Sulfato e Hidroxido de Sodio

Compostos de Sódio e Derivados

Sódio

O sódio é o 6º elemento mais abundante na crosta terrestre, onde aparece com 2,6% da massa.

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Sódio

Na sua forma metálica é muito reativo, se oxida com o ar, reage violentamente com a água e é muito corrosivo quando entra em contato com a pele.

Sódio metálico deve ser conservado em atmosfera inerte ou imerso em um líquido protetor como querosene.

Cloreto de sódio - NaCl

- Além de usos na culinária, possui várias outras aplicações, como a manufatura de papel e a produção de sabão e detergentes. - No norte dos Estados Unidos da América e na Europa, grandes quantidades de sal são utilizadas para limpar as rodovias do gelo durante o Inverno.

Cloreto de sódio - NaCl

-Utilizado para a produção de gás cloro e de sódio metálico, através da eletrólise ignea. - Produção de soda cáustica, a partir da eletrólise aquosa.

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Cloreto de sódio - Produção

A água do mar é captada e bombeada para dentro de uma seqüência de evaporadores e concentradores, onde a evaporação solar aumenta gradativamente a concentração de sais, até o ponto em que a salmoura está saturada de NaCl.

A salmoura é transferida para os cristalizadores onde a precipitação do sal ocorre antes de haver a cristalização dos sais que possam contaminar o produto final. Este sal cristalizado é posteriormente colhido, lavado para retirada de impurezas e estocado em pilhas, ficando pronto para ser beneficiado



Obtido a partir de salmoura

Sulfato de sódio – Na2SO4

(Sal de Glauber)

Antigamente, o sal decahidratado era chamado de Sal de Glauber, em homenagem a Johann Glauber, que o extraiu pela primeira vez do mineral glauberita (sulfato de sódio e cálcio Na2Ca(SO4)2).


Obtenção em Laboratório - ele pode ser formado pela reação entre o H2SO4 e NaOH .

H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O

O sulfato de sódio, é usado na obtenção da fabricação do papel reciclado. Ele ajuda na junção das moléculas do papel. Esse processo ocorre para que haja melhor solidificação do papel. Essa é uma das suas utilidades mais importantes.


A produção mundial de sulfato de sódio alcança aproximadamente 5,5 a 6 milhões toneladas anualmente . A produção de Na2SO4 a partir de fontes naturais está em processo de crescimento , enquanto que a produção química, como subprodutos das industrias de raiom, celofane, ácido clorídrico e outros vem diminuindo.


Cerca de 70% do sulfato de sódio consumido nos EUA são usados na fabricação do papel. O Na2SO4, depois da redução a Na2SO3 ou de hidrólise até álcali cáustico, funciona como auxiliar na digestão da polpa de madeira e dissolve a lignina. São utilizados na composição de detergentes domésticos.


As equações para a produção do sal de Glauber a partir de ácido sulfúrico e de cloreto de sódio, pelo processo Mannheim, são:

NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl

NaHSO4 + NaCl → Na2SO4 + HCl

Quando a temperatura atinge o nível apropriado, o forno é carregado pelo sal finamente moído e pelas outras matérias primas. O forno opera carga após carga e para somente para limpeza e reparos periódicos


Outro método de obtenção do sulfato de sódio de alta qualidade, originário da Europa é o processo Hargreaves. A equação da reação é:

4NaCl + 2SO2 + H2O + O2 → 2Na2SO4 + 4HCl

A purificação do sal de Glauber é realizada pela clarificação e pela cristalização. A solução é tratada por uma pasta de cloreto de cal para neutralizar a solução. As impurezas (ferro, magnésio e cálcio) precipitam e a solução é transferida para os cristalizadores.


A lama precipitada é lavada com água e a água de lavagem é usada como compensação do processo. Quando a solução é resfriada até temperatura ambiente, o cristalizador é purgado e os cristais são recolhidos e centrifugados.


O Na2SO4 tem diversas aplicações industriais para celulose (processamento de polpa de madeira para produção de papel Kraft), produção de vidros, detergentes, corantes para tecidos (com destaque como mordente para tingimento com cor avermelhada). É subproduto de vários processos industriais e matéria-prima para produção de outros compostos. É usado em medicina, como laxante, anti-inflamatório e diurético. Alem disso, é usado também, quando isento de água, para a secagem de óleos, como na secagem do biodiesel, durante sua filtração é posto sulfato de sódio no filtro, e durante a passagem, ele se hidrata, tirando a água do óleo.

