practica_1 Sintesis_bicarbonato_14 15rev 20 abril

1-SÍNTESIS DE NaHCO3 y Na2CO3 POR EL
PROCESO SOLVAY

Introducción

El bicarbonato y el carbonato sódico son dos productos químicos comerciales muy importantes. El bicarbonato sódico, es el ingrediente principal de las sodas o polvos sustitutivos de la levadura, en los que actúa como fuente de dióxido de carbono que hace que suba la masa. También se utiliza en medicina como antiácido. Algunosextintores contienen bicarbonato sódico pulverizado. La mayor parte del bicarbonato sódico obtenido industrialmente se utiliza para su conversión en carbonato sódico mediante calentamiento suave, según la siguiente reacción:

2 NaHCO3(s) Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g)

El carbonato sódico anhidro se conoce comúnmente como sosa Solvay, pero ha recibido otros nombres como sosa de lavar, sal de sosa oceniza de sosa. Se utiliza en grandes cantidades para la fabricación de vidrios, jabones, papel, esmaltes y otros productos químicos, así como para ablandar las aguas duras.

En la actualidad, tanto el bicarbonato como el carbonato sódico se preparan industrialmente por el proceso Solvay, descubierto en 1861 por Ernest Solvay, químico e industrial belga. En el proceso Solvay (amoníaco-carbónico) elbicarbonato sódico precipita en una disolución saturada de NaCl por acción combinada del amoníaco y el CO2, a continuación, se calienta para dar el carbonato regenerándose parte del CO2. Las materias primas de partida son sal común y caliza (compuesta fundamentalmente por CaCO3), los cuales son abundantes y baratos. El amoníaco, el otro producto de partida es mucho más caro, pero puederegenerarse a partir del NH4Cl obtenido en el transcurso del proceso. El procedimiento es considerado como un buen ejemplo de economía industrial, condición necesaria para su utilización.
El proceso puede considerarse como una serie de reacciones químicas que describiremos a continuación.
La caliza, compuesta fundamentalmente por CaCO3, se calienta para producir CO2:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

El CO2 sepasa a través de una disolución saturada de sal común con NH3(ac) a 0 °C. En estas condiciones precipita bicarbonato sódico en forma de cristales finamente divididos que se pueden filtrar de la disolución de NH4Cl. La reacción neta es la siguiente:
NaCl(ac) + NH3(ac) + CO2(g) + H2O(l) NaHCO3(s) + NH4Cl(ac)

Que se puede considerar como el resultado de las tres reacciones siguientes:
a)reacción de CO2 con el amoníaco disuelto, formándose carbonato amónico:
2 NH3(ac) + CO2(g) + H2O(l) (NH4)2CO3(ac)

b) con exceso de CO2 se origina bicarbonato amónico:
(NH4)2CO3(ac) + CO2(g) + H2O(l) 2 (NH4)HCO3(ac)

c) finalmente, en la disolución saturada de NaCl precipita el bicarbonato sódico (la sal menos soluble), dejando NH4Cl en disolución:
(NH4)HCO3(ac) + NaCl(ac) NaHCO3(s) +NH4Cl(ac)

El bicarbonato sódico se separa por filtración y es posible purificarlo por recristalización, si bien su relativamente alta solubilidad en agua es un inconveniente. El NH3 puede recuperarse de la disolución de NH4Cl, por reacción con el CaO obtenido por descomposición térmica de la caliza:
2NH4Cl(ac) + CaO(s) 2NH3(g) + CaCl2(ac) + H2O(l)

El CaCl2 es el único subproducto.
En estapráctica, dadas las dificultades experimentales para reproducir el proceso industrial completo en nuestro laboratorio, se realizarán únicamente los pasos (b) y (c).

Cuestiones PREVIAS
1. Haz un diagrama de flujo o esquema de lo que vas a hacer en el procedimiento experimental.
2. Dibuja las estructuras de Lewis y la geometría de los iones HCO3- y CO32-.
3. ¿Cómo puede generarse fácilmente CO2 en ellaboratorio a partir de roca caliza (CaCO3)? Escribe y ajusta la reacción correspondiente.
4. De entre las reacciones del proceso Solvay para la obtención del NaHCO3, elige y destaca aquellas que intervienen en el procedimiento que se va a seguir en el laboratorio.
5. Escribe y ajusta la reacción correspondiente a la síntesis del Na2CO3 anhidro.
6. ¿Qué disolución debe ser más básica, la de Na2CO3...