Processo Solvay

O processo Solvay é um processo químico destinado a sintetizar carbonato de sódio . O XX th  século, este foi o principal processo industrial utilizado. O processo Solvay enfrenta a concorrência da extração de carbonato de sódio de depósitos de carbonatos naturais, como o natrão , que pode ser encontrado, por exemplo, no Egito ou na América do Norte , ou mesmo trona .

História

Até 1789 , muitas vezes ainda no início do XIX °  século, carbonato de sódio , este ingrediente necessário para as indústrias de vidro , o sabão , o têxtil e de papel , vieram as cinzas de plantas espécie aquática algas ou tipo Chenopodiaceae terrestre, chamados de refrigerantes, por exemplo, glasswort , ou natron de aquecimento em terras desérticas distantes. Em 1791 , o químico francês Nicolas Leblanc aperfeiçoou o processo de Leblanc depois de inventá-lo na década de 1780: ele tornou possível obter carbonato de sódio a partir do sal marinho, ácido sulfúrico, carvão, calcário. O processo Leblanc, que requer energia para aquecimento, foi utilizado até a década de 1870, quando foi suplantado pelo processo Solvay.

O processo Solvay chamado amônia foi descoberto pelo químico belga Ernest Solvay, que abriu sua primeira fábrica na Bélgica em 1863 . É o resultado da observação cuidadosa de práticas antigas por um químico experiente, um excelente praticante de soluções aquosas. Este processo econômico ainda é usado hoje.

Processar

O processo Solvay, em última análise, produz carbonato de sódio (Na 2 CO 3) a partir de sal ( cloreto de sódio NaCl) e giz ( carbonato de cálcio CaCO 3) usando habilmente amônia alcalina (NH 3); além disso, é obtido cloreto de cálcio (CaCl 2), um subproduto que não é resíduo, mas pode ser um produto útil. O processo utiliza amônia que não é consumida, mas reutilizada após regeneração e reciclagem, a partir do intermediário NH 4 Cl.

1. O primeiro passo é obter o bicarbonato de amônio , um sal muito solúvel em água. CO 2dissolvido + NH 3Dissolvido + H 2 Smeio aquoso → NH 4 HCO 3aq
2. A segunda etapa é a formação à temperatura ambiente de bicarbonato de sódio NaHCO 3, ligeiramente solúvel no frio. NH 4 HCO 3aq + NaCl aq salmoura → NaHCO 3precipitado (em parte) + NH 4 Clsolúvel aq
3. A terceira etapa é o aquecimento, muitas vezes com coque , do bicarbonato de sódio que gera soda Solvay em pó, em um fluxo de vapor d'água e dióxido de carbono que escapa para cima. 2 NaHCO 3sal → Na 2 CO 3pó + H 2 Svapor + CO 2gás
4. As outras etapas correspondem à regeneração do álcali ou ao fornecimento adicional de CO 2 inicial:
   • CaCO 3calcário → pó sólido CaO + CO 2gás recuperado
   • 2 NH 4 Clsolúvel aq + CaO → 2 NH 3gás recuperado + CaCl 2aq solúvel + H 2 S

Avaliação geral e comentários

Os resultados gerais das reações são:

2 NaCl + CaCO 3→ Na 2 CO 3+ CaCl 2

O produto desejado é obtido por calcinação de bicarbonato de sódio (também conhecido como: mono-hidrogenocarbonato de sódio ):

2 NaHCO 3      →      Na 2 CO 3+ H 2 S+ CO 2

O bicarbonato da soda é formado pela passagem do dióxido de carbono em uma solução aquosa básica com cloreto de sódio  : no meio básico o dióxido de carbono é transformado em íon bicarbonato, que precipita na presença do íon sódio; o método usa, como base , a amônia  :

Na + + Cl - + CO 2 + NH 3 + H 2 O      → Na + + Cl - + HCO 3 - + NH 4 +      →      NaHCO 3 + Cl - + NH 4 +

O dióxido de carbono necessário é obtido por aquecimento de giz (carbonato de cálcio CaCO 3 ) a uma temperatura de cerca de 1000  ° C  :

CaCO 3      →      CO 2 + CaO

Muito básico, o CaO torna possível transformar o amônio (na solução de cloreto de amônio) de volta em amônia, produzindo cloreto de cálcio:

2 NH 4 Cl+ CaO      → 2 NH 3+ CaCl 2+ H 2 S

O processo Solvay é menos poluente e menos caro do que o processo Leblanc . Sal e giz, até mesmo calcário, são abundantes e baratos. A amônia é reciclada durante a reação. O cloreto de cálcio , subproduto da reação, um sal é higroscópico e até deliquescente , usado no inverno para derreter a neve das estradas.

Notas e referências

1. A partir de 1873, ele usou seu processo em sua fábrica de soldagem francesa em Dombasle, perto do antigo país de Saulnois, na Lorena
2. Envolve o ânion bicarbonato e o cátion amônio . O primeiro resulta do seguinte primeiro equilíbrio: CO 2+ H 2 S  ⇌{\ displaystyle \ rightleftharpoons}  H 2 CO 3  ⇌{\ displaystyle \ rightleftharpoons}  H + + HCO 3 -. O segundo resulta da formação de amônia: NH 3+ H 2 S  ⇌{\ displaystyle \ rightleftharpoons}  NH 4 + + OH - . Tudo acontece como se a água ou solvente do meio aquoso fornecesse ao primeiro o ânion hidróxido e ao segundo o cátion hidrônio , de forma simplificada: H 2 O  ⇌{\ displaystyle \ rightleftharpoons}  H + + OH - para 2 H 2 O  ⇌{\ displaystyle \ rightleftharpoons}  H 3 O + (aq) + HO - (aq)
3. Sua solubilidade por 100 g de água é da ordem de 9,61 g a 20 ° C. O processo é mais eficaz quando as salmouras estão frias. O Larousse universal para Claude Auge em 1922 descreve o processo Solvay por um forte resumo radical: um sal de decomposição (marinho) de uma solução de bicarbonato de amônio. Não se esqueça que os atores da química aquosa são os íons e suas possíveis propriedades de dispersão ou de associação no meio solvente da água.
4. Este dióxido de carbono é reciclado, mas a maior parte dele vem da calcinação do calcário, reação do antigo forno de cal  : CaCO 3calcário → cal viva CaO e CO 2gás

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