INFORME SOBRE LA SÍNTESIS DE BICARBINATO Y CARBONATO SODICO POR EL PROCESO SOLVAY

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SÍNTESIS DE BICARBINATO Y

CARBONATO SODICO POR EL PROCESO SOLVAY

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Práctica 1

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IRENE BELTRÁN CARRIÓN

2° GRADO EN QUÍMICA

Grupo C 1

Índice:

• Introducción………………………………………………………………….....2

• Procedimiento experimental………………………………………………….4

• Resultados y discusión………………………………………………………..6

• Conclusión……………………………………………………………………...8

• Bibliografía……………………………………………………………………...8

• Apéndice………………………………………………………………………..9

INTRODUCCIÓN: 

El objetivo principal de la práctica es sintetizar bicarbonato y carbonato sódico mediante el proceso Solvay, para ello obtendremos previamente el bicarbonato sódico y a continuación, después de calentarlo, pierde el hidrógeno transformándose en carbonato sódico.  

Para poder explicar el desarrollo de la práctica, se va a comenzar con una introducción sobre los dos compuestos sintetizados y una breve explicación del proceso utilizado.

El bicarbonato de sodio es un compuesto cristalino de color blanco soluble en agua, con un ligero sabor alcalino. Se puede encontrar como mineral en la naturaleza o se puede producir artificialmente. Una de las formas de producción artificial es el proceso Solvay, contenido en esta memoria, según la reacción:

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Uno de los usos principales del bicarbonato de sodio es la repostería, para ayudar a la masa a elevarse esto ocurre en la fermentación de levaduras, los azúcares sencillos que generan alcohol y CO2 que permite que se hinche. También como medicamento contra la acidez estomacal formando CO2 al disgregarse en agua.

Se ha de usar con precaución, ya que una dosis mayor a un gramo, aproximadamente, puede producir una ruptura gástrica.  

Por otra parte, el carbonato de sodio es una sal blanca y translucida, usada entre otras cosas en la fabricación de jabón, vidrio y tintes.

El carbonato sódico se empezó a fabricar industrialmente gracias a un proceso ideado y patentado en 1791 por el médico y químico francés Nicolás Leblanc. El proceso Leblanc se basa en:

1. Reacción de sal común con ácido sulfúrico: 

        2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl                  (2)

1. Reacción de calcinación de Na2SO4 con caliza y carbón:  Na2SO4 + CaCO3 + 2 C → Na2CO3 + CaS + 2 CO2         (3)

Más adelante este proceso fue sustituido por el ya mencionado proceso Solvay, el cual se tratará posteriormente.

El bicarbonato sódico se usa para 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. Además se utiliza en detergentes y sin menos importancia el conocido tampón de bicarbonato que ayuda a regular el pH de diferentes soluciones.  

El proceso Solvay se obtiene de manera industrial en un proceso formado por cuatro pilares:

1. Columna de saturación
2. Columna de carbonatación
3. Columna recuperadora de amoniaco
4. Hornos de calcinación

El proceso se realiza atendiendo al siguiente esquema donde se pueden visualizar los cuatro puntos anteriormente mencionados.

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Figura 1: Proceso Solvay industrial.

Este proceso fue descubierto en 1880 por Ernest Solvay, químico industrial belga. En este proceso, el bicarbonato de sodio precipita en una disolución saturada de NaCl por acción combinada del amoniaco con CO2. Los materiales de partida son sal común y caliza. Puesto que los reactivos utilizados son económicos, el proceso Solvay es considerado buen ejemplo de economía industrial.

El proceso en el laboratorio, consiste en una serie de reacciones químicas, partiendo de la caliza, CaCO3, hasta la obtención de bicarbonato sódico.

En primer lugar la caliza se calienta para formar CO2 según la reacción:

        𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑠) → 𝐶𝑎𝑂(𝑠) + 𝐶𝑂2(𝑔)                  (4)

El CO2 obtenido se pasa a través de una disolución saturada de NaCl con NH3(ac) a 0ºC. A esta temperatura precipita el bicarbonato sódico en forma de cristales los que podemos separar de la disolución de NH4Cl por filtración. La reacción de esta etapa es la siguiente:

𝑁𝑎𝐶(𝑎𝑐) +𝑁𝐻3(𝑎𝑐) + 𝐶𝑂2(𝑔) + 𝐻2𝑂(𝑙) → 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3(𝑠)+ 𝑁𝐻4𝐶𝑙(𝑎𝑐)         (5)

Para llegar a esta reacción en primer lugar se ha realizado la reacción de CO2 con el amoníaco disuelto, formándose carbonato amónico. A continuación, con exceso de CO2 se origina bicarbonato amónico. Finalmente en la disolución saturada de NaCl precipita el bicarbonato sódico, dejando NH4Cl en la disolución. El bicarbonato sódico obtenido se puede separar por filtración y es posible su purificación por recristalización. El NH3 también puede recuperarse del NH4Cl por reacción con el CaO. El único subproducto del proceso es CaCl2.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: 

• Materiales:

• Frasco lavador de 200 mL
• Kitasatos y buchner pequeños
• Erlenmeyer de 250 mL
• Vasos de 100 y 200 mL  
• Cápsula de porcelana  
• Probeta de 100 mL
• Vidrio de reloj
• Soporte y pinzas
• Casudalimetro
• Bala de CO2 
• Papel de pH

• Reactivos:

• Disolución 1 M (NH4)2CO3 y saturada de NaCl
• Disolución acuosa de AgNO3 
• HCl 6M
• Dihidrogenofosfato de calcio
• Etanol

1. Síntesis de NaHCO3:

Para la síntesis del bicarbonato de sodio de ha de montar el sistema de reacción que se muestra en la Figura 2, con cuatro frascos lavadores en serie. Cada uno de ellos contiene 50 mL de la disolución (NH4)2CO3(1M)/NaCl. Para una buena utilización se han de sujetar los frascos lavadores con los soportes y  pinzas adecuados.  

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Figura 2: Montaje para el proceso Solvay en el laboratorio

A continuación se abre la llave de la botella de CO2 y se fija la presión entre 0,5 y 1 atm utilizando el manorreductor. Seguidamente se procede a abrir la válvula del regulador de caudal hasta que el caudalimetro digital indique un flujo de 0,8 u.a. La reacción se completa al cabo de 30 minutos. La disolución obtenida, que esta turbia a causa de la precipitación de NaHCO3, se filtra en un embudo Buchner y se lava con 10 mL de agua muy fría en pequeñas porciones. A continuación se vuelve a lavar con tres porciones de una mezcla de agua y etanol en proporciones 1:1, la cual ha de estar muy fría. Se deja con el vacío abierto para que absorba toda el agua posible y después se deja secar y se pesa.

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