procesos industriales inorganicos

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PROCESOS INDUSTRIALES INORGANICOS CAPITULO I QUÍMICA INORGÁNICA INDUSTRIAL1.1 LA INDUSTRIA ALCALINA1.1.1 Producción de carbonato de sodio1.1.2 Producción electrolítica de cloro álcali 1.1.3 Característi cas y usos d e las bases 1.2 LA INDUSTRIA DEL ACIDO  1.2.1 Ácido Sulfúrico1.2.2 Ácido Clorhídrico1.3 LA INDUSTRIA QUÍMICA DEL NITRÓGENO Y EL FÓSFORO 1.3.1 Explosivos y Fertilizant es1.3.2 Explosivos 1.4 LA INDUSTRIA DE FERTILIZANTES  1.4.1 Ácido Fosfórico y fosfatos1.4.2 Sales de potasio 1.5 PROBLEMAS DE ESTUDIO PARTE II PROCESOS INORGÁNICOS DE INTERÉS  CAPITULO 2OBTENCIÓN DE SALES Y DERIVADOS DEL SODIO 2.1 CLORURO DE SODIO (NaCl) 2.1.1 Propiedades del cloruro de sodio2.1.2 Usos  2.1.3 Obtención 2.2 SULFATO DE SODIO (Na 2 SO 4 )  2.2.1 Obtención 2.3 BISULFATO DE SODIO(NaHSO 4 ) 2.4 BlSULFITO DE SODIO (NaHSO 3 )  CAPITULO 3OBTENCIÓN DE CARBONATOS 3.1 CARBONATOS 3.2 CARBONATO DE SODIO (Na 2 CO 3 )  3.2.1 Usos

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PROCESOS INDUSTRIALES INORGANICOS

CAPITULO I

QUMICA INORGNICA INDUSTRIAL

1.1LA INDUSTRIA ALCALINA

1.1.1Produccin de carbonato de sodio

1.1.2Produccin electroltica de cloro lcali

1.1.3Caractersticas y usos de las bases

1.2LA INDUSTRIA DEL ACIDO

1.2.1cido Sulfrico

1.2.2cido Clorhdrico

1.3LA INDUSTRIA QUMICA DEL NITRGENO Y EL FSFORO

1.3.1Explosivos y Fertilizantes

1.3.2Explosivos

1.4LA INDUSTRIA DE FERTILIZANTES

1.4.1cido Fosfrico y fosfatos

1.4.2Sales de potasio

1.5PROBLEMAS DE ESTUDIO

PARTE IIPROCESOS INORGNICOS DE INTERSCAPITULO 2

OBTENCIN DE SALES Y DERIVADOS DEL SODIO

2.1CLORURO DE SODIO (NaCl)

2.1.1Propiedades del cloruro de sodio

2.1.2Usos

2.1.3Obtencin

2.2SULFATO DE SODIO (Na2SO4)

2.2.1Obtencin

2.3BISULFATO DE SODIO(NaHSO4)

2.4BlSULFITO DE SODIO (NaHSO3)

CAPITULO 3

OBTENCIN DE CARBONATOS

3.1CARBONATOS

3.2CARBONATO DE SODIO (Na2CO3)

3.2.1Usos

3.2.2Obtencin

El proceso Soda - Amoniaco

3.2.3Propiedades fsicas y qumicas

3.3BICARBONATO DE SODIO (NaHCO3

3.3.1Usos

3.3.2Obtencin

Mtodo propuesto por B. Borkowski y Jerzy Krl-Bogomilski

3.4CARBONATO DE POTASIO K2CO3

3.4.1Usos

3.4.2Obtencin

3.5BIBARBONATO DE POTASIO (KHCO3)

3.5.1Usos

3.6CARBONATO DE AMONIO

3.6.1Usos

3.7EJERCICIOS

CAPITULO 4

OBTENCIN DE HIDRXIDO DE SODIO Y CLORO

4.1HIDRXIDO DE SODIO (NaOH) Y CLORO (Cl2)

4.2HIDRXIDO DE SODIO

4.3CLORO

4.4PRODUCCIN DE HIDRXIDO DE SODIO (NaOH) Y CLORO (Cl2)

4.4.1Reacciones y cambios de Energa

Tipos de Celdas

Celdas de diafragma

Celdas de Membrana

Celdas de Mercurio

Celdas Hbridas de Combustible

4.4.2Otros Procesos

4.4.3Operaciones Unitarias y Conversiones Qumicas

Purificacin de la salmuera

Electrolisis de la salmuera

4.5EJERCICIOS

CAPITULO 5

OBTENCIN DE ACIDO SULFRICO

5.1ACIDO SULFRICO

5.2OBTENCIN DEL ACIDO SULFRICO

5.2.1Oxidacin de compuestos inorgnicos

5.2.2Aspectos bsicos

5.2.3Utilizacin del cido Sulfrico en la Industria

5.2.4Descripcin del proceso en una planta de cido

5.3EJERCICIOS

CAPITULO 6

OBTENCIN DE CIDOS: HCL, HNO3, HPO4

6.1ACIDO CLORHDRICO HCl

6.1.1Propiedades

6.1.2Usos

6.1.3Obtencin

6.2ACIDO NTRICO

6.2.1Acido ntrico

Descripcin y propiedades

6.2.2Usos del cido ntrico

6.2.3Sntesis del cido ntrico

6.3ACIDO FOSFRICO, H3PO4

6.3.1Usos

6.3.2Produccin

CIDO FOSFRICO POR EL PROCESO HMEDO

FSFORO Y CIDO FOSFRICO DE HORNO ELCTRICO

6.4EJERCICIOS

CAPITULO 7

OBTENCIN DE AMONIACO Y SALES DE AMONIO

7.1AMONIACO

Estado Natural

Aplicaciones

Mtodo de Haber-Bosch

7.2OBTENCIN DE NITRGENO E HIDROGENO

Mtodo gas generador-gas de agua

Conversin

Otras fuentes de hidrgeno

7.3OBTENCIN DEL AMONIACO

7.3.1Etapa de Desulfurizacin

7.3.2Reformacin del gas natural

Termodinmica del proceso

Catalizador

Variables del proceso

7.3.3Conversin del CO

Termodinmica del proceso

Variables del proceso

7.3.4Absorcin del CO2

7.3.5Metanacin

Variables del proceso

7.3.6Compresin

7.3.7Sntesis

Termodinmica del proceso

7.4SALES DE AMONIO

7.4.1Nitrato de amonio

7.4.2Sales de amonio cuaternario

7.4.3Sulfato de amonio (NH4)2SO4

CAPITULO 8

OBTENCIN DE PRODUCTOS FOSFORADOS

8.1ROCA FOSFRICA

8.1.1Usos

8.1.2Procesamiento

8.2SUPERFOSFATOS

8.3FOSFATOS

8.3.1Fosfatos de sdio

8.4POLVOS DE HORNEAR

CAPITULO 9

OBTENCIN DE YESO

9.1OXIDO DE CALCIO (LIME) CaO

9.2OBTENCIN DE LA CAL

9.2.1Tipos de cal

9.2.2Usos de la cal y caractersticas de la caliza de donde se obtienen estas cales

9.2.3Obtencin de la cal

9.3OBTENCIN DEL YESO

9.3.1El yeso

9.3.2Usos del yeso

9.3.3Calcinacin del yeso

9.3.4Endurecimiento del yeso

CAPITULO 10

OBTENCIN DE CERMICAS

10.1CERMICAS

10.1.1Definicin

10.1.2Tipos

10.1.3Usos

10.2PROCESOS DE FABRICACIN

10.2.1Proceso de pulverizacin

CAPITULO 11

OBTENCIN DE VIDRIOS

11.1ESTRUCTURA DEL VIDRIO

11.2ESTRUCTURA DEL VIDRIO

11.3TIPOS DE VIDRIO

11.4OBTENCIN DEL VIDRIO

11.4.1Materias primas

11.4.2Fusin

11.4.3Moldeado o formado

11.4.4Templado

11.4.5Acabado

CAPITULO 12

OBTENCIN DE ABRASIVOS

12.1ABRASIVOS ARTIFICIALES

12.2USOS

12.3LA CARBURO DE SILICIO

12.4OTROS MATERIALES ABRASIVOS

12.4.1xido fundido de aluminio

12.4.2Corindn o zafiro artificial

12.4.3Carburo de boro

12.4.4Nitruro de boro

CAPITULO 13

OBTENCIN DE CEMENTO

13.1EL CEMENTO

13.1.1Introduccin

13.1.2Historia del cemento

13.1.3Tipos de cemento

13.1.4Usos del cemento

13.2FABRICACIN DEL CEMENTO

13.2.1Matrias primas

13.2.2Trituracin y molienda de la materia prima

13.2.3Prehomogenizacin

13.2.4Molienda de polvo crudo

13.2.5Homogeneizacin de polvo crudo

13.2.6Calcinacin del polvo crudo

13.2.7Almacenamiento de clinker

13.2.8Transformacin de clinker en cemento

13.2.9Almacenamiento y embarque

CAPITULO14

INTERCAMBIO INICO

14.1EL PROCESO DE INTERCAMBIO INICO

14.2POLMEROS DE INTERCAMBIO INICO

14.3ESTRUCTURA FSICA Y QUMICA DE LAS RESINAS

14.4SELECTIVIDAD DE RESINAS

14.5CINTICA

14.6TIPOS DE RESINAS DE INTERCAMBIO INICO

14.7APLICACIONES

14.7.1Ablandamiento de Agua

14.7.2Agua Desionizada

14.7.3Remediacin Medioambiental

CAPITULO 15

PROCESOS ELECTROQUMICOS

15.1ELECTROLISIS

15.2ELECTROLISIS EN SOLUCIONES ACUOSAS

15.3APLICACIONES METALRGICAS

CAPITULO 16

POLMEROS INORGNICOS

16.1PROPERTIES

16.2CLASSIFICATION

16.3TYPES

16.4SULFUR NITRIDE AND DERIVATIVES

16.5SILICONES : SILICONE RESINS

16.6CHALCOGENIDE GLASSES

16.7GRAPHITE

16.8BORON POLYMERS

16.9SILICATE POLYMERS

16.10OTHER POLYMERS

16.11IMPORTANCE

BIBLIOGRAFA

PROCESOS INDUSTRIALES INORGNICOSLos procesos qumicos inorgnicos pueden ser clasificados como electrolticos, electrotrmicos, y procesos miscelneos incluyendo descarga elctrica a travs de gases y separaciones por medio de la electricidad. En los procesos electrolticos. Se intercambia energa trmica y qumica- La corriente pasando a travs de una celda electroltica causa reacciones qumicas en los electrodos. Las celdas voltaicas convierten la energa qumica en elctrica. Las procesos electrotrmicos usan electricidad para alcanzar la temperatura necesaria para la reaccin.CAPITULOIQUMICA INORGNICA INDUSTRIAL1.1LA INDUSTRIA ALCALINAEl comienzo del siglo diecinueve marca el inicio de laqumica industrialcomo se conoce ahora. En el siglo diecinueve fue la Revolucin Industrial de la qumica inorgnica. La Revolucin Industrial para la qumica de compuestos orgnicos, la cual ocurri cerca al final de la diecinueve ava centuria y acelerada durante el vigsimo siglo, se trata en otra obra. La siguiente Tabla intenta dar una perspectiva histrica y fsica sobre la produccin qumica actual en una economa industrial largamente integrada. Las economas qumicas de Canad, y de pases europeos individuales, son las ms significativamente afectadas por el comercio internacional de los artculos qumicos.TABLA 1.1:Produccin de productos qumicos inorgnicos en Estados UnidosCompuestoProduccinProduccinPrincipales Usos

(Tg,1985)(Tg,1975)

H2SO435.9729.94cido

N2(g)21.5319.63NH3

O2(g)15.7614.61industria del acero

NH315.7114.94fertilizantes

CaO14.3317.28bases, cemento

NaOH9.889.20papel

H3PO49.546.85fertilizantes

Cl2(g)9.439.13papel, plsticos

Na2CO37.806.76vidrio

HNO36.686.84NH4NO3

NH4NO36.156.52fertilizantes

CO(NH2)26.063.50fertilizantes

CO2(g)4.201.83CO(NH2)2

HCl2.541.86variados

(NH4)2SO41.901.59fertilizantes

C (negro)1.171.37neumticos

Notas de esta tabla: una Tg es igual a un milln de toneladas mtricas (MMT). Minerales los cuales estn en la naturaleza y son usados pero no procesados por la industria qumica, tales como NaCl, KCl, CaSO4, y S, son excluidos de esta lista.

