SNTESIS DEL HIDROGENO CARBONATO DE SODIO Y

CARBONATO SDICO

Introduccin

El objetivo fundamental de esta prctica consiste en familiarizarse con la

qumica implicada en la produccin de NaHCO3 y su conversin a Na2CO3. Ambos

constituyen importantes productos qumicos. El bicarbonato sdico, es el ingrediente

principal de las sodas o polvos sustitutivos de la levadura, en los que acta como fuente

de dixido de carbono que hace que suba la masa. Se usa tambin en medicina, como

anticido. Algunos extintores contienen bicarbonato pulverizado. La mayor parte del

hidrogeno carbonato de sodio producido industrialmente se emplea para su conversin a

carbonato sdico mediante calentamiento suave, segn la reaccin:

2NaHCO3(s) Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) (1)

El carbonato sdico anhidro, conocido comnmente como sosa Solvay, sosa de

lavar, sal de sosa o ceniza de sosa, se emplea en cantidades industriales para la

fabricacin de vidrios, jabones, papel, esmaltes y otros productos qumicos, as como

para la depuracin de aguas duras.

En la actualidad, tanto el hidrogeno carbonato como el carbonato sdico se

preparan industrialmente por el mtodo Solvay, descubierto en 1880 por Ernest Solvay,

qumico e industrial belga. El mtodo Solvay se basa en la reaccin del bicarbonato

amnico en disolucin saturada de sal comn, separndose bicarbonato sdico slido,

insoluble en la disolucin de cloruro amnico. Todo el proceso puede considerarse

como una serie de reacciones qumicas que describiremos a continuacin. Las materias

primas son sal comn y caliza (compuesta fundamentalmente por CaCO3), ambos

abundantes y baratos, adems del amoniaco, ms caro. Por ello, el procedimiento es

considerado como un buen ejemplo de economa industrial.

La caliza, una roca compuesta fundamentalmente por CaCO3, se calienta para

producir dixido de carbono:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) (2a)

El dixido de carbono tambin se puede obtener mediante la reaccin:

Este CO2 se hace pasar a travs de una disolucin de sal comn saturada con gas

amoniaco a unos 0C. En estas condiciones, precipita bicarbonato sdico en forma de

cristales finamente divididos que se pueden filtrar de la disolucin de cloruro amnico.

La reaccin neta, que se puede describir por la ecuacin (3)

CO2(g) + NH3(g) + H2O(l) + Na+(ac) + Cl-(ac) NaHCO3(s)+ NH4+(ac) + Cl-(ac) (3)

CaCO3 + HCl CaCl2 + CO2 + H2O (2b)

Se puede considerar como el resultado de tres reacciones sucesivas:

1.- Reaccin del dixido de carbono con el amoniaco disuelto, formando carbonato

amnico:

CO2 + H2O + 2NH3 CO3= + 2NH4+ (4)

2.- Con exceso de dixido de carbono se origina el bicarbonato amnico:

CO3= + 2NH4+ + H2O + CO2 2HCO3- + 2NH4+ (5)

3.- Finalmente, en la disolucin saturada de NaCl precipita el bicarbonato sdico,

dejando cloruro amnico en disolucin:

HCO3- + NH4+ + Cl- + Na+ NaHCO3+ NH4+ + Cl- P (6)

El bicarbonato sdico slido se prepara por filtracin y se purifica luego por

recristalizacin. El carbonato sdico se obtiene por calentamiento del hidrogeno

carbonato de sodio:

2NaHCO3(s) Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) (1)

El proceso Solvay es econmicamente viable debido en gran medida a que el

amoniaco, la nica materia prima que no es barata, puede ser recuperada a partir de la

disolucin de cloruro amnico y reciclarlo. Para ello, el xido de calcio (cal viva)

producido durante la descomposicin trmica de la caliza (ecuacin 2) es empleado para

regenerar el amoniaco segn la ecuacin 7:

2NH4+(ac) + CaO(s) 2NH3(g) + H2O(l) + Ca2+(ac) (7)

Procedimiento Experimental

Preparacin de hidrogeno carbonato de sodio y carbonato sdico

Montad el sistema de reaccin que se describe en la figura adjunta. Si fuera

necesario lubricad con vaselina todas las juntas esmeriladas.

Se aaden 30 gramos de cloruro de sodio pulverizado a 90 gramos de una

disolucin de amoniaco al 10%. Agitando la mezcla moderadamente con

movimientos de rotacin hasta que la sal se disuelva totalmente. El lquido filtrado

se satura a la temperatura ordinaria, en un matraz cerrado, con dixido de carbono

(preparado por reaccin del carbonato clcico -mrmol- con cido clorhdrico)

lavado previamente con agua. Despus de pasar la corriente (3 burbujas/segundo),

cuando se haya excedido el punto de saturacin del hidrogeno carbonato de sodio

precipita repentinamente el producto. Se contina la carbonatacin durante cuatro

horas. La mezcla se filtra, se lava con un poco de agua fra y se calcina en una

cpsula de porcelana hasta la total eliminacin de dixido de carbono. El carbonato

sdico puede cristalizarse en cinco veces su peso en agua.

Cuestiones

1.- Calcular el volumen de amoniaco (20% en peso y = 0.9g/cm3) necesario para

preparar 90 gramos de disolucin al 10%.

2.- Por qu es necesario filtrar la disolucin de NaCl?

3.-Por qu es necesario lavar el CO2 antes de que pase por la disolucin de NaCl

en NH4OH?

4.- Cmo podra saberse si todo el bicarbonato se ha transformado en carbonato

por un mtodo distinto de las pesadas sucesivas?

5.- Calcular el rendimiento de la reaccin