química nova - thermal decomposition of sodium bicarbonate_ from solvay process to an ellingham...

25/11/2014 QumicaNovaThermaldecompositionofsodiumbicarbonate:fromSolvayprocesstoanEllinghamtypediagram

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QumicaNovaPrintversionISSN01004042

Qum.Novavol.26no.4SoPauloJuly/Aug.2003

http://dx.doi.org/10.1590/S010040422003000400026

EDUCAO

DecomposiotrmicadobicarbonatodesdiodoprocessoSolvayaodiagramatipoEllingham

ThermaldecompositionofsodiumbicarbonatefromSolvayprocesstoanEllinghamtypediagram

AlessandradeSouzaMaiaViktoriaKlaraLakatosOsorio*

InstitutodeQumica,UniversidadedeSoPaulo,CP26077,05513970SoPauloSP

ABSTRACT

Adidacticexperimentbasedonthethermaldecompositionofsodiumbicarbonateusingareagentfoundinthemarketplaceisproposed.Thereactionproductsareidentifiedbyqualitativetestsandstoichiometriccalculations.Thethermalstabilityofcarbonatesandtheinfluenceoflatticeenergiesarediscussed,emphasizingperiodictrendsinthealkaliandalkalineearthfamilies.Theindustrialimportanceofthereactionisalsoexplored.

Keywords:sodiumbicarbonateEllinghamtypediagramsSolvayprocess.

INTRODUO

Umagrandeparceladosalunosdediversascarreiras,quecursaramdisciplinasintrodutriasdeQumicanoInstitutodeQumicadaUSP,tiveramemsuasaulasdelaboratrioumexperimentosobredecomposiotrmicadebicarbonatodepotssio1.Elefoipropostoobjetivandoexercitarclculosestequiomtricoseintroduziratcnicadepesagemembalanaanaltica,utilizadaparadeterminaramassadobicarbonatoinicialeamassadoslidoobtidoapsoaquecimento.Aequaodoprocessoerafornecidaparaosalunos.

Comacontribuiodedocentesqueministraramessasdisciplinas,oexperimentofoisendoaprimorado.Foramincorporadostestesqualitativosparaidentificarosprodutosdadecomposio,queconsistemdeumgseumslido.Oexperimentopassouentoailustrartambmtiposdereaesqumicas,taiscomocidobase,precipitaoecomplexao.Comonmerosemprecrescentedealunos,abalanaanalticafoisubstitudapor



balanasemianaltica,pormosistemainvestigadocontinuouomesmo:bicarbonatodepotssio.

Aidentificaodoprodutoslidoopontomaisinstigantedainvestigao,necessriaparaqueosalunospossamproporaequaoqumicarepresentativadadecomposiotrmica.Aexpectativadosalunoscomrelaoaesseprodutousualmentenocorresponderealidade.Istomostraqueoexperimentoseprestaaumadiscussomaisampla,nombitodaQumicaInorgnica,ilustrandoconceitosrelacionadoscomligaesinicas,cartercidobaseevariaodefunestermodinmicascomatemperatura.Opresenteartigoexploraestaspossibilidades,aomesmotempoemquepropeasubstituiodobicarbonatodepotssiopelodesdio2.Adecomposiotrmicadobicarbonatodesdioapresentaimportnciaindustrial,porseraltimaetapadoprocessoSolvaydefabricaodesoda35.Almdisso,bicarbonatodesdiopodeseradquiridoemfarmciasesupermercados,aumcustobeminferioraodereagentesespeciaisparausoemlaboratrios.Otermobicarbonatoutilizadoparadesignar,nocomrcio,onionhidrogenocarbonato,enquantosodaesodacusticasereferemacarbonatodesdioehidrxidodesdio,respectivamente.

PARTEEXPERIMENTALEstudoquantitativodadecomposiotrmicadobicarbonatodesdio

Pesaseumtubodeensaioseco,providoderolhadeborracha,utilizandoumabalanasemianaltica,comlegibilidadedecentsimosdegrama.Aseguir,adicionamseaproximadamente2gdebicarbonatodesdioaotubo,adaptasearolhaepesasenovamenteoconjunto.

Removesearolhae,comoauxliodeumapina,aqueceseotubonachamadobicodeBnsen,suaveeintermitentementenoincioedepoisdiretamente,durante3a4min.Levaseotuboparaumaestufaacercade100oC,durante10min.Aseguir,transfereseotuboparaumdessecador,deixandooatingiratemperaturaambiente.