La base de la industria alcalina es latizaocaliza, CaCO3. Los yacimientos de caliza son abundantes y se encuentran a lo largo de todo el mundo. Ellos se han formado en las edades geolgicas de las caparazones de animales marinos pequeos depositadas en los lechos de mares antiguos. Con fuerte calefaccin, la caliza pierde el anhdrido carbnico para dar lacal apagada(slaked lime), normalmente llamada simplementecal,la cual es CaO:CaCO3(s) ----------- CaO(s) + CO2(g)Elcementopara material de construccin se obtiene tostando una mezcla pulverizada de caliza, arena (slice, SiO2), una arcilla o esquisto que contiene aluminio, y xido frrico a una temperatura sobre los 1150 K. Las plantas modernas de proceso usan un horno rotatorio. Los materiales pierden agua y anhdrido carbnico y juntos funden parcialmente; la masa resultante o escoria ("clinker")se muele a un polvo fino. A menudo se agrega una cantidad pequea deyeso, CaSO4.La composicin de un cementoPortlandmoderno es 60 a 67% CaO, 17 a 25% SiO2, 3 a 8% Al2O3, y a 6% Fe2O3; cantidades pequeas de MgO, MgSO4, Na2O, y K2O tambin pueden estar presentes. Este cemento, cuando es adicionado a la arena y piedra triturada y mezclado con el agua, da la piedra artificial denominadahormign("concrete") de donde muchas veces se le conoce como concreto . Las reacciones que ocurren a medida que se forma el hormign en la presencia de agua y de anhdrido carbnico atmosfrico son complejas. Ellas continan durante muchos aos despus de la solidificacin inicial del hormign, el cual lentamente contina endureciendoAl final del siglo dieciocho,lcaliera un nombre general significando tantopotasa(carbonato de potasio, K2CO3) obtenido en forma cruda de las cenizas de madera, y soda, algunas veces llamadasoda ash(carbonato de sodio, Na2CO3). El lcali tenia entonces demanda para tres usos: fabricacin de vidrio, obtencin de jabn, y obtencin de tinte para tejidos. La fuente primaria de lcali en este tiempo era las cenizas de madera, las cuales al serlixiviadas(extraccin de material soluble mediante agua) daba soluciones de K2CO3. El slido podra obtenerse evaporando el agua. De la misma manera, la soda se obtuvo de depsitos de soda nativa, ya sea como carbonato de sodio (natron)(Na2CO3) o trona(sesqui carbonato de sodio, Na2CO3.NaHCO3.2H2O).Para la industria del vidrio, fue requerido el mejor lcali disponible para obtener un vidrio de buena calidad ptica. Un lcali conveniente podra obtenerse calentando fuertemente (calcinando) soda, lo cual converta en xido Na2O, seguida de la purificacin del liquido de lixiviacin por repetitiva filtracin y evaporacin. El lcali requerido para jabn podra prepararse ms fcilmente tratando la potasa humedecida con el oxido de calcio (CaO) para dar laleja(KOH). Alternativamente, el tratamiento de soda humedecida con la cal da lasoda custica, ocustica (NaOH). Estas bases fuertes fueron usadas para formar jabn hirviendo la grasa, aceite de oliva, o sebo junto con ellas. La calidad del jabn producido dependa de la calidad de los ingredientes, y era muy variable. El vidrio, hecho de potasa o soda y la arena disponible, tambin vari ampliamente en calidad que dependa de la calidad de los ingredientes y la habilidad del fabricante. En la ausencia de fuentes comerciales de materiales puros, la preparacin de vidrio de calidad ptica era un arte que requera de gran habilidad.1.1.1Produccin de carbonato de sodioEl primer proceso importante de qumica inorgnica desarrollado fue elprocesoLeblanc(1787) para la produccin artificial de soda. El Proceso Leblanc alcanz uso comercial significante en los aos de 1820's.

Ejemplo. La primera reaccin del proceso Leblanc fue la reaccin de sal con cido sulfrico:2NaCl(s) + H2SO4(l) ----------Na2SO4(s) + 2HCl(g)El sulfato de sodio resultante fue mezclado con caliza y carbn y calentado en un crisol. La ceniza negra (black ash) producida conteniendo Na2CO3fue extrada con agua y la soda pura recuperada de la solucin por evaporacin:Na2SO4+ CaCO3+ C --------Na2CO3+ CaSO4Los productos de desecho, HCl gas y CaSO4slido, fueron problemas con el proceso Leblanc. Desde que la disposicin de CaSO4nunca fue solucionada satisfactoriamente, y montaas de sulfato de calcio sobrante aun existen en Europa e Inglaterra. Sin embargo, parcialmente como resultado de la primera legislacin anti-polucin de productos qumicos (la ley Alcalina de Gran Bretaa), el HCl gas fue pronto absorbido con agua en las torres y vendido como un valioso subproducto. Calentando una solucin de HCl en agua y evaporando el agua, hasta que se alcanza una concentracin de 20.2% HCl. Entonces el cido destila como una mezcla a punto de ebullicin constante oazetropoa los 108.6oC.El mercado para el cido clorhdrico fue limitado, y se hicieron los esfuerzos para convertirlo a otros materiales tiles. Algn xito fue logrado por Deacon en la conversin a cloro, pero el proceso mas tempranamente exitoso usado para la produccin de cloro fue elprocesoWeldondesarrollado en 1870.

Ejemplo. El proceso Weldon es un proceso de oxidacin reduccin basado en las propiedades oxidantes del mineral natural de dixido de manganeso. El dixido de manganeso reacciona con cido clorhdrico como se muestra a continuacin:4HCl + MnO2----------MnCl2+ 2H2O + Cl2Hay regeneracin de dixido de manganeso adicionando cal y caliza e insuflando aire a travs de ellos:MnCl2+ CaO, CaCO3+ O2----------CaCl2+ MnO2El proceso Weldon es un proceso mucho ms econmico que el viejo proceso no regenerativo. La produccin de cido clorhdrico mediante el tratamiento de una mezcla de sal y dixido de manganeso con cido sulfrico ha estado en uso previamente:4NaCl + 2H2SO4+ MnO2----2Na2SO4+ 2H2O + MnCl2+ Cl2El cloro producido por cualesquiera de los procesos podra ser absorbido en agua alcalina (Javelle water); alternativamente, podra prepararse un liquido de blanqueo a partir de un lodo de Ca(OH)2 y cloro. Un polvo de blanqueado seco podra prepararse por la reaccin de cloro hmedo con CaO; la reaccin es CaO + Cl2---Ca(OCl)2. El polvo blanqueador seco estuvo en produccin comercial por 1799 y su produccin ha continuado hasta los presentes das. El efecto del proceso Weldon fue proporcionar una fuente mucho ms barata de cloro.

La produccin industrial moderna de cloro emplea el incluso menos costosoproceso electrolticocloro lcali(chloralkali process)cuyos detalles se dan en otra parte.La soda natural y sinttica han competido en el mercado desde los das de Leblanc. En Europa, el mercado es dominado por el material sinttico, mientras en Amrica del Norte ms de la mitad de soda es natural; la principal fuente est en Wyoming, E.E.U.U. La mitad del mercado moderno de soda es para la produccin de vidrio, y otro cuarto se usa para otras fabricaciones de productos qumicos.El proceso Leblanc fue reemplazado por elproceso Solvayamonaco-soda, el cual comenz con la produccin comercial significante en los 1870s y todava est en uso. Aunque el proceso ha sido conocido desde 1811, su desarrollo comercial fue tedioso y difcil debido a las muchas dificultades prcticas antes que a lo estrictamente qumico.

Ejemplo. La qumica del proceso Solvay est basada en la reaccin de la sal, amoniaco, y dixido de carbono. Si una solucin concentrada de sal es saturada con amoniaco y luego se agrega dixido de carbono, precipita NaHCO3:NaCl(aq) + NH3(g) + CO2(g) + H2O ------NH4Cl(aq) + NaHCO3Mediante el calentamiento del carbonato de sodio hidrgeno o comnmente llamadobicarbonato de sodioes convertido a soda:2NaHCO3-------Na2CO3(s) + CO2+ H2OEl dixido de carbono resultante es reciclado. La solucin acuosa de NH4Cl puede tambin ser reciclada mediante el tratamiento con cal o cal apagada, lo cual regenera el amoniaco:2NH4Cl(aq) + CaO ------CaCl2(aq) + H2O + 2NH3

1.1.2Produccin electroltica de cloro lcaliLa industria alcalina tambin incluye la produccin electroltica de cloro lcali, porque la electrlisis de soluciones acuosas concentradas de cloruro de sodio produce el hidrxido de sodio as como el cloro. Este proceso se discute en una seccin diferente. Gran cantidad de lasoda custica(NaOH) y casi todo elclorousado en la industria se producen de esta manera.En la electrlisis las soluciones acuosas de cloruro de sodio liberan el gas del cloro al nodo de carbono dnde el ion del cloruro se oxida a cloro; la reaccin es 2Cl--------2e+ Cl2(g). El ctodo de mercurio o carbono es el lugar de reduccin del agua a hidrgeno con la produccin concomitante de hidrxido; la reaccin es:2H2O + 2e------2OH(aq) + H2(g)La solucin del hidrxido de sodio que permanece despus que el hidrgeno y el cloro son removidos es a menudo evaporada para dar el hidrxido de sodio slido; alternativamente, la propia solucin acuosa puede usarse por su contenido de lcali.

Fig. 1.1Diagrama de la industria del cloro-lcali1.1.3Caractersticas y usos de las basesEl hidrxido de sodio es la base fuerte ms comnmente usada tanto en la industria como en el laboratorio por razones de costo; el hidrxido de potasio es muy similar en su comportamiento. Ambos son slidos cerosos blancos los cuales son higroscpicos, atrayendo el vapor de agua del aire forman soluciones acuosas concentradas, y esto puede ser una ventaja para su uso en el laboratorio como agentes secantes. Las soluciones acuosas concentradas tanto de NaOH y KOH tambin remueven dixido de carbono del aire mediante la reaccin cido-base:2OH(aq) + CO2(g) --------CO32(aq) + H2OComo una consecuencia, las soluciones de estas bases fuertes expuestas al aire reaccionan para reducir su concentracin del hidrxido. Tales soluciones se almacenan mejor en botellas cerradas de polietileno, ya que las soluciones concentradas de NaOH y KOH tambin reaccionan lentamente para grabar el vidrio.Las soluciones acuosas concentradas de NaOH y KOH son incoloras y algo viscosas. La solucin de laboratorio usual es solucin concentrada de hidrxido de sodio al 50% de NaOH en masa; esta tiene una densidad de 1.53 kg/L la cual corresponde a 19.1 molar de solucin acuosa. Soluciones acuosas concentradas de bases fuertes son altamente corrosivas a la piel y daando severamente al ojo, y por lo tanto deben manejarse con mucho cuidado.Cuando slo la cantidad de base presente es importante, como en muchos procesos industriales, NaOH y Na2CO3pueden estar a menudo en competicin directa y sus precios a menudo dictan la opcin del lcali usada. En Amrica del Norte, los principales usos de NaOH estn en la produccin de qumicos orgnicos (35%), pulpa y papel (20%), y los qumicos inorgnicos (15%); jabn y detergentes ahora requieren solamente el 5% del NaOH usados.

