Química General

Monografía sobre Na2CO3

(Carbonato de Sodio)

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El carbonato de sodio (Na2CO3) es un producto que ha acompañado al hombre desde los albores de la humanidad. Su método de obtención ha evolucionado con el correr del tiempo y también su denominación. En el antiguo Egipto su obtención se basaba en la calcinación de ciertas plantas que rodeaban las lagunas saladas. De esta forma de obtención prevalece hoy en día su denominación internacional "soda ash" (ash en inglés significa ceniza). Evidentemente esta forma de producción artesanal, no permite la obtención de las cantidades necesarias de carbonato de sodio que, por sus múltiples aplicaciones, la sociedad industrial necesita. En 1783 Nicolas Leblanc diseñó un método de obtención revolucionario que producía Na2CO3 a partir de cloruro de sodio, ácido sulfurico, carbón y piedra caliza (CaCO3). Este método resultó ser muy contaminante, luego fue modificado y resultó más limpio, aunque no del todo. Ernest Solvay en 1863 desarrolla el proceso industrial de obtención del carbonato sódico, a partir de dos materias primas naturales ampliamente extendidas como son el cloruro sódico (sal) y el carbonato cálcico (caliza), mediante el proceso al amoniaco. Luego del descubrimiento de este proceso de obtención el Na2CO3 se comienza a denominar también soda Solvay, en honor a su descubridor. Gracias a estos hallazgos la sociedad industrial ha podido lograr el desarrollo que hoy en día ha alcanzado en muchas de sus áreas. Pero actualmente la mayor parte del Na2CO3 se obtiene de un Mineral denominado “trona”. En cuanto a lo que se refiere a su presentación, el carbonato sódico se presenta al mercado como un producto sólido, de color blanco y en dos formas según su granulometría y peso especifico carbonato sódico ligero, pulverulento, y carbonato sódico denso, granular. Para aquellas aplicaciones que requieren un grado de pureza máximo se ha desarrollado el Carbonato Químicamente Puro.

Propiedades Físicas:

Apariencia: Polvo Blanco Inodoro

Punto de Fusión: 851 °C

Estabilidad:

Es estable siempre y cuando no se lo junte con:

• Metales Alcalinos Térreos.

• Aluminio.

• Compuestos orgánicos nitrogenados.

• Oxidos no metalicos.

• Acido Sulfurico concentrado.

• Oxidos del Fosforo.

Toxicología:

Irritante de la piel y los ojos.

Como mencionamos en la presentación su obtención a variado con el correr del tiempo. En sus comienzos era obtenido gracias a la calcinación de plantas que habitaban las cercanías de lagunas salobres. De aquí obtenemos una de sus denominaciones internacionales: “soda ash” ya que ceniza en inglés significa ash. Por los años 1750 la demanda de carbonato de sodio superaba ampliamente su oferta, como es de suponer la creciente industria textil necesitaba mucho del carbonato para blanquear y únicamente calcinando plantas no debía satisfacer la demanda. En 1746 John Roebuck perfeccionó la tecnica de obtención de ácido sulfúrico a bajo precio, ya vamos a ver como esto influyó en el nuevo proceso de obtención de Na2CO3.

En 1775 la Academia de Ciencias Francesa ofreció un premio al que diseñara un método de obtención de Na2CO3 con el uso de cloruro de sodio. En 1790 Nicolas Leblanc ganó el premio. Su método de obtención consistía en los siguientes pasos:

H2SO4(l) + 2 NaCl(s) -----> Na2SO4(s) + 2 HCl(g)
Se calentaba cloruro de sodio junto a ácido sulfúrico concentrado a una temperatura Que. rondara los 800-900 grados centigrados. Luego como segundo paso el sulfato de sodio era molido y mesclado con carbón y piedra caliza y devuelta calentado.

Na2SO4(s) + 2 C(s) + CaCO3(s) -----> Na2CO3(s) + CaS(s) + 2 CO2(g)

El dióxido de carbono se iba por la chimenea y quedaba la mescla de carbonato de sodio y sulfuro de calcio. El sulfuro de calcio al ser soluble en agua se lavaba la mezcla y como el Na2CO3 es insoluble en agua quedaba solamente el último. Luego se calentaba para evaporar el agua restante y asi se obtenía el Na2CO3.