Tampaseotubocomamesmarolhausadaanteriormenteepesaseoconjunto.

Identificaodafasegasosaformadanadecomposiotrmicadobicarbonatodesdio

Umedeceseumatiradepapeldefiltrocomumasoluo1molL1decloretodecobalto(II)esecaseopapelnaestufa.Adicionasebicarbonatodesdioslidoaumtubodeensaiosecoeadaptaseatiradepapeldefiltro,recentementeretiradadaestufa,napartesuperiordotubo.AqueceseobicarbonatodiretamentenachamadobicodeBnseneobservaseoqueocorrecomopapelnapartefria,superior,dotubodeensaio.

Utilizandoumsistemafechado,conformerecomendadonostextosdidticosparaanlisequalitativadecarbonatos6,aquecesebicarbonatodesdioslidonumtubodeensaioerecolheseogsformadoemumasoluo0,2molL1dehidrxidodebrio.

Identificaodoprodutoslidodadecomposiotrmicadobicarbonatodesdio

Utilizandoaindaosistemafechado,colocase,numdostubosdeensaio,oprodutoslidoobtidonoestudoquantitativoefetuado.Adicionaseaoslidosoluo1molL1decidoclordrico,fechaseotuborapidamenteeaqueceseomesmo,recolhendoogsformadoemumasoluodehidrxidodebrio.

RESULTADOSEDISCUSSOAequaorepresentativadadecomposiotrmicadeduzidaapsseremidentificadososprodutosgasososeoslido.Nafasegasosa,identificamseCO2eH2O,oprimeiropelareaocomsoluodeBa(OH)2precipitandoBaCO3easegundapelaaosobrecloretodecobaltoanidro.Estetesteemgeraljfamiliaraosalunos,emvirtudedousocomoindicadordeumidadeemslicageleemobjetos(galinhos,bailarinas,etc.)encontradosnocomrcioparaprevisodotempoetambmcomo"tintamgica",reveladaporaquecimento7,8.Baseiasenamudanadecordecorrentedaconversoentreaformaanidra,CoCl2,azul,eocompostohidratado,[Co(H2O)6]Cl2,rosa,coresdecorrentesdapresenadoscomplexostetraclorocobaltato(II)ehexaaquacobalto(II),degeometriasrespectivamentetetradricaeoctadrica9.

Antesdaexecuodoexperimento,quandoindagadossobrepossveisprodutosdadecomposiodobicarbonatodesdio,osalunosgeralmentepropemCO2eH2O.Aidentidadedoprodutoslido,entretanto,umgrandedesafio.OsalunostendemasugeriraformaodeNaOHouNa2O,possivelmenteporanalogiacomabemconhecidaobtenodacal(CaO)apartirdocarbonatodeclcio.Nolhesparecenaturalquesejaproduzidoumcarbonato.Porestarazo,crucialparaoexperimentootestedeidentificaodoslido,feitopelareaocomcidoclordrico,naqualhliberaodeCO2.Mesmoassim,muitosalunosatribuem,aprincpio,esteresultadoaumadecomposioincompletadobicarbonato.



Nesteponto,oestudoquantitativoefetuado,sebemconduzido,forneceosdadosdecisivosparaaformulaocorretadaequaodareao,comosegue:

Obicarbonatodesdioslido,porsofrerdecomposioatemperaturasrelativamentebaixas(cercade100oC),podeatuarcomo"fermentoqumico"napreparaodepesebolos10.Acimade140oC,areaomaisrpida.Comoliberagseendotrmica,areaoutilizadanaproduodeespumastermoplsticasestruturaisetambmcomopqumicoemextintoresdeincndio11.

Procurandoverificarapossibilidadedeusodeumprodutocomercialnoexperimento,foramefetuadostestescombicarbonatodesdiop.a.damarcaCarloErbaedoisprodutosadquiridosemfarmcia,deprocednciasICAReLBS,utilizandoumabalanaQuimisBG440,comlegibilidadedeat0,001g.Osresultadosdeperdademassa,apresentadosnaTabela1,demonstramqueostrsreagentespodemserusados.

