbonato de
cálcio, tendo além do produto desejado, carbonato de sódio, há formação do subproduto
CaCl2.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.

4. CONCLUSÃO

Vimos que o NaOH é bastante utilizado na indústria e propicia o
desenvolvimento de vários setores da vida humana. Os métodos desde o que foi
desenvolvido por Leblanc até o atual que são os métodos eletrolíticos, aperfeiçoaram e
aumentaram a produção de NaOH em escala industrial. Como o Hidróxido de Sódio é
uma base forte, conclui-se que a solução aquosa de soda cáustica vai ter um caratér
extremamente alcalino.
Este composto não existe na natureza, sendo produzido industrialmente. Assim,
é usado em solução, mas é produzido na forma de grãos, pastilhas ou flocos.
Assim sendo, concluímos que um processo químico exige muito conhecimento
que engloba várias etapas, desde a escolha da matéria-prima a ser utilizada até a sua
produção final.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ELETRÓLISE AQUOSA DE SALMOURA: DESCARGA ELÉTRICA X
MÉTODO CONVENCIONAL
<http://www.metallum.com.br/22cbecimat/anais/PDF/519-022.pdf> Acessado em
20/09/2018

Métodos de Preparação Industrial de hidróxido de sódio
<http://rvq.sbq.org.br/imagebank/pdf/v4n1a05.pdf>
Acessado em 20/09/2018

INDUSTRIA QUIMICA Y CAMBIO TECNOLOGICO: EL PROCESO
ELECTROLITICO SOLVAY EN TORRELAVEGA.
<https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099/672/industria_quimica.pdf?sequenc
e=1&isAllowed=y> Acessado em 20/09/2018

MÉTODOS DE OBTENÇÃO DE SÓDIO E SODA – MÉTODOS ELETROLÍTICOS E O PROCESSO SOLVAY
MÉTODOS DE OBTENÇÃO DE SÓDIO E SODA – MÉTODOS ELETROLÍTICOS E O PROCESSO SOLVAY