Pero este método de obtención tenía grandes desventajas. El ácido clorhídrico producido devastaba toda vegetación alrededor de la planta productora, luego se disolvió el HCl en agua y vertido a una cuenca acuífera, pero solo se cambió polución del aire por polución del agua. Y el sulfuro de calcio lentamente iba reaccionando en dióxido sulfúrico, un gas sumamente tóxico y se agregó el siguiente paso para evitar dicha reacción:

CaS(s) + CO2(g) + H2O(l) -----> CaCO3(s) + H2S(g)

Para evitar la contaminación por HCl se implementó el siguiente tratamiento:

4 HCl(g) + O2(g) -----> H2O(g) + Cl2(g)

En 1863 Ernest Solvay, un químico belga, diseñó un proceso por el cual se obtenía Na2CO3 de una manera más económica, limpia y eficiente que la desarrollada por Leblank. La reacción se realiza con cloruro de sodio, CaCO3 y amoníaco. Se mezcla el amoníaco con la sal y se burbujea CO2 para producir el ácido carbónico.

NH3(ac) + NaCl(ac) + H2CO3(ac) -----> NaHCO3(s) + NH4Cl(ac)

El bicarbonato de sodio se separa de la solución y se calienta para producir carbonato de sodio.

2NaHCO3 -----> Na2CO3 + H20 + CO2

Este método se sigue usando, pero debido al creciente costo del amoníaco y sus problemas de contaminación derivados llevaron a buscar otras fuentes del producto.

Actualmente se obtiene, de una manera barata y simple, del mineral llamado “trona”. Este mineral se muele y se calienta se descompone así:

2Na5(CO3)2(HCO3).2H2O -----> 5Na2CO3 + CO2 + 3H2O

El carbonato de sodio que se obtiene se disuelve en agua y se flitra para eliminar las impurezas, luego se calienta para obtener Na2CO3 anhidro puro.

Turbocompresores:

A continuación daremos una breve descripción sobre el proceso industrial y despliegue de ingeniería para la obtención del Na2Co3 a través del proceso Solvay que se implementa en la actualidad. Este proceso involucra un tipo de maquinaria llamada Turbocompresores, que aumentan el rendimiento de las reacciones y en fin tratan de ahorra hasta el ultimo centavo en el proceso industrial.

Los turbocompresores (TC) son turbo máquinas térmicas generadoras en las que, por aportación de energía mecánica desde el exterior, se aumenta la energía del fluido que atraviesa la máquina.

El Turbocompresor Centrífugo es un tipo de turbocompresor que puede presentar un flujo radial, diagonal, o una combinación de ambos. Por lo tanto, las velocidades periféricas de las secciones medias de entrada y salida son sustancialmente diferentes.

Al aumentar la capacidad de las plantas industriales, aumenta la demanda de los TCC, en sustitución del compresor alternativo. Algunas aplicaciones del TCC son:

El Carbonato de Sodio usado en la Argentina es importado. Los únicos países que lo exportan son Chile, Brasil y Perú. En la Argentina los intentos de instalar una planta que realice el proceso Solvay fueron muy infructíferos. El presidente electo Frondizi impulsó una política económica basada en el crecimiento industrial del estado. Y como el carbonato de sodio es una materia prima esencial para realizar todas las actividades mencionadas en el punto siguiente, consideró que era vital establecer una fábrica que lo sintetice. Los llamados a licitación eran tomados pero nunca cumplidos, una estrategia que realizaban las multinacionales para evitar el desarrollo industrial de la Argentina. Hasta que el gobierno estableció una multa para el que no cumpliera con la licitación, entonces fue adquirida por la Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas. Pero a los militares de turno no les gustó mucho esta maniobra y Frondizi fue derrocado en 1962. Y así se perdió la posibilidad de acceder al carbonato al precio fijado por el estado, independizando así más al país.

Siderurgia:

El Carbonato de sodio es usado para tostar(calentar bajo una ráfaga de aire) el cromo y otros extractos y disminuye el contenido de azufre y fósforo de la fundición y del acero.

Reciclado:

El Carbonato de sodio es usado para el reciclado de baterías viejas.

Vidrio:

El Carbonato de sodio y sus derivados se usan para bajar el punto de fusión del silicio y poder trabajarlo mejor, también aporta el sólido necesario para formar la red vítrea.

Detergentes:

En la fabricación de detergentes, el carbonato sódico es indispensable en las formulaciones al objeto de asegurar el correcto funcionamiento del resto de sustancias que lo componen, enzimas, tensioactivos,etc. durante las diferentes fases del lavado.

Regulador de Ph:

No es de menos importancia el empleo del carbonato sódico en aquellos procesos en los que hay que regular el pH de diferentes soluciones, nos referimos al tratamiento de aguas de la industria, así como en los procesos de flotación.

Otros Usos:

Cerámica, Jabones, limpiadores, Ablandador de aguas duras, Refinación de petróleos, producción de aluminio, Textiles, pulpa y papel. Procesamiento metalúrgico, Preparación de farmacéuticos, Soda Cáustica, Bicarbonato de Sodio, Nitrato de Sodio y varios otros usos.