OprodutoICARfoiutilizadoemumadisciplinadeQumicaGeralparaalunosdoprimeiroanodocursodeFarmciaBioqumicadaFaculdadedeCinciasFarmacuticas,USPeumadisciplinadeQumicaInorgnicaparaalunosdosegundoanodocursodeEngenhariaGrandereaQumica,daEscolaPolitcnica,USP,em2002.AFigura1resumeosresultadosobtidos.

OsresultadosdeperdademassaobtidospelosalunosdaFaculdadedeCinciasFarmacuticas(mdiade50valores=36,1%)tenderamaserinferioresaovaloresperado(36,92%),oquenoocorreucomosalunosdaEscolaPolitcnica(mdiade35valores=37,0%),indicandoprovavelmenteumaquecimentoinsuficientenoprimeirocaso.

Aanlisedasfontesdeerroconstituiumproveitosoexerccioderaciocnio.Podemserconsideradososefeitos,sobreamassadeprodutoslidoobtida,defatorescomo:decomposioincompleta,presenadeumidadenobicarbonatodepartida,presenadeimpurezatermoestvelnobicarbonato,absorodeumidadepeloproduto



slido,etc.Sofontesdeerrossistemticos,quevoafetaroresultadonumadadadireo,contrariamenteaoserrosaleatriosqueosalunoscostumammencionarvagamentenosseusrelatrios.

Japergunta"Porqueoresduoumcarbonatoenoumxido?"admiterespostassobdiferentesenfoquesevriosgrausdeprofundidade,dependendodosobjetivosdadisciplinaedesuaposionagradecurricular.Podesediscutirainflunciadasenergiasreticularesdosslidosenvolvidos,osconceitoscidobase,comdestaqueparaateoriadeLuxFlood,ouaindaavariaodaenergialivreemfunodatemperatura,representadasobaformadediagramastipoEllingham.Estastrsabordagenssoapresentadasaseguir.

Energiasreticularesdosxidosmetlicos

Osxidosnormaisdosmetaismaiseletropositivos(grupos1e2elantandeos)socompostostipicamenteinicos,constitudospeloctionmetlicoeonionO2.Aformaodeumxidoinicoenvolvevriasetapasquerequeremenergia,necessriaparadissociaramolculadeO2(496kJmol1),formaronionO2(aafinidadeeletrnicadotomodeoxignioliberta141kJmol1,na1etapa,pormna2aconsome844kJmol1)eformaroctionmetlicoapartirdometal.Osxidosinicosdevem,portanto,apresentarumaenergiareticularelevada,paracompensaressegrandeconsumodeenergia12.

Asenergiasreticularesdependem,entreoutrosfatores,dascargasdosonsedasdistnciasentreeles.ATabela2ilustraoefeitodamaiorcargadosctionsalcalinoterrosos,comparativamenteaosalcalinos.Notasetambmqueasenergiasreticulares,numafamlia,variammenosnoscarbonatosdoquenosxidos.IstoocorreporqueasomadosraiosdoctionedonionnoscarbonatosdominadapelomaiortamanhodoonCO32,com185pmderaio13.Jnosxidos,porseroraiodoonO2,140pm,comparvelaodosctions,aenergiareticularmaissensvelaotamanhodosctions14.

Asestabilidadestrmicasdoscarbonatospodemserexplicadascombasenosvaloresrelativosdasenergiasreticulares.Usandoummodelosimplificado,oprocesso:

podeserconsideradocomoainserodeCO2noretculocristalinoprexistentedoxidometlico,provocandoumaexpansodomesmo.AenergianecessriaparaaexpansocompensadapelaenergialiberadapelacombinaodoonxidocomoCO2,formandooonCO32.Entretanto,quantomaior,emmdulo,aenergiareticulardoxidometlico,maioraenergianecessriaparaaexpansodoretculo.Concluisequeaconversodoxidoemcarbonatomaisdifcilnocasodoltiodoquedocsioetambmmaisdifcilparaosmetaisalcalinoterrososdoqueparaosalcalinos.Conseqentemente,adecomposiodocarbonato,produzindooxidoeCO2,segueatendnciaoposta.Poressarazo,oscarbonatosdosmetaisalcalinoterrosossedecompemquandoaquecidos,enquantoonicodoscarbonatosalcalinosquesofredecomposiotrmicaodeltio16.

Astemperaturasdedecomposiodoscarbonatos,pressode1atm,fornecidaspelaref.17,soMgCO3404oC,CaCO3826oC,SrCO31098oC,BaCO31370oCeLi2CO31157oC.Essesdadosdiferemconformeafonte15,18,porm,atendnciadevariaoamesma.OBeCO3nofoiincludo,poissocorrenaformahidratada15.

