APLICAÇÃO DA ESTEQUIOMETRIA NA PRODUÇÃO DO CARBONATO DE SÓDIO A PARTIR DO MÉTODO SOLVAY

Guilherme Bastos Cândido, Graziele Souto da Silva, Camila Gonzaga

Orientador: Profa. Rebeca Piumbato Chaparro

FACULDADES OSWALDO CRUZ

Bacharelado e Licenciatura em Química

RESUMO: Este trabalho aborda a produção do carbonato de sódio através do método Solvay. Ele leva como objetivo a aplicação da estequiometria baseando-se nas equações do processo e, tomando uma massa inicial de reagente como base, definiu-se o rendimento final. Também foi explorada a aplicação industrial do produto e disserta-se sobre a criação do processo de Ernest Solvay.

PALAVRAS-CHAVE: Carbonato de sódio, Solvay, Barrilha, Produção.

 1 INTRODUÇÃO

O carbonato de sódio (barrilha) é um sal branco e translúcido, usado principalmente na produção de vidro, tratamento de água, produtos domésticos, neutralização de ácidos etc. Existem vários tipos de produção da barrilha. Um dos métodos mais reconhecidos é o processo Solvay, por ser eficaz e financeiramente econômico. Neste processo são essenciais os conhecimentos em cálculos estequiométricos, para definir as perdas e porcentagens de impurezas que ocorrem.

O objetivo do artigo é definir o rendimento final do processo a partir dos cálculos, utilizando uma massa inicial de reagente como base.

2 CARBONATO DE SÓDIO E O MÉTODO SOLVAY

2.1 CARBONATO DE SÓDIO - PANORAMA GERAL

O Carbonato de Sódio hoje é largamente utilizado em múltiplos campos da indústria (Figura 1). Dada sua importância, este produto é produzido em grande volume no mundo todo, sendo seus principais produtores China e Estados Unidos, seguidos por Rússia, Índia e Alemanha.

Até meados do século XVIII, sua obtenção se dava a partir da extração de cinzas de plantas carbonizadas, porém a demanda era alta e se tornava cada vez mais necessária a criação de um novo método. Em 1791, surgiu uma solução, dada por Nicolas Leblanc, o Processo Leblanc, que consistia em produzir o carbonato de sódio através de sal do mar, ácido sulfúrico e carbonato de cálcio. Este método foi amplamente utilizado em escala global, porém, devido à elevada poluição gerada, novamente surge a necessidade de um novo método.

Em 1864, químico Ernest Solvay desenvolveu o reconhecido Processo Solvay. Conseguiu capital e, com seu irmão, abriu a primeira indústria a utilizar este processo. Em vários lugares do mundo, o processo Solvay continua, entretanto, em uso, sendo responsável por cerca de 70% do suprimento mundial de barrilha. O grupo Solvay tem oito fábricas europeias que ainda utilizam esse processo. No Brasil, o processo é utilizado, para produzir barrilha a partir do sal marinho e do calcário, pela empresa Álcalis, em Arraial do Cabo, no Rio de Janeiro, que produz até 220 mil t/ano.

Figura 1: Destino das vendas internas de Na₂CO₃ da empresa Álcalis em 2000.

2.2 PRODUÇÃO DA BARRILHA - MÉTODO SOLVAY

O processo Solvay consiste em bombear CO₂ na parte inferior de uma torre, enquanto uma salmoura saturada com amônia é introduzida pelo topo. Na primeira etapa a solução de NaCl (salmoura) é saturada de NH3 (amônia), assim, além dos íons de sódio e cloro, são formados na solução o NH₄⁺ (amônio) e hidroxila.

Em seguida, injeta-se CO₂, de modo que são desencadeadas diversas reações, até a formação do NaHCO₃ (bicarbonato de sódio) que é um sólido precipitado. O sólido que se forma é separado por filtração e contém NaHCO₃ em cerca de 76%.  Este processo é mostrado pelas equações I a VI.

Finalmente, ocorre a decomposição térmica deste material, produzindo carbonato de sódio, Na₂CO₃, o produto final, (equação VI).

