Produção industrial de NaOH

Hidróxido de sódio (NaOH), ou soda cáustica, é um sólido branco, muito higroscópico, inorgânico, comercializado na forma escamas, pó, lentilhas, pérolas e micropérolas.

O NaOH é uma típica base de Arrhenius, pois quando dissociado em água, libera íons hidroxila (OH-). A soda cáustica, é uma base forte com alto poder corrosivo, podendo causar graves queimaduras em contato com a pele. NaOH(aq) → Na+(aq) + OH-(aq) A fabricação do hidróxido de sódio é de extrema importância para diversos segmentos industriais. Esta base é considerada como uma das mais importantes, pois além de ser usada para a produção de tecidos e papel, participa como insumo na fabricação de diversos produtos. A soda cáustica é fabricada atualmente, através de dois processos, o Processo de Solvay, e o Processo Eletrolítico. Reação Total: 2NaCl + CaCO3 → Na2CO3 + CaCl2

O processo é muito mais complicado do que o sugerido pela reação total, e para complicar ainda mais a situação a reação é reversível e apenas 75% do NaCl é convertido em produto. O primeiro estágio do processo é a purificação da salmoura saturada, que então reage com a amônia gasosa. A salmoura amoniacal é carbonatada em seguida com CO2, formando NaHCO3. Este é insolúvel na salmoura por causa do efeito do íon comum, podendo ser separado por filtração. Por aquecimento à 150ºC, o bicarbonato NaHCO3 se decompõe em carbonato anidro Na2CO3 (chamado na indústria de “soda leve”, por que é um sólido com baixa densidade, 0,5g/cm³). A seguir o CO2 é removido por aquecimento da solução, sendo o gás reciclado para o processo anterior, a amônia NH3, é removida por adição de álcali (solução de cal em água), sendo reaproveitada também. A cal (CaO) é obtida por aquecimento de calcário (CaCO3), que também fornece o CO2 necessário. Quando a cal (CaO) é misturada com a água forma-se Ca(OH)2. NH3+ H2O + CO2 → NH4.HCO3 NaCl + NH4.HCO3 → NaHCO3 + NH4Cl 2NaHCO3 → (150ºC) Na2CO3 + CO2 H2O CaCO3 → (1100ºC em forno de cal) CaO + CO2 CaO + H2O → Ca(OH) 2 2 NH4 + Ca(OH)2 → 2 NH3 + CaCl2 + 2H2O

Desse modo os materiais consumidos são NaCl e CaCO3, havendo além do produto 

desejado, Na2CO3, a formação do subproduto CaCl2.

O processo eletrolítico, a eletrolise da salmoura foi descrita pela primeira vez por Cruickshank, mas só em 1834 Faraday desenvolveu as leis da eletrólise. Naquele tempo era muito restrito o uso da eletrólise, porque as únicas fontes de energia elétrica para realizá-las eram as baterias primárias. Essa situação mudou em 1872, quando Gramme inventou o dínamo. A primeira aparelhagem industrial a base de eletrólise foi instalada em 1891 na cidade de Frankfurt (Alemanha), na qual uma célula eletrolítica era preenchida, eletrolizada, esvaziada, a seguir novamente enchida... e assim por diante. Tratava-se portanto, de um processo descontinuo. Obviamente, uma célula que poderia trabalhar continuamente, sem a necessidade de ser esvaziada, produziria mais a menos custos. Nos anos seguintes surgiram muitas patentes e desenvolvimentos, visando à exploração das possibilidades industriais da eletrólise. A primeira instalação industrial na empregar uma célula contínua de diafragma foi provavelmente aquela idealizada por Le Seur em Romford, em 1893; surgiram as células de Castner em 1896. Em todas essas células (e também em muitas células modernas) empregava-se amianto como um diafragma para separar os compartimentos do ânodo e do cátodo. Com a adição constante de salmoura, havia uma produção contínua de NaOH e Cl2.

Na mesma época, Castner e Kellner (um americano que trabalhava na Inglaterra e um austríaco que trabalhava em Viena, sucessivamente) desenvolveram e patentearam versões semelhantes da célula de cátodo de mercúrio, em 1897. Os dois tipos de células, o de diafragma e o cátodo de mercúrio, permanecem uso. Os primeiros equipamentos de eletrólise produziam cerca de 2 toneladas de cloro por dia; as instalações modernas produzem 1000 toneladas por dia.

Na Eletrólise se da salmoura, ocorrem reações tanto no ânodo como no cátodo. Ânodo: 2Cl- → Cl2 + 2e Cátodo: Na + e → Na 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 Se os produtos se misturarem, ocorrem reações secundárias: 2NaOH + Cl2 → NaOCl + H2 ou 2OH + Cl2 →2OCl + H2 e no ânodo pode ocorrer, até certo ponto, outra reação: 4OH →2H2O + 4e