1.2LA INDUSTRIA DEL ACIDO1.2.1cido SulfricoEl componente principal de la industria del cido ha sido siempre elcido sulfricoH2SO4. El cido sulfrico ha sido conocido desde los das de la alquimia bajo el nombre deaceite de vitriol(ferozmente mordaz), debido a su apariencia aceitosa y viscosa. Su preparacin, conocida desde 1570 adelante, fue mediante la destilacin del mineral natural verde vitriol, FeSO4.7H2O:FeSO4.7H2O -------FeO + H2SO4+ 6H2OLa dependencia del proceso del verde "vitriol" que no es un mineral comn y el bajorendimiento llev a su reemplazo por elproceso por campana(por la campana) mtodo anterior a 1700. En este mtodo, azufre y nitrato de potasio (salitre; KNO3) fueron quemados juntos bajograndes recipientes de vidrio en forma de campana. Este proceso se us hasta1746, cuando este fue reemplazado por elproceso de la cmara primaria. El proceso de cmara primaria, qumicamente idntico al proceso de la campana, permiti la produccin de cido sulfrico a gran escala. En ambos mtodos, la reaccin de dixido de azufre con oxgeno requiere los xidos de nitrgeno como los catalizadores. Los pasos son:S + O2------SO2(g)2SO2+ O2------2SO3(g)SO3+ H2O(l) -------H2SO4La reaccin neta total es:2S + 3O2+ 2H2O -------2H2SO4En el siglo dieciocho el cido sulfrico estaba en uso enfarmacia para la fabricacin de Na2SO4y para la remocin de metales y pelculas de xido de metal por obreros dedicados a estos quehaceres. La produccin de blanqueadores exigi ms cido, y la demanda se increment grandemente por el establecimiento de la industria de soda sinttica. Aunque otros mtodos deproduccin pueden ser ahora ms baratos para algunos de ellos, todos los otros cidos fuertes pueden ser, y han sido, comercialmente producidos a partir del cido sulfrico:2NaCl + H2SO4-------2HCl + Na2SO42KNO3+ H2SO4-------2HNO3+ K2SO4Pirita (FeS), la cual al tostarlo rinde SO2, es a menudo usada para reemplazar al azufre para la produccin de cido sulfrico. Mucho del cido sulfrico que se comercializaes un subproducto de la produccin de metal, al usar el SO2evolucionaron en el tostado de menas de metales sulfurados. Los productores de cido sulfrico usan la fuente ms barata de materias primas. El cambio en Inglaterra del azufre a la pirita en 1840 fue el resultado de triplicar el precio del azufre exportado desde Sicilia. Los ms recientes cambios entre los subproductos de azufre de la desulfurizacion de gas natural y el proceso metalrgico han sido gobernados por presiones econmicas impuestas por la legislacin antipolucin.Originalmente ellos eran eliminados como residuos, pero su recuperacin se puso econmicamente significante despus de los 1860. Otros catalizadores, como el platino finamente dividido, tambin son eficaces. El platino puede usarse para producir el "oleum" (H2SO4que contiene exceso de SO3, en la demanda para la produccin de productos qumicos orgnicos sintticos desde 1870) qu no puede hacerse por el proceso de la cmara primaria. Los dos todava estn en el uso, el proceso cataltico oproceso de contactoes probablemente ahora ms comn.El cido sulfrico en la forma concentrada es un reactivo comn del laboratorio. El cido sulfrico de calidad grado-reactivo es un lquido aceitoso descolorido; es aproximadamente 94% H2SO4, el resto es el agua. Tiene una densidad de 1.83 kg/L que corresponden a una solucin acuosa de 17.6 H2SO4molar. El cido sulfrico concentrado tiene una afinidad muy fuerte por el agua y reacciona para deshidratar rpidamente y atacar la carne y la ropa, de tal manera que debe manejarse con cuidado. Hay un calor grande de reaccin para la reaccin entre el cido sulfrico concentrado y agua el cual es suficiente para hervir una cantidad pequea de agua agregada al cido sulfrico concentrado, arrojando el cido del recipiente.Cuando sedeben mezclar cido sulfrico y agua, es mucho ms seguro agregar el cido al agua en lugar del agua al cido. Aun as, esta dilucin debe hacerse con cuidado.La mayora del cido sulfrico producido en Amrica del Norte, aproximadamente 70%, se usa en la fabricacin de fertilizantes. La recuperacin de metales, refinacin de petrleo, y manufactura qumica consumen cada uno el5%; el restante 15% tiene muchos usos ms pequeos.1.2.2cido ClorhdricoEl cido clorhdrico es gaseoso HCl o sus soluciones acuosas, ya que el HCl es altamente soluble en agua. Se disocia en H3O+(aq) y Cl(aq) virtualmente completamentey es uno de los cidos fuertes comunes. El cloruro de hidrgeno gas puede ser preparado fcilmente a partir de sal comn y cido sulfrico, las reacciones son:NaCl(c) + H2SO4(l) ------NaHSO4(c) + HCl(g)y2NaCl(c) + H2SO4(l) ------Na2SO4(c) + 2HCl(g)Ambas reacciones son usadas industrialmente, la reaccin para NaHSO4es predominantemente a 150oC mientras que la reaccin para Na2SO4es predominantemente a 550oC. El proceso Leblanc, una primera fuente de HCl, ha sido ahora reemplazado por la produccin a partir de sal y cido sulfrico. Otros mtodos de produccin para HCl incluyen el quemado de cloro, producido por el proceso electroltico cloro lcali, en hidrgeno:H2(g) + Cl2(g) ------2HCl(g)Este proceso es particularmente muy usado debido a que el hidrgeno es producido en el mismo proceso cloro lcali que produce el cloro, as la reaccin de los dos gases provenientes de la misma celda rinde HCl sin subproductos. Un quemador de cloro usando esta reaccin da un producto de alta concentracin, y alta calidad. Sin embargo, la reaccin puede proceder explosivamente y as es necesario el manejo cuidadoso y apropiados dispositivos de seguridad.El cido clorhdrico concentrado comercial es normalmente el azetropo. El cido clorhdrico impuro a veces es amarillo y es conocido como el ms viejo, si no arcaico, nombre decido muritico, pero concentrado a grado-reactivo el cido clorhdrico es descolorido. Su densidad es 1.19 kg/L la cual corresponde a una solucin acuosa 12.4molar de HCl.

1.3LA INDUSTRIA QUMICA DEL NITRGENO Y EL FSFORO1.3.1Explosivos y FertilizantesExplosivos, fertilizantes, y fsforos todos constituyen un grupo esencialmente similar de productos basado en los elementos nitrgeno y fsforo. Los primeros explosivos conocidos por el mundo occidental datan de los tiempos medievales; la plvora y can fueron conocidos por 1350 DC. La plvora consiste en una mezcla de nitrato de potasio (salitre, KNO3), carbn de lea, y azufre en proporciones diferentes, las modernas proporciones son aproximadamente 7.5:1.5:1 en masa. El carbn de lea se obtuvo de madera, y se obtuvo el azufre de las reas volcnicas o mediante el calentamiento de piritas en ausencia de aire. El nitrato de potasio se obtuvo al principio de las eflorescencias de las cuevas pero despus de que se us en la plvora fue extrado de las tierras nitrogenadas de los establos, pocilgas, desvanes depaloma, y lugares similares. La fuente del nitrgeno es la excrecin de animales o pjaros que contienen nitrgeno en la forma de sales de amonio, urea, o cido rico. En la presencia de oxgeno atmosfrico, todos stos se oxidan lentamente a nitratos solubles. La separacin es mediante lixiviacin seguido por evaporacin; el tratamiento con sal, cal, y potasa ayud a separar fuera otras sales solubles. La tierranitrogenada sigui siendo la mayor fuente de nitratos para todos los propsitos hasta la explotacin de los yacimientos de nitrato de sodio en Chile (1700).La combinacin directa de nitrgeno atmosfrico e hidrgeno se puso primero en prctica con el desarrollo delprocesoHaberen 1914N2(g) + H2(g) -------2NH3(g)El proceso Haberusa un catalizador de xido de hierro-metal, las temperaturas de 400o-600oC, y presiones de 200-400 atm.El amonaco se disuelve rpidamente en el agua, y esta ventaja puede a menudo usarse para remover el amonaco de las corrientes de gas de proceso mediante lavado del gas. Las soluciones de amonaco en agua son dbilmente bsicas y, comoel amonaco de la casa , encontr uso en la limpieza domestica y desinfeccin. Se usan soluciones ms concentradas en el laboratorio qumico. Las soluciones de amonaco de grado-reactivo son descoloridas. Las soluciones concentradas usuales como reactivo de laboratorio son28% de NH3en masa; su densidad es 0.90 kg/L que corresponde a unasolucin acuosa de amoniaco 14.8 molar.El amonaco gas, llamado a vecesamonaco anhidro, y soluciones del amonaco tienen una caracterstica de fuerte olor irritante; la presin de vapor de amonaco sobre sus soluciones concentradas es alta. El calentamiento de soluciones de amonaco en recipientes cerrados pueden producir explosiones debido al aumento en la presin de vapor. El gas de amonaco es txico y sumamente irritante del sistema respiratorio, sobre todo los ojos. Las soluciones concentradas de amonacocausan quemaduras superficiales y el dao muy severo del ojo y deben manejarse con el cuidado.Amonaco o urea o cido rico excretados por los animales slo se convierten lentamente a nitrato por oxgeno atmosfrico. El comercialproceso Ostwaldpara la oxidacin del amonaco, sin embargo, se efecta sobre los 500oC enpresencia de un catalizador de platino. En ausencia del catalizador, se produce nitrgeno en lugar del monxido de nitrgeno.4NH3+ 5O2------4NO + 6H2OLos nitratos pueden ser manufacturados a partir de monxido de nitrgeno mediante oxidacin directa:2NO + O2------2NO22NO2+ H2O -------HNO3+ HNO23HNO2-------HNO3+ 2NO + H2OEl cido ntrico, igual que el cido clorhdrico,forma un azetropo; el azetropo de cido ntrico-agua contiene 68.4% HNO3y hierve a las 121.9oC. Este azetropo es la forma comercial normal de cido ntrico concentrado. El cidontrico concentrado de grado-reactivo esdescolorido. Su densidad es 1.41 kg/L que corresponde a una solucin acuosa 15.4 molar. Es sumamente corrosivo, reaccionando hacia nitrato la protena de carne humana y destruye las fibras naturales y sintticas de la ropa, y debe ser manejado yusado congran cuidadoEl cido ntrico puede prepararse por la reaccin de cido sulfrico con una sal de nitrato:H2SO4+ 2NaNO3------Na2SO4+ 2HNO3El proceso procede al calentar ligeramente ya sea Na2SO4o una mezcla de NaHSO4y Na2SO4. Muy poco de cido ntrico todava se prepara por este proceso, porque la fijacin de nitrgeno por el proceso Haber es mucho menos costoso.Uno de los compuestos industriales ms importantes de nitrgeno, el nitrato de amonio, se prepara por la reaccin de cido ntrico con el amonaco en una reaccin cido-base:HNO3(aq) + NH3(aq) ------NH4NO3(aq)El nitrato de amonio, usado ampliamente como un fertilizante, es tambinun poderoso explosivo. Una explosin de nitrato de amonio en 1923 mat a 600 personas en Oppau, Alemania. La detonacin de una carga de nitrato de amonio fue responsable para la demolicin del puerto de la Ciudad de Texas, con 492 muertes y $50 millones en prdidas en 1947. En estos casos el nitrato de amonio actu tanto como el agente oxidante y agente reductor en la reaccin explosiva de oxidacin-reduccin. Una mezcla de nitrato de amonio y una sustancia la cual puede ser oxidada tal como el petrleo tambin es un poderoso explosivo.1.3.2ExplosivosLos explosivos que no sean la plvora no tuvieron importancia industrial hasta antes de 1846, tiempo en el cual fue introducido elalgodn plvorao algodn explosivo (guncotton)por Schonbein y lanitroglicerinapor el qumico italiano Ascanio Sobrero. Estos dos explosivos son similares en su fabricacin, obtenindose del tratamiento del algodn y del glicerol con una mezcla de cidos ntrico y sulfrico concentrados. Los dos detonarn fcilmente an impuros, y la nitroglicerina es suficientemente sensible al golpe por lo que su uso no era comn hasta elqumico Alfred Nobel invent ladinamitade una mezcla de tierra-nitroglicerina en 1860. Los explosivos modernos para casi todos los propsitos se derivan del algodn plvora y lanitroglicerina.El cido ntrico concentrado, a menudo usado junto con el cido sulfrico concentrado, puede efectuar la nitracin de muchos compuestos orgnicos; en estos procesos, elgrupo nitro-NO2es adicionado a un tomo de carbn del compuesto orgnico,reemplazando un hidrgeno. La primera tal reaccin descubierta se us para la preparacin de nitrobenceno por Mitscherlich en 1834:C6H6(l) + HNO3---C6H5NO2(l) + H2OLos compuestos nitro orgnicos pueden serexplosivos poderosos y con mucha energa, combustibles, algo inseguros; el explosivo militartrinitrotolueno, ms comnmente conocido como "TNT", es un ejemplo. La nitracin de compuestos orgnicos es el primer paso comnen la sntesis industrial de la mayora de los compuestos orgnicos que contienen nitrgeno porque el gruponitro puede reducirse a otros grupos conteniendo-nitrgeno como las aminas.