Verificaseque,quantomaisfortesasligaesnoxidometlico,menoratemperaturadedecomposiodocarbonato.Paractionscommaiorcargaemenorraio,adiferenaentreasenergiasreticularesdoxidoedocarbonatomaior(videTabela2),favorecendoaconversocarbonatoxido,queocorrecomgrandeaumentodeenergiareticular13,19.

Oscomportamentosdiscrepantesdoltioedoberlio,queformamctionsmuitopequenos,emrelaoaosdemaismembrosdasfamlias,servemdeexemploparadiscutirainflunciadopoderpolarizantedosctions18,19.Adecomposioocorremaisfacilmentequandooctionpolarizaooncarbonato,desmembrandooemonO2eCO2.Fatoresqueinfluemnopoderpolarizanteeocarterparcialcovalentedasligaespodemtambmserabordados,ampliandoacomparaocomoutrossistemas.Oefeitodoseltronsd,porexemplo,



ficapatentequandoseconsideramoscarbonatosCdCO3ePbCO3quesedecompemacercade350oC,emboraCd2+ePb2+apresentemraiosinicossemelhantesaodoctionclcio18.

TeoriacidobasedeLuxFlood

DesdeostemposdeBerzelius,osxidosestovinculadosacaractersticascidasebsicasevidenciadas,entreoutraspropriedades,pelahabilidadedereagirementresiformandosais20.Em1939,Luxformulouumadefiniodecidosebasesadequadaparaessetipodereaes,baseadanaEquao32022.

EstateoriaseassemelhadeBrnsted,porm,aoinvsdoprton,aentidadetransferidaonionxido(O2

).OscidosatuamcomoreceptoresdeonsO2easbases,comodoadoras.Ateoriaparticularmentetilparareaesemaltastemperaturas,queocorrememprocessosmetalrgicos,cermicosegeoqumicos20,22,23.

AEquao2vistaanteriormenteumexemplogenricodereaodeneutralizaoentreumabase(MxO)eumcido(CO2).Avariaodeenergialivredessasreaespermiteestabelecerumaescaladebasicidadedosxidos,conformepropostoporFloodeFrland17,20.Osxidosdemetaisalcalinossoemgeralbasesmaisfortesdoqueosdealcalinoterrosose,emcadagrupo,abasicidadedoxidoaumentacomotamanhodometal15,17.IstosejustificaporqueainteraodoctionM+comoonO2maisfracadoquenocasodeumctionM2+etambmmaisfracaparactionsmaiores,resultandoumxidocommaiorfacilidadedecederoonO2(Equao3)paraumxidocido17.

Aordemdecartercidobsicodealgunsxidosmostradaabaixo12:

Quantomaisafastadosestiveremdoisxidosnessasrie,maisestvelserocompostoformadoquandoosxidosreagirementresi12,conformeatestamosvaloresdevariaodeenergialivrepadro,fornecidosnaTabela3.

Osmetaisalcalinosformambasesmuitoforteseoxossaismuitoestveis10.Josxidosalcalinoterrosos,menosbsicos,formamoxossaismenosestveisaocalor,incluindoseaoscarbonatos15.

DiagramatipoEllingham

Adecomposiodeumcarbonatoalcalinoterroso,representadapelaEquao4:

umexemplocomum,noslivrostexto,dereaoquetendeaocorrernumsentidoounooutro,dependendodatemperatura2629.

OprocessoinversoareaorepresentadagenericamentepelaEquao2,queocorrecomconsumodegs,implicandoemdiminuiodeentropia.SeoprocessodaEquao2fortermodinamicamentevivel,eledevelibertarcalor,ouseja,areaoentalpicamentedirigida.AlgunsvaloresdevariaodeentalpiaestoreunidosnaTabela3.

Naexpressodavariaodeenergialivredeumareao,aumadadatemperaturaepresso,otermoentrpicomultiplicadopelatemperaturaabsoluta:



Umcarbonatoestveltemperaturaambientepoder,portanto,sedecomporquandoaquecido,desdequeotermoTrSsobrepujeotermorH,emmdulo.