Fabricação do Sal de Glauber

Bissulfito de sódio – NaHSO3

- É um aditivo alimentar com número E-222. - É usado em quase todos os vinhos comerciais, para prevenir a oxidação e preservar o sabor. Em frutas enlatadas. é usado para prevenir a cor marrom causada por oxidação e como microbicida.- Clareamento de polpa de celulose. - Curtumes: agente redutor das soluções de sais de cromo.

Bissulfito de sódio – NaHSO3

O bissulfito de sódio é obtido industrialmente pelo borbulhamento de gás dióxido de enxofre, na proporção de 7 a 8%, através de "águas mães" (soluções resultantes) de processos químicos anteriores, que tenham em solução um pequeno teor de bissulfito de sódio em suspensão numa quantidade significativa de carbonato de sódio.

2 NaHSO3 + 2 Na2CO3 + 2 H2O + 4 SO2 →

6 NaHSO3 + 2 CO2

Sulfito de sódio – Na2SO3

-É um conservante usado em alimentos solúvel em água deixando o pH básico. - O sulfito de sódio é usado como um agente descorante em têxteis e na manufatura de papel.- É usado como sequestrante de oxigênio de água de caldeira, evitando corrosão e a formação de incrustações.

É preparado por reação de SO2 com o Na2CO3.

Sulfeto de sódio – Na2S

-Substância inorgânica que atingiu importante posição na industria química orgânica. - Agente redutor na fabricação de compostos aminados e entra na fabricação de muitos corantes.- Pode ser obtida como cristais de sulfeto de sódio:

Na2SO4 + 4C Na2S + 4CO Na2SO4 + 4CO Na2S + 4CO2

Indústrias do Cloro e dos Álcalis: Barrilha, Soda Cáustica e Cloro

Hidróxido de sódio - NaOH

NaOH é um dos dez mais importantes produtos químicos inorgânicos em termos da quantidade produzida.

É usado na indústria na fabricação de papel, tecidos, detergentes e biodiesel. Apresenta uso doméstico para a desobstrução de encanamentos e pias, pois dissolve gorduras.

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A soda cáustica é um sólido branco, quebradiço, que absorve com rapidez a umidade e o dióxido de carbono do ar. O termo soda cáustica é amplamente usado, pois esta é corrosiva para a pele.

É preparada quase que exclusivamente por métodos eletrolíticos, usando-se cloretos fundidos ou soluções aquosas de cloretos de metais alcalinos.


Grande parte da soda cáustica é produzida em cubas a diafragma. Na operação de uma cuba a diafragma típica, o cloreto de sódio ou de potássio, quase saturados e a aproximadamente 60 – 70ºC, é admitido no compartimento anódico e passa através de um diafragma, para o compartimento catódico, onde se forma o álcali. O escoamento é continuamente mantido no diafragma na direção do cátodo, graças a uma diferença de pressão.


Essas cubas possuem um diafragma que separa o ânodo do cátodo. O diafragma permite a passagem dos íons por migração elétrica, mas reduz a difusão dos produtos. Podem ser compactas. Com o uso o diafragma vai entupindo, o que se percebe pela elevação da voltagem e pela maior pressão hidrostática da salmoura. As membranas semipermeáveis que deixam passar o NaOH enquanto retém o NaCl, aumentam a pureza da soda cáustica obtida na célula a diafragma e ao mesmo tempo eliminam a etapa de purificação para remoção do cloro

Hidróxido de sódio - NaOH As cubas de mercúrio produzem um NaOH mais puro, mas a pequena

perda de mercúrio para o meio ambiente provoca graves problemas.


Purificação da salmoura: são eliminados da solução de NaCl: Cálcio, ferro e magnésio, para que a soda obtida seja mais pura e para diminuir o entupimento do diafragma da célula e a consequente elevação da tensão. Em alguns casos removem-se os sulfatos por meio de BaCl2, ou então, a salmoura é tratada a quente com íons hidroxila e carbonato. Deve-se usar tubulações a base de cobre para evitar contaminação com o ferro.