1.4LA INDUSTRIA DE FERTILIZANTESLa qumica industrial del nitrgeno incluye a los explosivos y fertilizantes como las reas primarias. En lo que se refiere al tonelaje, por lejos el mayor uso de compuestos de nitrgeno est en la preparacin de fertilizantes. La aplicacin a la planta de mezclas de los principales elementos nutrientes nitrgeno, fsforo, y potasio en las formas solubles involucran las principales industrias de procesos qumicos para cada uno de ellos. Esta seccin da la informacin de fondo sobre la agricultura y prosigue con la qumica industrial de fsforo y potasio.TABLA1.2La extensin de agriculturarearearea

ContinentePoblacinRaznCultivadaArable w/o irrig.Potencial

(Mp, 1970)ha/p)(Mha 1970)(Mha 1970)(Mha 1970)

frica3450.48165705995

Asia 2 0650.23475625 1 100

Oceana201.0020123125

Europa4600.33150205245

USSR2450.94230325355

N. Amrica3200.75240535695

S. Amrica1900.43 80635715

-------------------------

Tierra 3 6250.375 1 360 3 155 4 230

Notas de la Tabla: datos adaptados de R. Revelle, Sci. Amer. 235, 164 (2000). Poblacin es dada en millones de personas (Mp). El rea potencialarablees tambin llamada el rea total cultivable. La razn, es la razn de tierra cultivable, en hectreas,a personas.En una escalahumana, el problema de comida es nuestra necesidad para un suministro continuando de una dieta suficiente y suficientemente variada para proporcionar la nutricin apropiada. El suministro de comida, la cual es denominada agricultura, es la produccin de plantas y animales que nosotros podemos comer. La produccin, almacenamiento, y distribucin de comida son por lejos la industria ms grande en la Tierra. Los datos agrcolas bsicos son dados en la tabla anterior.Toda la comida usada finalmente por el hombre viene de las plantas, las cualesfabrican los compuestos de carbono a partir del anhdrido carbnico atmosfrico por fotosntesis, cuya energa es proporcionada por la radiacin solar. Adems del anhdrido carbnico, el metabolismo de la planta involucra tambin oxgeno atmosfrico, pero esto no limita la actividad metablica de la planta, y bajo condiciones normales la disponibilidad de anhdrido carbnico es constante. De la energa solar que alcanza la superficie de la tierra, un 93% sale de la superficie en alguna forma (calor, evaporacin, reflexin, radiacin) y as esto no es aprovechable para el uso en la fotosntesis. La divisin del 7% utilizable en la fotosntesis depende en parte de la planta. En todos los casos, cerca del 2% es usado por la planta para la respiracin en el periodo de oscuridad, dejando 5% como la entrada neta de fotosntesis. En el caso de csped que no es comible por el hombre 4% de la entrada solar est en una forma que escomestible por la vaca y 1%, que no es comible, retorna al suelo. En el caso del maz, 2% de la entrada solar estn en la forma de grano comestible por el hombre (o vaca) y 3% est en una forma comestible por la vaca e incomible por el hombre; virtualmente nada de la planta es totalmente incomible.Las entradas ms necesarias y posiblemente limitantes para el metabolismo de la planta son la energa solar, el nitrgeno fijo o soluble, fsforo soluble, sales de potasio, y agua; cualquiera de todos estos nutrientes principales pueden limitar el crecimiento de la planta. Nutrientes menores que tambin pueden afectar el crecimiento de la planta, normalmente son proporcionados ms fcilmente por la tierra. Removiendo (cosecha) toda o parte de una plantaquita cantidades considerables de nitrgeno, fsforo, y potasio de la tierra las que deben reemplazarse si la cosecha es continua. Esta demanda para los nutrientes mayores se ha compensado en la historia por la aplicacin de residuos animales yhumanos a la tierra, y en los ms recientes tiempos se ha complementado con losfertilizantes qumicos.Debe notarse que el rendimiento continuo de comestible de cualquier rea de tierra debe disminuir inevitablemente si la tierra se siega continuamente y estos nutrientes no se reemplazan.Ninguna planta o animal pueden usar el nitrgeno atmosfrico directamente pero algunos organismos primitivos que no tienen ningn ncleo celular, elProkaryotes, tienen la habilidad de hacerlo; los Prokaryotes incluyen bacterias y las algas azul-verdes. En las algas azul-verdes, la fotosntesis y fijacin de nitrgeno atmosfrico ocurre en el mismo organismo, mientras en las bacterias esto no sucede. Algunas bacterias usan la energa de basuras orgnicas para fijar el nitrgeno atmosfrico; de importancia agrcola mayor son las legumbres, que son plantas que viven en simbiosis con las bacteriasRhizobia. Estas bacterias sintetizan el amonaco del nitrgeno atmosfrico e hidratos de carbono proporcionados por la planta, las cuales a su vez usan el nitrgeno fijado. Los rendimientos porhectrea de soyas y otras legumbres de la cosecha son comparativamente bajos, probablemente debido al desprendimiento significante de hidrato de carbono de la Rhizobia.Muchas plantas producen una proporcin alta decelulosa, un polmero de la glucosa delazcarque no es digerible por el hombre u otros mamferos. En los herbvoros, las bacterias presentes en el tracto digestivo puede romperla celulosa en molculas ms simples como cido actico, propinico, y butrico que pueden ser asimilados por el animal. Este proceso slo es parcialmente eficaz en los herbvorosno rumiantes como el caballo y totalmente ineficaz en carnvoros u omnvoro como el hombre pero es eficaz en losherbvoros rumiantescomo el ganado, ovejas, cabras, o ciervo. En estosrumiantes, existe un deposito de fermentacin bacteriana grande, el rumen, al principio del tracto digestivo donde la celulosa es rota; los productos de la ruptura sonentonces absorbidos a travs de virtualmente la longitud entera del tracto digestivo. Rumiantes, como otros herbvoros, convierten las plantasen la comida humana con una eficacia de 2 a 18% que depende del animal, comida de la planta, y los productos animales deseados. En la mayora de los casos, esto representa una ganancia neta de energa para el hombre, ya que la porcin de celulosa de la planta no podra consumirse de otra manera.Los fertilizantes son mezclas que se aplican a la tierra agrcola para restaurar los nutrientes quitados de la tierra por las plantas de la cosecha. Los principales elementos nutrientes quitados por las cosechas son el potasio, fsforo, y nitrgeno y los fertilizantes deben proporcionar stos en la forma soluble. Diferente a la aplicacin directa de basuras animales que contienen stos nutrientes, el desarrollo de fertilizantes empez despus de 1800. Los fertilizantes de fosfato fueron preparados por el tratamiento de huesos animales o (despus de 1840) la piedra de fosfato mineral con el cido sulfrico para hacer el fosfato soluble. El mismo principio todava est en uso hoy en da y es el proceso por el cual son manufacturados todos losfertilizantes de superfosfatos. Los fertilizantes comerciales normalmente son mezclas de superfosfato, nitrato, y potasio y su produccin es uno de los consumidores ms grandes de cido sulfrico.1.4.1cido Fosfrico y fosfatosEl fsforo es uno de los elementos ms esenciales para los organismos vivientes y la fuente industrial comn de fsforo, la roca de fosfatos, consiste en los crneos y huesos de organismos marinos acumulados. Estos depsitos se han explotado por ms de un siglo. Las primeras fuentesde fosfato tambin eran de origen biolgico y los desechos de las aves (guano), peces, y los huesos de animales y humanos. Los huesos y dientes humanos consisten principalmente enhydroxiapatita, Ca5(PO4)3OH, y los fosfatos del calcio insolubles como Ca3(PO4)2 y Ca5(PO4)3F.La roca de fosfato puede usarse para producir el cido fosfrico de dos maneras. La mayora del cido fosfrico (proceso hmedo del cido) se produce por la reaccin directa de roca de fosfato con el cido sulfrico:Ca3(PO4)2+ 3H2SO4------3CaSO4+ 2H3PO4Alternativamente, con menos cido, la reaccin procede slo asuperfosfato:Ca3(PO4)2+ 2H2SO4+ H2O -----Ca(H2PO4)2.H2O + 2CaSO4Elproceso hmedo del cido, el cual es el ms significante de los dos en Amrica del Norte, se usa para producir cido fosfrico para uso en los fertilizantes.El proceso ms viejo para la produccin de cido fosfrico (cido del horno) usa un horno elctrico a 1500 K. La roca de fosfato es reducida por el coque en presencia de arena (SiO2):Ca3(PO4)2+ 3SiO2+ 5C ---3CaSiO3+ 5CO(g) + P2(g)La molcula de P2gaseosa condensa a una forma de P4slida bajo enfriamiento. El fsforo se quema espontneamente en aire a oxido de fsforo(V), P4O10, lo cual a menudo se llama "penta oxido de fsforo" ya que su frmula emprica es P2O5.P4(s) + 5O2(g) ------P4O10(s)El penta oxido del fsforo formado se usa a menudo como un agente secante porque tiene una gran afinidad por el agua. La adicin de agua lleva as al cido fosfrico:P4O10(s) + 6H2O(l) ---4H3PO4(l)Los procesos usuales rinden 85% en masa de cido fosfrico, un lquido almibarado. El cido concentrado de calidad grado-reactivo usado en los laboratorios tiene esta composicin. Es descolorido, y tiene una densidad de 1.69 kg/L que corresponden a una solucin 14.7 molar de H3PO4. El tratamiento de cido fosfrico con las bases apropiadas puede rendircualquiersal de fosfato deseada.De lejos la mayora del cido fosfrico producida en Amrica del Norte, aproximadamente 85%, va a la produccin de fertilizantes, principalmente los fosfatos de amonio (60%) y el superfosfato triple (20%). Aproximadamente 5%, mezclado conmelazas, va en los alimentos de los animales,haciendo a la agricultura el mercado ms grande. Tambin se usan los fosfatos, aunque en una magnitud decreciente, en los detergentes. Los usos menores de cido fosfrico incluyen las bebidas suaves (cola, cerveza) y cido para limpiar los baos y para pulir el acero y aluminio.1.4.2Sales de potasioEl potasio se obtuvo en otros tiempos de la ceniza de madera, a menudo importada del Nuevo Mundo. En 1871, se quemaron encima de 4 millones de toneladas de madera exclusivamente para este propsito en Canad. Despus de 1870 se ha obtenido de los depsitos de mineral de KClcon el declive consecuente de produccin de la potasa de la ceniza de madera. Las cenizas de madera no son la mayor fuente comercial de potasa. El potasio se obtiene como el cloro de las salmueras o de los lechos de KCl slido (yacimiento de potasio) rezago de los mares antiguos. Mucho del suministro norteamericano de potasa se mina en Saskatchewan, Canad.La produccin de fertilizantes qumicos requiere cantidades significantes de energa y es un componente mayor de la industria qumica. La produccin de la cosecha se bajara drsticamente en su ausencia; muchas de las variedades modernas de cosechas como el maz, trigo, y arroz crecera comparativamente de manera pobre a menos que los nutrientes mayores fueran proporcionados ms generosamente que los dados por la naturaleza.1.5PROBLEMAS DE ESTUDIO1. El acetileno, C2H2, puede prepararse por la reaccin de carburo del calcio, CaC2, con el agua. Escriba la reaccin qumica balanceada para este proceso. Escriba la constante de equilibrio para este proceso. Compute el nmero de moles de acetileno a 273 K y una atmsfera de presin, que se obtendran por una tonelada mtrica (1000 kg) de carburo del calcio.