UmarepresentaogrficaadequadaparaanalisarestesprocessosapresentadanaFigura2emostracomovaria,emfunodatemperatura,aenergialivredareaodeobtenodoscarbonatosapartirdosxidoscorrespondentes.TaldiagramaanlogoaospropostosporEllinghamparaaenergialivredecertasclassesdereaes30,sendoodiagramamaisconhecidooreferenteformaodexidos,muitoimportanteemmetalurgia28,3135.

ParaconstruiraFigura2,osvaloresderHerSparaareaorepresentadapelaEquao2foramcalculadosutilizando,nasEquaes6e7,dadosdeentalpiapadrodeformao,fH,edeentropiapadro,S,dosxidos,carbonatosegscarbnico,fornecidosnaliteratura24,25,a25oC:

ApartirdosvaloresderHerSassimobtidos,calcularamseosvaloresderGqadiversastemperaturas,pelaEquao5.ComorHerSpodemserconsideradosaproximadamenteconstantesemamplosintervalosdetemperaturas17,26,35,36,desdequenoocorrammudanasdefasedassubstncias,ogrficoderGvsTapresentatrechosdereta,cujocoeficienteangularrSecoeficientelinear,rH.

AsretasdaFigura2soascendentesporquerepresentamprocessosqueocorremcomdiminuiodeentropia(Equao2).Observaseque,nocasodomagnsioedoclcio,rGsetornapositivoapartirde396e848oC,respectivamente.Istosignificaque,dopontodevistatermodinmico,abaixodessastemperaturasoscarbonatossoestveiseacimadelas,elessedecompem.JoscarbonatosdesdioepotssiosoestveisemtodoointervalodetemperaturasdaFigura2.Umdiagramamaiscompleto,incluindooutroscarbonatos,



podeserencontradonaref.31.

Emdisciplinasmaisavanadasoumaisespecficas,ogrficodaFigura2podeserconstrudolevandoemcontaavariaodefHeScomatemperatura.Asequaesnecessriaspodemserdeduzidasapartirdepolinmiosquefornecemascapacidadescalorficasmolarespressoconstante,Cp,emfunodatemperaturaabsolutaTedeparmetrosa,b,c,dee,tabeladosnaliteratura24,25,34,paraasdiferentessubstncias:

Attulodecomparao,foramcalculadosrH,rSerGqparaocasodocarbonatodesdio,utilizandoasequaesdeShomate(polinmiosdefHqeSemfunodeT)paraNa2O,CO2eNa2CO3,fornecidasnaref.24.ATabela4comparaessesresultadoscomoclculomaissimplificadoderG,baseadoemvaloresconstantesderHerS.ObservamsediferenasnosdoisconjuntosderGapartirde500oC.OsvaloresderSvariammaispronunciadamentecomatemperaturadoqueosderH,pormhumacompensaoparcialentreeles,noclculoderG,porcontriburemcomsinaisopostos.Essacompensaotornasemenoseficientecomoaumentodatemperatura.EfetuandoseextrapolaesatopontoemquerGseanula,astemperaturassobemdiferentes,asaber,1970oCpeloclculosimplificadoe2450oC,pelotratamentomaisrigoroso.NenhumadessastemperaturaspodeseralcanadanachamadeumbicodeBnsen,noocorrendo,portanto,adecomposiodocarbonatodesdio.

FinalmentecabemencionarqueapartirdosvaloresdagrandezarGavriastemperaturas,paraosprocessosdasEquaes1e2,podesecalcularaconstantedeequilbriotermodinmicapadroeapressoparcialdogscarbnicoadiferentestemperaturas34,35.

APRODUODEBARRILHAEOPROCESSOSOLVAYOcarbonatodesdioanidroconhecidocomercialmentecomobarrilhaousoda(emingls,"sodaash").Historicamente,eraproduzidoevaporandooextratodecinzasdecertasplantas,comoaBarillaespanhola37,oubarrilheira,plantadolitoraldefolhasespinhosas38easplantasmarinhasChenopodium,Salicornia,Salsola,etc.39AtofinaldosculoXVIII,estaseramasprincipaisfontesdecarbonatodesdio33.

Em1775,procurandoevitaradependnciaexteriorquantoimportaodocarbonatodesdionatural,ogovernofrancsestabeleceuumprmioaquempropusesseumprocessosatisfatriodeobtenodeNa2CO3apartirdeNaCl33,4042.Ocarbonatoeranecessrioparaaindstriatxtiledovidroetambmparaaproduodehidrxidodesdio,ousodacustica,atravsdareaocomhidrxidodeclcio:

ONaOHporsuavezsedestinavaprincipalmentefabricaodesabo42.



