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Nombre: Jhony Acarapi Callisaya

SOSA CAUSTICA Y CLORO

Resumen En este capítulo se verá las distintas 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.

Presentación 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

1. SOSA CAUSTICA El hidróxido de sodio (NaOH) o hidróxido sódico, también conocido como soda cáustica o sosa cáustica es un hidróxido cáustico usado en la industria (principalmente como una base química) en la fabricación de papel, tejidos, y detergentes. Además es usado en la Industria Petrolera en la elaboración de Lodos de Perforación base Agua A temperatura ambiente, el hidróxido de sodio es un sólido blanco cristalino sin olor que absorbe humedad del aire (higroscópico). Es una sustancia manufacturada. Cuando se disuelve en agua o se neutraliza con un ácido libera una gran cantidad de calor que puede ser suficiente como para encender

materiales combustibles. El hidróxido de sodio es muy corrosivo. Generalmente se usa en forma sólida o como una solución de 50%. Usos El hidróxido de sodio se usa para fabricar jabones, crayón, papel, explosivos, pinturas y productos de petróleo. También se usa en el procesamiento de textiles de algodón, lavandería y blanqueado, revestimiento de óxidos, galvanoplastia y extracción electrolítica. Se encuentra comúnmente en limpiadores de desagües y hornos. También se usa como removedor de pintura y por los ebanistas para quitar pintura vieja de muebles de madera. También es importante su uso en la obtención de Aluminio a partir de Bauxita en el proceso Bayer. El hidróxido de sodio, en su mayoría, se fabrica por el método de caustificación, es decir, juntando otro hidróxido con un compuesto de sodio: Ca(OH)2 (aq) + Na2CO3 (aq) → 2 NaOH (aq) + CaCO3 (s) Aunque modernamente se fabrica por electrólisis de una solución acuosa de cloruro sódico o salmuera. Es un subproducto que resulta del proceso que se utiliza para producir cloro. Ánodo: 2Cl- → Cl2 (gas) + 2eCátodo: 2H2O + 2e- → H2 + 2OHAl ir progresando la electrólisis se van perdiendo los cloruros siendo sustituidos por iones hidróxido, que combinados con los cationes sodio presentes en la disolución forman el hidróxido sódico. Los cationes sodio no se reducen a sodio metálico debido a su bajísimo potencial. Se utiliza una solución de una pequeña porción de sosa diluida en agua en el método tradicional para producir margarina común, una pretzel y también es usado para elaborar el lutefisk, comida tradicional de los países nórdicos a base de pescado. Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido_de_sodio

2. Cloro El cloro es un elemento químico de número atómico 17 situado en el grupo de los halógenos (grupo VII A) de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Cl. En condiciones normales y en estado puro forma dicloro: un gas tóxico amarilloverdoso formado por moléculas diatómicas (Cl2) unas 2,5 veces más pesado que

el aire, de olor desagradable y tóxico. Es un elemento abundante en la naturaleza y se trata de un elemento químico esencial para muchas formas de vida. En la naturaleza no se encuentra en estado puro ya que reacciona con rapidez con muchos elementos y compuestos químicos, por esta razón se encuentra formando parte de cloruros (especialmente en forma de cloruro de sodio), cloritos y cloratos , en las minas de sal y disuelto en el agua de mar. Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Cloro