CAPITULOIIOBTENCIN DE SALES YDERIVADOS DEL SODIOUna sal es el producto de la neutralizacin de un cido por una base. Las sales son usualmente slidos inicos.Muchas sales de sodio son absolutamente necesarias para la industria. La mayor parte de ellas provienen directa o indirectamente de la sal comn en lo que respecta a su contenido de sodio. En cierto sentido, el sodio puede considerarse slo como un acarreador del anin ms activo, al cual el compuesto deba su importancia industrial. Por ejemplo, en el sulfuro de sodio, es la parte sulfuro la que tiene mayor importancia. En forma semejante, se es tambin el caso del tiosulfato y del silicato de sodio. La correspondiente sal de potasio podra utilizarse en la mayor parte de los casos; sin embargo, las sales de sodio pueden obtenerse en forma ms barata y con una pureza suficiente para cumplir con las demandas industriales.2.1CLORURO DE SODIO (NaCl)La industria de la sal es tan antigua como la humanidad. La sal ha sido siempre una parte esencial de la dieta humana. La sal es un producto vital, bsico para la vida, pero es tambin fuente de muchos de los productos qumicos que en la actualidad constituyen el sostn de nuestra compleja civilizacin industrial.2.1.1Propiedades del cloruro de sodioEl cloruro de sodio, NaCl, el cual tambin es conocido como sal comn, se encuentra en la naturaleza en cristales cbicos de roca de sal, es incoloro cuando esta puro, pero a menudo tie de amarillo, bronce, o a veces azul, por las impurezas.El cloruro de sodio es soluble en agua y muy poco soluble en etanol.El cloruro de sodio tiene una densidad relativa de2.17, su punto de fusin801oC y su punto de ebullicin es 1413oC.2.1.2UsosEl cloruro de sodio es usado industrialmente como punto de partida para un amplio rango de productos basados en sodio, como el hidrxido de sodio, el sulfato de sodio, el cido clorhdrico, los fosfatos de sodio, y el clorato y clorito de potasio y es la fuente de muchos otros compuestos a travs de sus derivados. Prcticamente todo el cloro producido en el mundo se manufactura por electrolisis del cloruro de sodio. La sal se emplea en la regeneracin de los ablandadores de agua de zeolita de sodio y tiene muchas aplicaciones en la fabricacin de productos qumicos orgnicos. Es conocido universalmente como un preservante y sazonador de alimentos.2.1.3ObtencinLa sal se obtiene de tres maneras diferentes, que son: por evaporacin solar del agua de los ocanos o a partir de las salmueras de los lagos salados; de las minas de sal, y de las salmueras de pozos. La pureza de la sal obtenida a partir de la evaporacin del agua salada es, por lo general, de ms del 99%. La sal extrada de las minas vara mucho en su composicin, lo que depende de la localidad, pero normalmente es de mas de 95%. Sin embargo alguna sal de roca se eleva hasta una pureza de 99.5%. la solucin que se obtiene de los pozos tiene a menudo una pureza de alrededor de 98%, lo que depende, en gran medida, de la pureza del agua inyectada en el pozo para disolver la sal del lecho rocoso.2.2SULFATO DE SODIO (Na2SO4)El sulfato de sodio crudo o torta de sal se obtiene tanto de fuentes naturales y de subproductos de manufactura del rayn, litio, cido clorhdrico y productos qumicos de cloro.Alrededor del 50% del sulfato de sodio consumido se usa para la manufactura de papel Kraft. La torta de sal despus de su reduccin a sulfuro de sodio o de su hidrlisis hasta un producto custico, acta como una ayuda en la digestin de la pulpa de madera y disuelve la lignina. Alrededor del 38% entra en la composicin de los detergentes domsticos, y lo restante tiene usos muy diversos como en el vidrio, alimentos concentrados, colorantes, textiles y medicinas.2.2.1ObtencinEl sulfato de sodio anhidro puro tiene cada vez ms demanda para la industria del papel kraft. Se hace por deshidratacin de lasal de Glauberen un horno rotatorio recubierto con rodillos, por cristalizacin de una solucin concentrada y caliente, o por enfriamiento y deshidratacin. La Fig. 2.1 muestra el proceso de obtencin de sulfato de sodio anhidro a partir de sal de Glauber de origen natural.Las salmueras naturales constituyen el 46% de la produccin de sulfato de sodio. Recientemente, la fuente de subproducto ms importante ha sido la manufactura de productos qumicos de cromo.Las reacciones involucradas en la produccin de la torta de sal a partir de cido sulfrico y sal, por el proceso Mannheimson:NaCl+H2SO4---------NaHSO4+HClNaHSO4+NaCl --------Na2SO4+HClOtro mtodo para obtener sulfato de sodio de alto grado, que se origin en Europa, es elproceso Hargreaves. La ecuacin para la reaccin es:4NaCl+2SO2+2H2O+O2--------2Na2SO4+4HClSal de Glauber. La sal de Glauber (Na2SO4.10H2O) se obtiene disolviendo la torta de sal en el licor madre, eliminando las impurezas, clarificando y cristalizando. Luego la solucin se trata con una pasta de cloruro de cal, seguida por leche de cal en cantidad suficiente para neutralizar la solucin. Se dejan asentar las impurezas precipitadas de hierro, magnesio y calcio, y la solucin clara se enva a los cristalizadores. El lodo precipitado se lava con agua, y el agua se utiliza como reemplazo para el proceso. Cuando la solucin se enfra a la temperatura ambiente,se recolectan los cristales y centrifugan.

Fig. 2.1Obtencin de Sulfato de sodio natural por el procedimiento de tres etapasNOTA: El 61% de la produccin se logra en los secadores de tambor, mientras que 29% se obtiene en los calentadores de calentamiento directo.2.3BISULFATO DE SODIO(NaHSO4)El bisulfato de sodio, tambinse conoce comotorta de nitrodebido a que anteriormente se obtena por el proceso obsoleto de hacer reaccionar nitrato de sodio, o nitro, con cido sulfrico:NaNO3+H2SO4--------NaHSO4+HNO3Tambin puede formarse cuando la sal se calienta moderadamente con cido sulfrico:NaCl+H2SO4--------NaHSO4+HCLSe trata de un material seco fcil de manejar que reacciona como cido sulfrico.Se emplea principalmente en la manufactura de limpiadores de tipo cido para tazas de excusado, y para limpieza industrial y lavado cido de metales. Entre los usos menos comunes estn los baos colorantes, el carbonizado de la lana y varios procesos qumicos.2.4BlSULFITO DE SODIO (NaHSO3)El bisulfito de sodio se utiliza en la industria en solucin o como slido. El slido esla forma anhidra y el reactivo puro tiene la frmula NaHSO3. El producto comercial consiste casi enteramente en Na2S2O5(pirosulfito de sodio), o metabisulfito de sodio, que es el derivado deshidratado de dos molculas de bisulfito de sodio. Las soluciones son fciles de embarcar, almacenar y manejar, en recipientes de acero inoxidable 316. ElKynary elcloruro de polivinilo(PVC) son tambin materiales de construccin adecuados con las limitaciones apropiadas en las temperaturas. Este compuesto se vende por lo general como una solucin al 38 o al 43%.Se usa principalmente como insumo en la manufactura de productos qumicos y farmacuticos, y en conservadores de alimentos. Otros usos son en el anticloro para pulpa, papel y textiles, en el tratamiento de agua y en el control de la contaminacin. Tambin se emplea en la industria del curtido como agente reductor de las soluciones de cromo, y en la manufactura de productos qumicos orgnicos y fotogrficos. En la industria textil se usa como agente blanqueador y como materia prima para la manufactura de hidrosulfito.Obtencin. El bisulfito de sodio se obtiene haciendo pasar bixido de azufre al 7 u 8% a travs de licores madre de algunos procesos previos que contienen en solucin pequeas cantidades de bisulfito de sodio, y en suspensin una cantidad considerable de carbonato de sodio. La reaccin que se lleva a cabo es:2NaHSO3+2Na2CO3+2H2O+4SO2---------6NaHSO3+2CO2El producto es obtenido en suspensin, que se separa de la solucin por centrifugacin.Otros derivados del sodio son:Sulfito de sodio:Na2SO3Hidrosulfito de sodio: Na2S2O4Sulfuro de sodio: Na2SHidrosulfuro de sodio: NaHSTiosulfato de sodio: Na2S2O3Nitrito de sodio: NaNO2Silicatos de sodio: Na2O.nSiO2(n = 23.2)Perxido de sodio: Na2O2Perborato de sodio: NaBO3Amida de sodio: NaNH2Cianuro y ferrocianuro de sodio: Na2NCNy NaCN

CAPITULOIIIOBTENCIN DE CARBONATOS3.1CARBONATOSUncarbonatoes un compuesto que contiene el ion CO32.Los carbonatos inorgnicos son compuestos inicos que combinan los cationes del metal con el ion carbonato.Existen varios carbonatos que son econmicamente importantes. Aqu solamente se dan unos pocos de ellos y sus usos (existen cientos):TABLA 3.1Apreciacin global de aplicacionesBicarbonato de SodioBicarbonato de AmonioBicarbonato de potasioCarbonato de potasio