NicholasLeblanc(17421806)concorreucomoprocessoquelevaoseunomeequesebaseianaconversodeNaClprimeiramenteemNa2SO4,portratamentocomH2SO4.AseguiroNa2SO4aquecidonumfornocomcarvoeCaCO3,produzindoumamisturaslidadeNa2CO3eCaS,daqualocarbonatodesdioextradocomgua42.Foioprimeiroprocessoparaproduocomercialdesodaemgrandeescala,pormeracaroecausavaproblemassriosdepoluioambiental33,37,40,43.

NofinaldosculoXIX,oprocessoLeblancencontravasequasetotalmentesubstitudopelomtododesenvolvidopeloqumicobelgaErnestSolvay(18381922)42.OprocessoSolvayconsisteembombearCO2naparteinferiordeumatorre,enquantoumasalmourasaturadacomamniaintroduzidapelotopo.Areaoqueocorrenessatorre,denominadatorredecarbonatao,podeserrepresentadapelaequao:

Obicarbonatodesdioprecipitapreferencialmentedamisturareacional,emtemperaturasabaixode15oC,porsermenossolvel(solubilidadea0oC=0,82molL1)doqueasoutrascombinaespossveis,NH4Cl(5,5molL1),NaCl(6,1molL1)eNH4HCO3(1,5molL1)44.Apresenadeonsamnionamisturafazcomquepredominemonsbicarbonato,emdetrimentodosonscarbonato,quesobasesdeBrnstedmuitofortes.

OslidoqueseformaseparadoporfiltraoecontmNaHCO3(cercade76%),Na2CO3,NH4HCO3,NaCl,NH4CleH2O.Adecomposiotrmicadestematerialliberagscarbnico,amniaevapord'gua,produzindocarbonatodesdio,cujaprincipalimpurezaocloretodesdio,comresultadosanalticosdaordemde99,6%deNa2CO3e0,15%deNaCl.Produtosmaispuros,parafinsanalticosoualimentcios,podemserobtidosapartirdeumasoluodocarbonatodesdioindustrial,borbulhandosegscarbnicoparaconvertlonobicarbonato.Estecristaliza,podendoserseparado.Umprodutotpicoparafinsalimentciosapresentaacomposio:99,7%NaHCO3,0,2%Na2CO3,0,004%NaCl,0,05%H2Oe0,003%deimpurezasinsolveis45.

Em1863,ErnestSolvayfundou,comseuirmoAlfred,aSocietSolvay&Cie.,emBruxelas.Aprimeirafbrica,construdaemCouillet,naBlgica46,iniciousuasatividadesem1865.Asdificuldadestcnicassurgidasnosprimeirosanosforamresolvidasumaauma,graaspersistnciaeengenhosidadedeErnestSolvay,atoprocessotornarserentvel4,47.

Solvayfoiinovadortambmemseusmtodos,aoestabelecercontrolesrigorososacadaestgiodafabricao48.Em1897,diversificouaempresa,instalandoaprimeiraunidadedeeletrlisedesalmoura49.OxitoempresarialpermitiuaSolvaycriarinmerasobrassociaiseinstituiescientficas48.FoiopatrocinadordasConfernciasSolvay,aprimeiradasquaisserealizouem1911,reunindoalgunsdoscrebrosmaisprivilegiadosdaCincia,conformesepodevernafamosafotodesseevento50.

OprocessoSolvayfoioprimeiroprocessoindustrialeconmicofuncionandoemfluxocontnuo40.Constituiuumsucessodeengenhariaporutilizareficientementeamatriaprima,reciclandoossubprodutos42,51,52.Ocalcreo(CaCO3)aquecidoparaproduzirCO2eCaO,conformeaEquao4.OCO2destinasereaorepresentadapelaEquao10,enquantooCaOconvertidoemCa(OH)2portratamentocomgua.OCa(OH)2permiteconverterosubprodutoNH4Cl(verEquao10)emNH3,reutilizadoparasaturardessegsasalmouraquealimentaatorredecarbonatao.Aregeneraodaamnia,representadapelaEquao11,tornaoprocessoeconomicamentevivel,porseraamniaumreagenterelativamentecaro.

OCO2produzidonadecomposiotrmicadobicarbonatodesdio(Equao1)tambmpodeserreaproveitadonoprocesso.