3. DESCRIPCIÓN DE LOS MÉTODOS CELDA MERCURIO, MEMBRANA, DIAFRAGMA

DE

OBTENCIÓN DEL CLORO. Se obtiene en el proceso de electrólisis de la sal. Juntamente con el cloro se obtiene también sosa cáustica (NaOH), e hidrógeno. La sosa cáustica es un álcali extremadamente importante para la industria química, que se utiliza para la producción de papel, aluminio, fibras textiles (rayón, fibrana), jabones y detergentes, procesamiento de alimentos, tratamiento de aguas, etc. El hidrógeno se utiliza en la hidrogenación de grasas, fabricación de vidrio plano, suavizantes, etc, o como combustible. Por cada 1,7 t de cloruro sódico se obtiene 1 t de cloro, 1,13 t de sosa cáustica y 315 m3 de hidrógeno. Existen tres métodos de producción a partir de una disolución de sal en agua (salmuera): 1) Instalaciones con células de mercurio Estas células se fundamentan en la propiedad del sodio de formar con el mercurio (cátodo) una amalgama líquida, que se descompone con el agua en NaOH (disolución al 50%), H2 y Hg. El cloro se desprende en el ánodo. Desde el punto de vista ecológico, las electrólisis con cátodos de mercurio han estado acusadas de contribuir a la contaminación atmosférica y acuífera. Actualmente la técnica moderna ha puesto a punto ánodos dimensionalmente estables construidos de titanio, recubiertos de metales nobles, que proporcionan una economía en el consumo energético y permiten obtener un cloro más puro, sin contaminación de CO2 y otras materias orgánicas cloradas. Los efluentes (líquidos y gaseosos) son desmercurizados. Es muy importante mantener las emisiones de mercurio lo más bajas posibles, pues es un material tóxico a bajas concentraciones. 2) Instalaciones con células de diafragma

En este tipo de célula, los compartimentos anódico y catódico están separados por una lámina porosa, denominada diafragma. El cloro se desprende en el ánodo, mientras que el hidrógeno y la solución alcalina de NaOH (10 al 12 %) se generan en el cátodo. Aunque dichas células consumen menos energía que las de mercurio, para obtener una solución de hidróxido sódico comercial (al 50 %) es necesario evaporar el agua y precipitar la sal residual, proceso muy costoso. Además, tienen el inconveniente ecológico-sanitario de utilizar amianto para la construcción de los diafragmas y de que la sosa cáustica obtenida no alcanza el grado de pureza necesaria para determinadas aplicaciones. 3) Instalaciones con célula de membrana La membrana está fabricada a base de polímeros perfluorosulfónicos y es permeable sólo a los cationes (Na+, H+), impidiendo el paso a los aniones (Cl-, OH-). Se pueden obtener disoluciones de hidróxido sódico de concentración superior al 30 %. Dichas disoluciones son de elevada pureza y requiere un consumo de energía para evaporar el agua al objeto de alcanzar la concentración de 50 % en NaOH (calidad comercial). Las células de membrana tienen la ventaja sobre las de mercurio y diafragma de que no utiliza ningún material contaminante para la separación de los productos electrolíticos, siendo su consumo energético similar al de las de diafragma. Sin embargo, el coste que supondría el reemplazamiento de las células existentes de mercurio por las de membrana, no justificaría el cambio de tecnología, habida cuenta que los enormes progresos conseguidos en las de mercurio, hacen que las ventajas medioambientales de dicho cambio sean mínimos. Fuente: http://html.rincondelvago.com/obtencion-de-cloro-sosa-mediante-unacelda-electrolitica-con-membrana.html

4. VENTAJAS ENTRE AMBOS CELDA DE DIAFRAGMA.

La celda de diafragma tiene un separador constituido de asbesto con varios polímeros que mejoran el funcionamiento del separador. La reacción en los electrodos genera cloro e hidróxido de sodio directamente. Los asbestos son depositados directamente en una hoja de gasa que actúa como cátodo; el ánodo es un lugar cerrado del diafragma y el 30% de la salmuera pasa en el compartimiento del ánodo ; el cloro es formado en el ánodo; El H2 gas y el NaOH son formados en el separador puesto (cátodo)