AlimentosXXXX

FarmacuticosXX

Salud y bellezaXXX

Tratamiento de aguaX

Limpieza industrialXX

Control de la contaminacin del aireX

Cuero y textilesXX

Extinguidores de incendiosXX

Manufactura del vidrioX

InsumoXXXX

3.2CARBONATO DE SODIO(Na2CO3)El carbonato de sodio, tambin conocido comosoda ash, soda de lavado, o sal de soda, cido carbnico, sal disodio, carbonato disodio, soda calcinada, soda;es un compuesto blanco, cristalino soluble en agua (absorbe humedad del aire) pero insoluble en el alcohol. El carbonato sdico es fuertemente alcalino y como un polvo, es irritante a los ojos, nariz, y el tracto respiratorio superior.Forma una solucin acuosa fuertemente alcalina. El nombre industrial de carbonato de sodio anhidro essoda ash.El carbonato de sodio decahidratado es un compuesto cristalino, incoloro, transparente, llamado comercialmentesal de sodao soda de lavado.La ingestin puede producir corrosin del tracto gastrointestinal, vomito, diarrea, colapso circulatorio, y muerte. Cuando es usado en cosmticos puede causar salpullidos en el cuero cabelludo, frente, y la mano.3.2.1UsosLimpieza industrialComo blanqueador en la limpieza industrialMateria primaEl carbonato de sodio es usado en la industria qumica para sintetizar muchos compuestos de sodio diferentes, incluyendo el bicarbonato de sodio (bicarbonato de soda), silicato de sodio (usado en detergentes), tripolifosfato de sodio (base para detergentes), hidrxido de sodio (leja), cromato de sodio y dicromato de sodio (usado en el cromado), aluminato de sodio (usado en la refinacin del aluminio), y cianuro de sodio (para electro plateado). Uno de sus principales usos es en la manufactura del vidrio.3.2.2ObtencinEl carbonato de soda o soda "ash" es producido sintticamente usando el procesoSoda Amonio(Proceso Solvay) tratando el cloruro de sodio con el amonaco y anhdrido carbnico.Trona, un mineral que se encuentra en forma natural, tambin se usa como una fuente de carbonato de sodioEl carbonato de sodio de origen continental y tal vez hidrotermal (trona), se presenta en la superficie del salar de Salinas cercano a Arequipa y se disuelve en las aguas del lago que se forma en su lugar durante la poca de lluvias. En otros pases, como Estados Unidos (USA) los carbonatos de sodio disueltos, se concentran en los lagos en disecacin con desage inexistente o limitado ubicados en las reas ridas. Dichos lagos tienen las ms grandes reservas y la mayor produccin de trona en el mundo.El paralelismo entre los depsitos de trona de estos lagos y de salares peruanos es notorio. El rea donde se presentan los depsitos mencionados est cubierta por volcnicos cenozoicos. La trona est asociada con boratos. Los recipientes en los cuales se encuentra la trona tienen un desage limitado y se encuentran en reas ridas. No sera extrao que exista tambin el paralelismo en el potencial de trona. Es de gran inters determinar si la trona se encuentra, igualmente como los boratos en otros salares y lagos de la Franja con vulcanismo activoEl proceso Soda - AmoniacoLlamado tambinproceso Solvay, es un mtodo moderno de manufactura del carbonato de sodio industrial a partir de carbonato de amonio y cloruro de sodio. El proceso fue ideado y puesto en uso comercial primero porErnest Solvay, quien construyo una planta en 1865 en Couillet, Belgica, y fue mejorado en los 1870s por el qumico britnico - Aleman Ludwig Mond.Durante algunos aos despus de su introduccin, el proceso soda - amoniaco encontr dura competicin delproceso Leblancms viejo, pero prevaleci finalmente porque produce la soda ash ms barato.El proceso soda-amonio consiste en pasar dixido de carbono dentro de una solucin casi saturada de sal comn conteniendo amoniaco, se forma carbonato de amonio y este tiende a convertirse en bicarbonato de amonio (hidrgeno carbonato de amonio), el cual reacciona con cloruro de sodio para formar bicarbonato de sodio (hidrgeno carbonato de sodio) y cloruro de amonio. El bicarbonato de sodio es escasamente soluble en una solucin de cloruro de sodio o cloruro de amonio, y principalmente es separado como un slido el cual puede ser filtrado.El cloruro de amonio es calentado con oxido de calcio para regenerar el amoniaco para rehusarlo y cloruro de calcio.2NH3+H2O+CO2--------(NH4)2CO3(NH4)2CO3+H2O+CO2--------2NH4HCO3NaCl+NH4HCO3--------NaHCO3+NH4ClEl Bicarbonato de sodio es luego calentado para dar carbonato de sodio y dixido de carbono.2NaHCO3--------Na2CO3+CO2+H2OEn 1881 Ernest Solvay fue el primero en usar con xito este proceso.En1872 fue la primera vez que se us a gran escala.3.2.3Propiedades fsicas y qumicasApariencia: Polvo blanco cristalino.Olor: Ninguno.Estado fsico: SlidopH (Solucin 1% . w/v): 8.2Solubilidad en agua: 8.6 g/100 ml @ 20C.Densidad (g/cc): 62 lb/Ft3Peso molecular: 84.023.3BICARBONATO DE SODIO (NaHCO3)3.3.1UsosAlimentosGenerador de CO2:En la coccin de productos el bicarbonato de sodio es un agente que hace fermentar, lo cual causa que la masasuba y como resultado hacer bizcochos, pasteles, panqueques y galletas ms ligeros. El bicarbonato de sodio es un ingrediente integro de las levaduras en polvo. En las bebidas el bicarbonato de sodio es una ayuda del proceso de fabricacin y una fuente de anhdrido carbnico para la bebida efervescente fermentada y no fermentadas. En confitera el bicarbonato de sodio es un agente de expansin en el dulce fundido caliente. Se forman las burbujas qu deja una estructura celular cuando los dulces enfran. Tambin se usa en chocolatera.Control del olor: Puede usarse el bicarbonato de sodio como un tratamiento para el efluente de la planta para controlar el olor en la carne, peces y aves de corral. Cuando se extiende en el suelo de reas de trabajo puede proporcionar reduccin de olor y traccin bajo los pies para minimizar los riesgos para las personas que se mueven sobre en las reas que se hicieron resbaladizas por los residuos del proceso. La solubilidad de bicarbonato de sodio permite el fcil lavadodel suelo, al contrario de lassales, no daar metal u hormign.Productos farmacuticosGenerador de CO2:El bicarbonato de sodio es un agente efervescente que libera el anhdrido carbnico en solucin, en presencia de calor o la accin de un cido. Las burbujas de CO2actancomo un portador para dispersar y disolver la medicacin en algunas drogas y vitaminas.Amortiguador: Normalmente usado en los anticidos, el bicarbonato de sodio es el componente primario de fluido duodenal, el cual neutraliza los contenidos del estmago antes de que ellos entren en el tracto intestinal. Reacciona bien con las molculas de drogas cidas para formar las sales de sodio ms solubles.Salud y BellezaGenerador de CO2:Se usan las propiedades efervescentes del bicarbonato de sodio como un portador para los productos de limpieza en los limpiadores dentales y soluciones de lentes de contacto. En los productos para el bao la efervescencia ayuda al efecto limpiador y fraganciasAbrasivo: La habilidad limpiadora efervescente de bicarbonato de sodio se utiliza en los limpiadores de la dentadura postiza y sus propiedades abrasivas lo hacen apacible como un aditivo ideal para las pastas dentfricas.Desodorante: Neutralizando el olor que causa los cidos producidos por las bacterias, el bicarbonato de sodio virtualmente elimina los olores. Se usa ampliamente para este propsito en los desodorantes, productos para el bao y para el cuerpo.Tratamiento de aguaLos neutralizadores de bicarbonato de sodio en el agua de piscina de natacin actan contra los cambios en el pH. Proporcionando la alcalinidad en el agua, puede reducir la necesidad de ajustar frecuentemente el pH, puede limitar la formacin de cloro aminas indeseables se puede reducir la corrosin de las paredes de la piscina, calentador, bomba y adornos.En el tratamiento de residuos acuosos, elbicarbonato de sodio ayuda a mantener el pH y alcalinidad apropiado en los digestores. Su uso aumenta la compactacin del lodo, la alcalinidad, la produccin de gas de metano y reduce la demanda del oxgeno biolgico. El uso de bicarbonato de sodio en este proceso reduce los olores a sulfuro. Es no custico y seguro para el ambiente.La aplicacin de bicarbonato de sodio en el tratamiento de agua potable para beber es en dos vas. Se usa para controlar la lixiviacin (disolucin) del cobre y plomo, y mantener un nivel de alcalinidad apropiado que puede mejorar la actuacin de los floculantes como el alumbre y puede eliminar la necesidad de polmeros y oxidantes de metal ms costosos.Limpieza industrialNeutralizador/Alkali: El bicarbonato de sodio sirve como una fuente alcalina apacible, acta como un agente neutralizador, limpiador y pulidor en la produccin de compuestos de limpieza industriales como los detergentes y limpiadores de mano.En la industria de electrnica, se usa el bicarbonato de sodio como un agente de limpieza para los bordes de los circuitosy otras partes elctricas.Control de la contaminacin del aireNeutralizador: En la acidificacin de gas de chimenea, el bicarbonato de sodio es inyectado seco en los conductos de gas de loshornos e incineradores para neutralizar los gases cidos. Es uno de los colectores disponibles ms eficaces de dixido de azufrey cido clorhdrico. Por lo tanto el gas de chimenea sale limpio.Cuero y TextilNeutralizador: El bicarbonato de sodio ayuda a mantener el control preciso de la condicin de la piel y las soluciones de curtido. En los textiles, el bicarbonato de sodio disminuye el tiempo de lana y fibras de seda, y ayuda en el teido y estampado de los tejidos.Extintores de incendiosGenerador de CO2: El bicarbonato de sodio absorbe el calor y descompone para formarel anhdrido carbnico (sofocador de fuego), y libera radicales libres los cuales interrumpen el mecanismo de la combustin.Manufactura y procesos qumicosGenerador de CO2: El bicarbonato de sodio es una fuente del anhdrido carbnico en los procesos de manufactura de una variedad de qumicos industriales. Como agente de soplado en la fabricacin espuma de caucho y plstico, el bicarbonato de sodio es una fuente de CO2que causa que los productos hechos en moldes o por extrusin puedan extenderse en el estado deseado.Colector: Como un aditivo en los lodos de perforacin, el bicarbonato de sodio absorbe el oxido de calcio custico en los lodos de perforacin como un carbonato indemne, bajando el pH. Las sales de sodio restantes ayudan a mantener la viscosidad del barro y fuerza de gel.Desodorante: Altamente efectivo y barato, el bicarbonato de sodio absorbe humos mohosos y olores de cualquier animal domstico, cuando es rociado en un cuarto o sobre la alfombra y limpiado con aspiradora.Es el ingrediente activo en muchos productos deodorizadores comerciales de alfombra y algunos estabilizadores de residuos tambin contienen bicarbonato de sodio por sus propiedades de absorber el olor.Materia prima:es usado en la manufactura del vidrio, papel, rayn, jabones, y detergentes. Es la base principal para la manufactura de polvos de hornear.3.3.2ObtencinEl bicarbonato de sodio se puede obtener tanto por elproceso Amoniaco Sodao por elproceso patentado por elDr. Jerzy Krl-Bogomilski's, cuya patente se describa a continuacinMtodo propuesto por B. Borkowski y Jerzy Krl-BogomilskiActualmente se estudia un proceso ms barato, y menos contaminante Para fabricar tcnicamente bicarbonato de sodio NaHCO3puro; patentado por elDr. Jerzy Krl-Bogomilski's.Es posible producir los qumicos sin prdida o casi ningn desechado? Aqu se presenta la informacin sobre la patente 161858, para la produccin de bicarbonato de sodio NaHCO3(bicarbonato de soda, bicarbonato de sosa, carbonato de sodio hidrgeno). El mejor por limpio, de NH4HCO3cristalino y salmuera (NaCl). sta no es tecnologa industrial de desecho (contrariamente al Proceso Solvay).Mtodo de manufactura de tcnicamente bicarbonato de sodio puroPolish Patent, 161858, 2.03.1993, Patent App. P-277815, B. Borkowski, J. Krl-Bogomilski1.La patente 161858, concedida a B. Borkowski y Jerzy Krl-Bogomilski (los dueos), presenta un nuevo producto comercial de uso industrial posiblemente amplio. El producto es tcnicamente bicarbonato de sodio puro (bicarbonato de soda).2.Su fabricacin permite ahorrar costos, energa y agua, y disminuir substancialmente la cantidad de aguas desechadas.3.Este puede ser producido por la reaccin de carbonato de amonio hidrogeno cristalino (NH4HCO3) con salmuera para precipitar el bicarbonato de sodio:NH4HCO3+ NaCl--------NaHCO3+ NH4Cl4.Tambin puede producirlo por la reaccin de anhdrido carbnico y amonaco con la salmuera para precipitar el bicarbonato de sodio, como en el Proceso Solvay, el mtodo de produccin de sosa "ash":NH3+ CO2+ H2O + NaCl--------NaHCO3+ NH4Cl5.Un proceso importante es el lavado del producto crudo varias veces mediante una solucin acuosa diluida de carbonato sodio (Na2CO3), para quitar otras sales (NH4Cl). Durante el lavado, en un flujo de CO2, ocurren las dos reacciones siguientes las cuales previenen la contaminacin y prdida del carbonato de sodio hidrgeno:Na2CO3+ 2NH4Cl--------(NH4)2CO3+ 2NaClCO2+ H2O + Na2CO3--------2NaHCO36.El proceso final es el secado del producto a la temperatura que no debe exceder los 40oC en un flujo de CO2.7.Es conveniente no calcificar y como consecuencia re-precipitarlo de nuevo, para aumentar su rendimiento, y bajar el uso de agua y los costos totales.8.El bicarbonato de sodio as obtenido contiene de 95% a 98% de carbonato de sodio hidrgeno (NaHCO3), esto es satisfactorio para muchos usos industriales.9.Ya que el doble tiempo y consumo de energa de los procesos: se omite la calcificacin y el re-precipitacin subsiguiente del NaHCO3, el rendimiento del producto principal aumenta en 30%.El proceso patentado es fcil de realizar, y no requiere inversin adicional.