Oresultadoglobaldetodasessasetapasareaoentreocalcrioeosal,resumidapelaEquao12,quetermodinamicamenteimpossveldeocorrernumasetapa5.

ParaproduzirumatoneladadeNa2CO3,soconsumidos1,5tdesalmoura,1,5tdecalcrio,50,0tdeguaeapenas2kgdeamnia.Grandepartedaguautilizadaparaarefrigeraodatorredecarbonatao53.

OnicosubprodutodoprocessoSolvay,portanto,oCaCl2.Ademandaparaestasubstncia,porm,limitada.Osprincipaisusossocomoagentedesidratanteeparadescongelarneveemruaseestradas,empasesdeclimafrio37,44,51.

Nopassado,muitocloretodeclciofoidespejadoemlagoserios,atquelegislaesdeproteoaomeioambienteproibissemtalprocedimento.EmparteporestarazoeempartepelaexistnciadefontesnaturaisabundantesdetronaemWyoming,oprocessoSolvayatualmenteobsoletonosEstadosUnidos5,42.



Osdepsitosdetrona,Na2CO3.NaHCO3.2H2O,descobertosemGreenRiver,Wyoming,EUA,em1938,foramutilizadosparaaproduodebarrilhaapartirde1953.Estimasequesejamsuficientesparasuprirademandamundialporcercade2000anos37.possvelqueessafontevenhaasubstituiroprocessoSolvay,porsermaisbarataepelosinconvenientescausadospelosubprodutodeste,ocloretodeclcio44,54.

Emvrioslugaresdomundo,oprocessoSolvaycontinua,entretanto,emuso,sendoresponsvelporcercade70%dosuprimentomundialdebarrilha5.OgrupoSolvaytemoitofbricaseuropiasqueaindautilizamesseprocesso55.NoBrasil,oprocessoutilizado,paraproduzirbarrilhaapartirdosalmarinhoedocalcreo,pelaempresalcalis,emArraialdoCabo,noRiodeJaneiro,queproduzat220milt/ano56.

Em1999,aindstriaqumicabrasileiraimportou352tdebarrilha,enquantoasvendasinternasforamde207t,cujodestinoaproximadoestrepresentadonodiagramadaFigura357.Devidoaosinmerosefundamentaisprocessosqueempregamocarbonatodesdiocomomatriaprima,eleononoprodutoqumicoinorgnicomaisimportante,emtermosdequantidadeutilizada5.

Umarotaalternativaparaaproduodebicarbonatodesdio,quepodeseratraenteconformeospreosdomercado,utilizagscarbnico,subprodutodediversosprocessos,ehidrxidodesdio,obtidopelaeletrlisedasalmouraecujademandageralmenteinferiordocloro.EsteprocessoutilizadopelaempresaQumicaGeraldoNordesteS.A.,integrantedoploindustrialdeCamaari58.

CONCLUSESOexperimentopropostoutilizandobicarbonatodesdiocomercialtemobjetivosqualitativos(deduziraequaodoprocesso,combasenaidentificaodosprodutos)equantitativos(efetuarclculosestequiomtricosapartirdamassainicialdobicarbonato).Noselimitaaisso,porm.Oexperimentoestimulanteparaosalunos,queseinclinamaesperarumxidocomoprodutodadecomposiotrmicaesesurpreendemaoidentificlocomocarbonato.Nestetrabalho,sosugeridosconceitosquepodemserexploradosnadiscussodoresultado,emdiferentesnveisdeprofundidade.

AreaoestudadaaltimaetapadoprocessoSolvaydeobtenodasoda,umprocessodeimportnciahistricaecomercial,noqualasreaescidobasedesempenhamumimportantepapel.Curiosamente,oprocessoSolvaybeneficiasetantodaestabilidadetrmicadocarbonatodesdio,oseuprodutofinal,quantodafacilidadededecomposiodocarbonatodeclcio,umadassuasmatriasprimas.

AGRADECIMENTOS



AsautorasagradecemProfa.W.Oliveira,peloapoioeincentivo,eaosalunosquecursaramasdisciplinasQFL137eQFL2129,noInstitutodeQumica,USP,em2002.A.S.MaiaagradeceFAPESPeaoProgramadeAperfeioamentodeEnsino,PAE,daPrReitoriadePsGraduaodaUSP.

REFERNCIAS

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