Al utilizar los asbestos en los diafragmas se tienen algunos problemas como: Es una barrera física por lo que todos los iones de las especies son capaces de pasar a través de él, lo cual produce un gradiente de concentración. El Na es transportado rápidamente a través del diafragma del ánodo al cátodo por difusión, convección y migración, pero casi igual cantidad del cloro acompaña a los iones sodio. La concentración del ión hidróxido formado en el cátodo debe estar restringida a menos del 12% lo cual significa que debemos introducir más pasos en el proceso para obtener una solución al 50% y aun así la sosa contiene 1% de Cl lo cual es inaceptable para muchas aplicaciones, ya que incrementa los problemas de corrosión en cualquier solución de NaOH que contenga metales, sin embargo las plantas de diafragma son muy atractivas si el NaOH puede ser utilizado aún con 10% de Cl. La caída del IR es considerable en diafragma. El potencial reversible de la celda es de - 2.2 V; estas celdas operan en un rango de - 3.2V a -3.8 V, el voltaje adicional esta asociado a los separadores de asbesto. En estas celdas el IR disminuye conforme el tiempo porque el depósito de hidróxido de calcio e hidróxido de magnesio en los poros del diafragma minimizan dicho efecto, por lo que la salmuera que se utiliza debe estar perfectamente purificada. El proceso de purificación de la salmuera debe ser más riguroso que el de la celda de mercurio. Los asbestos no son identificados y su tiempo de vida es un factor determinante en el diseño de la celda. El diafragma debe ser reemplazado a los pocos meses y el diseño de la celda debe permitir el lavado de viejos asbestos y debe permitir reemplazar esto por nuevos. Recientemente los diafragmas han sido mejorados con la adición de varios polimeros en el asbesto. CELDAS DE MEMBRANA

Las reacciones en el electrodo en la celda de membrana son las misma que se llevan a cabo en la celda de diafragma, con la diferencia de que ahora el separador es una membrana permeable (catión). La primera tecnología de celda de membrana fue hasta 1970 cuando se estaban conociendo las propiedades esenciales de las membranas perfluorosulfónicas en las celdas de cloro-sosa. Dada la habilidad de la membrana de discriminar entre aniones y cationes pueden ser separados los iones de sodio y protones, produciéndose directamente en la celda NaoH al 40% lográndose por evaporación obtener 50% de NaOH libre de

Cloro. La membrana esta diseñada para no permitir el paso del Cl(-) y OH(-). La contaminación de la sosa por el cloro es baja. Esta celda puede ser operada a altas densidades de corriente, encontrándose el valor ótpimo entre 0.25 a.40 A/cm-2. La celda de membrana ha coincidido con el rápido incremento de los costos de energía, lo cual es de importancia en el consumo de energía Afortunadamente, una buena catálisis se lleva a cabo por medio de las reacciones en los electrodos. La resistencia de la membrana es también baja por lo que utiliza menos energía. Existe una celda llamada cero hueco en la cual los dos electrodos están en contacto cada una al lado opuesto de la membrana. Los compartimientos del ánodo y el cátodo son alimentados con 25% de salmuera y agua respectivamente. Existen diferentes tipos de celda: Un cuarto de celdas normalmente contiene de 50 a 100 celdas las cuales son capaces de producir más de 10000 ton de cloro por año. El voltaje puede ser menor a 2.7V ; la temperatura común es de 90°C y la salmuera debe estar perfectamente purificada para evitar problemas tanto en el ánodo como en la salmuera, es común incluir un ion extra para precipitar las impurezas. En condiciones óptimas el tiempo de vida de la membrana es de poco más de 3 años, los electrodos tienen una vida más larga. Fuente: http://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080216120402AAAnnzh

ELECTROLISIS La electrolisis es la transformacion(interconversion) de la energia electrica en energia quimica y viceversa en depositos conocidos como celdas electroquimicas las que a su vez son de 2 tipos:electroliticas y galvanicas. En resumen :se utiliza la energia electrica para separar los elementos de un determinado compuesto.Ejm: en la electrolisis del agua se separa el H2 del O cada uno se dirige a un determinado electrodo ;industrialamente se utiliza para cromar algunas piezas mecanicas,para galvanizar y para ¨bañar en oro¨algunas piezas generalmente de cobre. Fuente: http://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20090326174519AAZEA9q