3.4CARBONATO DE POTASIO K2CO3El carbonato de potasio es uno de los compuestos inorgnicos ms importantes usado en la industria aunque es tan viejo como la historia grabada. El carbonato de potasio se lixivi de las cenizas en Pompeya y mezcladocon cal apagada para hacer jabn. El aumento en el uso de este lcali parangonaba el crecimiento de la civilizacin occidental. As, se consumi tanta madera en la produccin de carbonato de potasio que se amenazaron los bosques de Europa. Durante la Revolucin Francesa, la invencin de Le Blanc permiti sustituir el carbonato de sodio en una base general. El carbonato de potasio que se recuper de las cenizas fue el primer compuesto de potasio antes de los 1870. Durante estos tiempos tempranos, el hidrxido de potasio (KOH, potasa custica) se hacia del carbonato de potasio por reaccin con el hidrxido del calcio. Sin embargo, la recuperacin de cloruro de potasio en 1860 de " la sal de la basura en Strassfurt, y las minas de sal en Alemania cambiaron esta metodologa. Hoy el hidrxido de potasio se produce a travs de la electrlisis de salmuera de cloruro de potasio. Subsecuentemente, el KOH se carbonata con el anhdrido carbnico para formar el carbonato de potasio.3.4.1UsosDespus de haber contado con una ventana de aplicaciones relativamente restringida, el Carbonato de Potasio ha aparecido en los ltimos aos como una opcin ventajosa para un sin fin de procesos, entre los que podemos encontrar:AlimentosComo una ayuda del proceso, el carbonato de potasio se usa en el tratamiento para el cacao productor de chocolate y como agente secante para las pasas y alfalfa.Salud y BellezaEl carbonato de potasio se usa en la fabricacin de algunos perfumes y productos de tocador.Limpieza industrialAditivo: Utilizado como un lcali en los qumicos para el tratamiento de hervidores, jabones lquidos y limpiadores de metal.Fabricacin de vidrioEl carbonato de potasio se usa como una fuente de K2O para el bario lcali, para vidrios desilicato de plomo o estroncio para la fabricacin de tubos de televisores, productos de iluminacin, tubos, as como cristal ptico, y cristalera de laboratorio.La manufactura de vidrio de video consume el 44% de la produccin de carbonato de potasio, mientras el vidrio especial y cermicas usan 10%. La razn principal por la que relativamentecarbonato de potasio caro se usa en lugar de soda "ash" en aplicaciones de vidrio se debe a que es ms compatible con los xidos de plomo, bario y estroncio requeridos stos vidrios especiales poseen laspropiedades mejoradas de mayor resistividad elctrica, alto ndice de refraccin, mayor brillo o lustre, bajo punto de ablandamiento y un amplio rango de temperatura de trabajo. En adicin, el carbonato de potasio, permite mejorar la conducta de muchos colorantes en el vidrio.Manufactura y procesos qumicosAditivo: El carbonato de potasio se usa en la produccin de cermicas, sobre todo en aparatos de dixido de titanio para la industria. Tambin usado en las tintas y productos de teido de tejido y la produccin de qumicos fotogrficos.Fuente de potasio: Qumicos inorgnicos, sales de potasio de fosfatos, silicatos, permanganatos, persulfatos y cianuro de potasio.Absorbedor: Usado para la remocin de anhdrido carbnico y otros gases cidos de los procesos par tratar el gas natural y obtener amonaco, productos petroqumicos, hielos secos, y otros derivados de los gases de hidrocarburos.Una base ms prctica que sustenta el uso de carbonato de sodio anhidro es el desarrollo del reactor de lecho fluidizado. Este proceso permite la obtencin directa, en un solo paso de un material anhidro que no necesita la posterior purificacin.3.4.2ObtencinEl Carbonato de Potasio es manufacturado en un reactor de lecho fuidizado. Esto de un producto que es anhidro, hacindolo innecesario realizar cualquier proceso posterior para eliminar el agua de hidratacin. el Carbonato de Potasio obtenido es un material granular blanco, denso, libre de fluir que es fcil de manejar y guardar.

Fig. 3.2Proceso de obtencin de K2CO3El proceso empieza con el cloruro de potasio, usado como materia prima (obtenido de mina). A travs de una conversin electroltica de la sal de KCl, se produce hidrxido de potasio (la potasa custica, KOH), cloro (Cl2) e hidrgeno (H2). El hidrgeno es una fuente de combustible mientras el cloro tienenumerosas aplicaciones importantes y variadas. La potasa custica lquida y anhdrido carbnico son los nicos materiales crudos requeridos para producir carbonato de potasioEl carbonato de potasio seco puede disolverse fcilmente en agua para formar una solucin lquida. Tpicamente se recomienda una solucin al 47% (peso) con lo cual se tiene la concentracin ms alta con el punto de congelacin ms bajo (3F). Esto minimiza los problemas de manejo durante el tiempo ms fro.La ecuacin qumica para este proceso simplemente es:2 KCl + 2 H2O----------2 KOH + H2+ Cl22 KOH + CO2------------K2CO3+ H2OComo se ha notado, el carbonato de potasio, no puede hacerse por el proceso Solvay usado par el carbonato de sodio (Na2CO3)3.5BICARBONATO DE POTASIO (KHCO3)3.5.1UsosAlimentosGenerador de CO2:En productos cocidos con bajo sodio, se usa el bicarbonato de potasio comoagente fermentador con bajo sodio, reemplazando a los anlogos del sodio en las restricciones dietticas. Libera CO2cuando se combina los cidos para causar que suba la masa, haciendo bizcochos, pasteles, panqueques y galletas, ms ligerossin agregar el sodio a la mezcla. En las bebidas bajas en sodio, el bicarbonato de potasio es una fuente de anhdrido carbnico en la bebida efervescente. En confitera baja en sodio, el bicarbonato de potasio es un agente deexpansin en la mezcla caliente del dulce.Productos farmacuticosGenerador de CO2:El bicarbonato de potasio es un agente efervescente usado para dispersar y disolver la medicacin y proporcionar una fuente de potasio. Una mezcla de bicarbonato de potasio y cloruro de potasio con los cidos orgnicos puede usarse en un diurtico carbonatado. Tambin es una fuente de potasio.Salud y BellezaJabones y productos de tocadorCuero y TextilElaboracin de tintes y pigmentos para el cuero y tejidosExtintores de incendiosGenerador de CO2: El bicarbonato de potasio es usado en los extintores de incendios como " K prpura "para aplicaciones industriales dnde son posibles fuegos debido a grasas yqumicos.3.6CARBONATO DE AMONIO3.6.1UsosAlimentosGenerador de gas:En los productos cocidos, el bicarbonato del amonio es un qumico preferido que hace fermentar al agente por cocer bizcochos y galletas en los que se desea una textura abierta y porosa. La accin para hacer fermentares una ayuda especial para establecer el grano y estructura del producto as como aumentar elcobertor de masa. En las formulaciones de baja humedad no deja ningn residuo. En confitera, la accin alcalina del amonio ayuda a desarrollar el color el caracterstico color de los carameloscastao dorado.Salud y BellezaComo neutralizador, en algunos productos para el cuidado del cabello, el bicarbonato de amonio es usado como un neutralizador debido a sus propiedades adicionales como agente limpiadory ablandador.Cuero y TextilNeutralizador: El bicarbonato de amonio ayuda a mantener el control preciso de la condicin de la piel y la solucin de curtido para cueros finos que no pueden tolerar el ion de sodio en el bicarbonato de sodio. En los textiles, se usa el bicarbonato de amonio para disminuir el tiempo decurado de lana y fibras de seda y ayudar en el teido y estampado de tejidos.Manufactura y procesos qumicosAgente solubilizante: El bicarbonato de amonio es usado como una ayuda del proceso en la sntesis de algunos catalizadores y como agente de solubilizacin y reactante en los tratamientos de preservacin de madera.3.7EJERCICIOS1.Hacer una descripcin delproceso Leblanc.2.Hacer un listado de las reacciones posibles que conduzcan a la obtencin de carbonato de sodio y evaluarlas tcnicamente para poder llevarlas a escala industrial.3.Preparar el diagrama de flujo delproceso Solvaypara la manufactura de carbonato de sodio4.Preparar el diagrama de flujo del proceso para la manufactura de carbonato de sodio a partir del mineral trona.5.Hacer un listado de las reacciones posibles que conduzcan a la obtencin de Bicarbonato de sodio y evaluarlas tcnicamente para poder llevarlas a escala industrial.6.Preparar el diagrama de flujo delproceso Solvaypara la manufactura de Bicarbonato de sodio7.Preparar el diagrama de flujo del proceso propuestopor B. Borkowski y Jerzy Krl-Bogomilskiproceso Solvaypara la manufactura de bicarbonato de sodio

CAPITULOIVOBTENCIN DE HIDRXIDODE SODIO Y CLORO4.1HIDRXIDO DE SODIO (NaOH) Y CLORO (Cl2)La produccin de hidrxido de sodio (sosa o soda custica) y de cloro es una de las Industrias qumicasms importantes. Estos productos qumicos estn colocados cerca del cido sulfrico y del amoniaco en magnitud de valor de uso, en dlares. Las aplicaciones son tan diversas que es casi imposible vender un producto de consumo que no dependa en alguna etapa de su manufactura del cloro y de los lcalis. Los dos productos se venden casi enteramente a la industria para la produccin de detergentes, fibras y plsticos, vidrio, productos petroqumicos, pulpa y papel, fertilizantes, explosivos, disolventes y otros productos qumicos.En base a masa producida, el cloro e hidrxido de sodio estn entre los principales productos producidos por la industria qumica deU. S. En el 2000 se han producido 12.01 billones de kilogramos de cloro y 10.99 billones de kilogramos de hidrxido de sodio. Estos dos productos se presentan juntos aqu, porque industrialmente son producidos simultneamente por el mismo proceso, la electrolisis de salmuera (solucin acuosa de NaCl).