NH_3(g) + H₂O_(l) à NH₄OH_(aq)                                            (equação I)
CO_2(g) + H₂O_(l) à H₂CO_{3 (aq)}                                                                   (equação II)
2NH₄OH_(aq) + H₂CO_3(aq) à (NH₄)₂CO_3(aq) + 2H₂O_(l)         (equação III)
(NH₄)₂CO_3(aq) + CO_2(g) + H₂O_(aq) à 2NH₄HCO_{3 (aq)}              (equação IV)
NH₄HCO_3(aq) + NaCl_(aq) à NaHCO_3(aq) + NH₄Cl_(aq)          (equação V)
2NaHCO_3(aq) à Na₂CO_3(aq) + CO_2(g) + H₂O_(l)                  (equação VI )





3 CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS
Considerando que neste processo foram utilizados 2 Kg de amônia:

NH₃ + H₂O àNH₄OH  (l)
1 mol de NH₃ ------------ 1 mol de NH₄OH
17,04 g de NH₃----------- 35,01 de NH₄OH
2000 g de NH₃------------ X

                          X= 4109,15 g de NH₄OH

2NH₄OH + CO₂  à (NH₄)₂CO₃ (llI)
2 mol de 2NH₄OH---------------------------- 1 mol de (NH₄)₂CO₃
2x33,01 g de NH₄OH------------------------- 96,03 g de (NH₄)₂CO₃
4109,15 g de NH₄OH-------------------------   X

                           X= 5977 g de (NH₄)₂CO₃

(NH₄)₂CO₃ + CO₂ + H₂O à 2NH₄HCO₃ (lV)
1 mol de (NH₄)₂CO₃--- ----------------------------- 2 mol de 2NH₄HCO₃
96,03 g de (NH₄)₂CO₃ ------------------------------ 2x79,02 g de NH₄HCO₃
5977 g de (NH₄)₂CO₃-------------------------------  X

                           X= 9834,7 g de NH₄HCO₃

NH₄HCO₃ + NaCl à NH₄Cl + NaHCO₃ (V)
1mol de NH₄HCO₃------------------------------- 1 mol de NaHCO₃
79,02 g de NH₄HCO₃---------------------------- 84,01 g de NaHCO₃
9834,7 g de NH₄HCO₃--------------------------     X

                          X= 10455,7 g de NaHCO₃

NH₄HCO₃  à Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O  (VI)
2 mol de NH₄HCO₃  ------------------- 1 mol de Na₂CO₃
2x84,01 de NH₄HCO₃ ----------------- 106,01 g de Na₂CO₃
10455,7 g de NaHCO₃-----------------  X

                 X= 6596,7 g de  Na₂CO₃

Na última etapa do processo (equação VI), segundo o artigo realizado por alunos do Instituto de Química da USP [1], há um rendimento de 76% de Na₂CO_3, então para que se obtenha o resulta final, em massa, é necessário calcular o rendimento.

Rendimento
6596,7 g de Na₂CO₃-------- 100%
                            X  ---------76%

  X=5013,5 g de Na₂CO₃

4 CONCLUSÃO

Portanto, com a aplicação de cálculos estequiométricos na produção do carbonato de sódio observamos que, através do Processo Solvay, há uma alternativa mais limpa, barata e que permite uma produção industrial em grande volume, tornando-o mais favorável em todos os aspectos, tanto econômico quanto ambiental.

5 REFERÊNCIAS
[1] Adriano L. de Araújo, Carlos A. Neves, Ana Maria C. Ferreira e Koiti Araki. Instituto de Química – USP, São Paulo. Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/qn/v21n1/3478.pdf.
Acesso em: outubro de 2015.

Atkins, P, Princípios de Química – questionando a vida e o meio ambiente. Ed. Bookman,2001.

Arquivo da tag. Industria da química. Disponível em: http://aspiracoesquimicas.net/tag/industria-quimica/. Acesso em: Outubro de 2015.

Alessandra de Souza Maia e Viktoria Klara Lakatos Osorio. Decomposição térmica do bicarbonato de sódio. Instituto de Química-UPS, São Paulo. Disponível  em: http://www.scielo.br/pdf/qn/v26n4/16446.pdf. Acesso em: outubro de 2015