Evaporação e separação do sal: Em virtude de a eficiência de decomposição das cubas eletrolíticas estar na faixa de apenas 50%, cerca de metade do NaCl inicial está em solução diluída de soda cáustica. Recupera-se esta fração de 10 – 12% de NaOH em um evaporador a estágios duplo ou triplo, chegando a um sedimentador e a um elevador (filtro).

Evaporação final: A soda cáustica a 50%, resfriada e decantada, pode ser concentrada até 70 – 75% em NaOH num evaporador final de um estágio usando vapor a 75 – 100 psi. Esta solução muito concentrada deve ser operada em tubos, com camisa a vapor para impedir a solidificação.


Acabamento da soda em caldeirões: Antigamente, dava-se o acabamento final a soda a 50% em caldeirões fechados especiais, em ferro fundido, a fogo direto: a eficiência térmica é tão baixa que a boa prática moderna opera assim apenas a soda 70 – 75%. A temperatura final é de 500 – 600ºC e evapora-se toda a água, exceto 1% ou menos. Estes caldeirões estão sendo substituídos por evaporadores aquecidos para evaporação da soda acima de 50%.


Purificação especial da soda cáustica: Entre as impurezas da soda cáustica a 50% estão o ferro coloidal, o NaCl e o NaClO3. O ferro é removido pelo tratamento da soda com 1% em peso de carbonato de cálcio, seguido por uma filtração. Já o cloreto e o clorato podem ser removidos pela passagem da soda a 50% através de uma coluna com solução aquosa de amônia a 50%.

Hidróxido de sódio - NaOH - Obtenção de sabão

- Obtenção de biodiesel

Fabricação do sódio metálico (Na) e gás cloro (Cl2)Eletrólise ígnea de substância pura NaCl fundida.

Fabricação do sódio metálico (Na) e gás cloro (Cl2)Célula Downs para a produção de sódio metálico por eletrólise.

Fabricação da soda cáustica (NaOH), gás hidrogênio (H2) e gás cloro (Cl2)

Eletrólise aquosa do cloreto de sódio (NaCl).


Eletrólise aquosa do cloreto de sódio (NaCl).


Em 1995, foram produzidos nos EUA 11,9 bilhões de quilogramas de NaOH e 11,4 bilhões de quilogramas de Cl2.

Fabricação de barrilha – Na2CO3

Em 1995, foram produzidos nos EUA 10,1 bilhões de quilogramas de Na2CO3, sendo o 11º produto mais fabricado por esta indústria química.

Cerca de 40% da barrilha são usados na fabricação de vidro, mas grandes quantidades são usadas no tratamento de água, na indústria de papéis e em materiais de limpeza.


A barrilha é fabricada pelo processo Solvay, embora tenha ocorrido, a partir da 2ª Guerra Mundial, um rápido aumento da “soda natural”. Recentemente, descobriram-se nos EUA depósitos colossais de trona, Na2CO3.NaHCO3.2H2O, estimados em 6.1010 toneladas.


Processo Solvay: utiliza CaCO3, NH3 e coque.

- O processo se inicia pela queima de carbonato de cálcio com o auxílio de coque.

O CO2 obtido é borbulhado então numa torre de carbonatação, simultaneamente à amônia, numa solução de NaCl, a frio. Isto produz NaHCO3, que, em meio alcalino e em baixa temperatura acaba por precipitar.


O Bicarbonato de sódio é separado por filtração e aquecido, para que se decomponha em Na2CO3, CO2 e água.

Em paralelo, o CaO gerado na primeira etapa reage com água para formar Ca(OH)2 e é então utilizado na regeneração da Amônia, com o NH4Cl.

Esquema simplificado do processo Solvay

Fabricação do bicarbonato de sódio NaHCO3

A solução de Na2CO3 (barrilha) é introduzida na coluna de pratos e faz-se reagir com CO2 para se obter bicarbonato de sódio.

Bibliografia

SHREVE R. N. Indústria de Processo Químicos, Rio de Janeiro, Guanabara Dois, 1980.KOTZ, J. C.; TREICHEL, P. Química e Reações Químicas. 4a ed., Rio de Janeiro: LTC, 1999.FOUST, A. S., WENZEL, L. A., CLUMP, C. W., MAUS, L., ANDERSEN, L. B. Princípios das Operações Unitárias, 2a ed., Rio de Janeiro: Editora Guanabara-Dois, S. A., 1985.

Créditos: Prof. Dr. José Marcelo Cangemi

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