La produccin electroltica del hidrxido de sodio ya era conocida en el siglo XVIII, pero no fue sino hasta 1890 que fue realmente producido en esta forma para consumo industrial. Hastaun poco antes de la PrimeraGuerra Mundial, la cantidadde hidrxido de sodio como un coproducto del cloro obtenido por el proceso electroltico era casi despreciable comparada con lo que se produca a partir del carbonato de sodio por caustificacin con cal. Sin embargo, en 1940 el hidrxido de sodio electroltico comenz a exceder al de cal-carbonato, y en 1962 este ltimo haba desaparecido casi por completo.La primera patente relacionada con un uso industrial del cloro data de 1799 (un cuarto de siglo despus de su descubrimiento) y era para blanqueado. El cloro se haca a partir del cido clorhdrico por el proceso Deacon, que no tiene un equilibrio satisfactorio: Tambin se utilizaba el proceso Weldon, que consista en la oxidacinde HCl por el bixido de manganeso, de precio elevado.El desarrollo de equipos de alta capacidad para la generacin de corriente elctrica directa, hacia fines del siglo XIX, hizo obsoleto al proceso de caustificacin y a mediados del siglo actual, ms del99% del cloro mundial se produca por el proceso electroltico.Debido a que la relacin entre elNaOH y el Cl2manufacturados est fijada por sus proporciones en el NaCl, constantemente existe un difcil problema de mercadotecnia. Actualmente, el hidrxido de sodio tiene gran demanda y se espera que siga as, pero durante la ltima dcada la demanda del cloro excedi con frecuencia a la oferta. Los problemas para almacenar el cloro y los costos del almacenamiento o de la disposicin de un exceso de hidrxido de sodio han hecho, con frecuencia, que los mercados sean muy poco estables.4.2HIDROXIDO DE SODIOEl hidrxido de sodioen forma pura es un slido blanco quebradizo que fcilmente absorbe humedad y bixido de carbono del aire,con un punto fusin de 3l8 C. Es muy soluble en el agua. Una solucin saturada es 18M en NaOH a 20 C. Las soluciones de hidrxido de sodio son muy corrosivas a la piel y otra materia orgnica. De aqu, su nombre comercial es el desoda (o sosa) custica, se vende segn su contenido de Na2Oy usualmente ste es de ms o menos76% de Na2O, equivale a 98% de NaOH. Los mayores usos industriales del hidrxido de sodio estn en la fabricacin de qumicos (60%), en la industria del papel (20%), en la produccin de aluminio (5%), y en la fabricacin de jabones y detergentes (5%).La industria del papel usa los efectos custicos del hidrxido de sodio en los materiales orgnicos. El hidrxido de sodio agota la lignina en la madera. La lignina es una sustancia que une las fibras de celulosa en la madera. Cuando se remueve la lignina, las fibras de celulosa liberadas pueden transformarse en el papel. Los efectos aglomerantes del hidrxido de sodio en los materiales orgnicos son el principio de loslimpiadores de desage los cuales generalmente son una solucin acuosa concentrada de hidrxido de sodio.El hidrxido de sodio hidroliza la unin del ester en las grasas y aceites para producir elglicerol(HOCH2-CHOH-CH2OH) y sales de sodio de cidos carboxlicos que contienen cadenas largas de tomos del carbono (por ejemplo, cido esterico, CH3(CH2)16COOH). Estas sales son jabones. Las sales similares de cidos sintticos que contienen cadenas largas de tomos del carbono son los detergentes.4.3CLOROA la temperatura del ambiente, el cloro es un gas amarillo-verde. Condensa alquido a -34 C y congela a slido a-101 C. Tiene olor penetrante,irritante, y es custico a las membranas mucosas como los ojos y pulmones. El cloro es ligeramente soluble en el agua,una solucin acuosa saturada contiene 0.062M Cl2, 0.030Mcido hipocloroso (HOCl), y 0.030M iones cloruro.Cl2(aq)--------HOCl(aq) + H+(aq) + Cl(aq)Tratando esta solucin con un hidrxido, como NaOH o Ca(OH)2, produce una solucin que contieneionhipoclorito.Cl2(aq) + 2 OH(aq)--------OCl(aq) + Cl(aq) + H2O(l)El hipoclorito de sodio es el ingrediente activo deblanqueador de lavado de "cloro", y el hipoclorito del calcio se usa como un desinfectante en las piscinas de natacin.El cloro, que originalmente se empleaba casi por entero como blanqueador, ha aumentado su importancia en forma sumamente rpida. Esto se debe en gran parte a su utilizacin en la sntesisde productosqumicos orgnicos en muchos de los cuales no aparece en el producto final, aunque si est presente en los pasos intermedios.Entre los usos metalrgicos se incluyen no solo el beneficio de los minerales y las fusiones, sino tambin la extraccin de Cu, Pb, Ni, Au y Pt. Entre los productos final se incluyen artculos como ropa, joyera, pinturas, alimentos, papel, neumticos, juguetes.Aproximadamente20% del cloro producido se usa industrialmente en la fabricacin de plsticos tratados con cloro (principalmente elcloruro del polivinilo). Otro 15% se usa en la produccin de solventes (como eltetracloruro de carbono), 5% en la fabricacin de papel, 5% en el tratamiento de agua, y el resto en la produccin de una variedad de otros derivados qumicos.El cloro gaseoso reacciona con los hidrocarburos para formar los hidrocarburos clorados. El cloro reemplazar los tomos de hidrgeno en el metano, CH4, secuencialmente produciendo el cloro metano, CH3Cl, cloruro de metileno, CH2Cl2, cloroformo, CHCl3, y tetracloruro de carbono, CCl4. Los ltimos tres de estos productos son los solventes importantes en la industria qumica. Otro hidrocarburoimportante tratado con cloro es el cloruro de vinilo, CH2=CHCl. aproximadamente 10 billones de libras de esta sustancia son manufacturados cada ao, para ser convertido en el cloruro del polivinilo, CH2-CHCln. El cloruro de polivinilo se usa extensamente para producir tuberas y accesorios, artculos impermeables, cortinas de ducha, cintas magnetofnicas, pisos, y el aislamiento del alambre elctrico.El cloro reacciona (explosivamente, bajo ciertas condiciones) con el hidrgeno para producir el cloruro de hidrgeno, HCl. Cl2(g) + H2(g)--------2 HCl(g)El cloruro de hidrgeno es extremadamente soluble enagua,formando una solucin llamada cido clorhdrico. Una solucin saturada a25C es 12M en HCl. Cuando se disuelve en agua, el HCl ioniza completamente, formando H+ y iones de Cl en la solucin.4.4PRODUCCIN DE HIDROXIDO DE SODIO (NaOH) Y CLORO (Cl2)El Cloro y elhidrxido de sodiose producen, casi totalmente, por la electrlisis de soluciones acuosas de cloruros de metales alcalinos, o a partir de cloruros fundidos. La electrlisis de salmueras produce cloro en el nodo, e hidrgeno, junto con el hidrxido alcalino, en el ctodo. Si el cloro y el hidrxido alcalino son los productos finales, el diseo de la celda debe ser tal que impida que se mezclen. Se han inventado muchos diseos ingeniosos para celdas prcticas. En la actualidad, tres tipos dominan la industria, las celdas de diafragma, la celda de membrana, y la celda de mercurio. Hay muchas variantes de cada tipo.Durante la electrolisis, el cloro es formado en el nodo, y los iones hidrgeno e hidrxido son formados en el ctodo.Reaccin en el nodo:2 Cl------------Cl2+ 2 eReaccin en el ctodo:2 H2O + 2 e------------H2+ 2 OHDebido a que elCl2formado en el nodo y el H2formado en el ctodo puede reaccionar explosivamente entre s, ellos deben mantenerse lejos uno del otro. Adems, los iones del hidrxidoformados en el ctodo pueden reaccionar con cualquier cloro permanezca disuelto en la salmuera. Para mantener los productos formados en los electrodos lejos uno del otro, se coloca un diafragma poroso entre los dos electrodos en el aparato de la electrlisis.En la electrlisis de salmuera, el agua es reducida en el ctodo. Esto ocurre porque el agua es ms fcilmente reducida que los iones de sodio. Esto se refleja en sus potenciales de reduccin normales,2.71 voltios para Na+ contra0.83 voltio para el agua. En el nodo dnde la oxidacin ocurre, la situacin no est bastante clara. El potencial normal de oxidacin del agua es1.23 voltios, mientras que para los iones de cloro es1.36 voltios. Esto significa que el agua se oxida ms fcilmente que los iones del cloruro. A pesar de esto,los iones del cloruro se oxidan en el nodo, no el agua. La reaccin que ocurre no es la que podra ser predecida considerando slo los potenciales de oxidacin normales, porque los potenciales normales del electrodo reflejan condiciones de equilibrio, cuando ninguna corriente est fluyendo. Cuando la corriente empieza a fluir, la distribucin de iones alrededor de los electrodos cambia, y los potenciales de equilibrio del electrodo ya no se aplican con precisin. Predicciones de reacciones del electrodo basadas en los potenciales normales del electrodo sern usualmente correctas. Sin embargo, en la electrlisis de cloruro de sodio acuoso, el sobrevoltaje para la oxidacin de agua es bastante grande para hacerlo ms difcil de oxidar que los iones del cloruro. (El sobrevoltaje grande para la oxidacin de agua tambin permite recargar las bateras de almacenamiento. Si no fuera por este sobrevoltaje grande, la corriente de carga podra oxidar el agua a oxgeno gas en lugar de PbSO4a PbO2.)Solucin comercial 50% (en peso) de hidrxido de sodio se obtiene concentrando la forma electroltica obtenida de los aparatos de electrlisis de salmuera. La solucin se concentra calentndolo para sacar el agua por ebullicin. Puede obtenerse el hidrxido de sodio slido de la solucin si todo el agua es removida.Elcloro gas e hidrgeno gas son recogidos separadamente y conducidos por tuberas fuera del aparato de electrlisis. El cloro es seco, comprimido, y licuado para enviar y almacenamiento. Aunque el hidrgeno puede comprimirse y puede guardarse en los cilindros, el valor comercial del hidrgeno no es suficiente para garantizar esto. El hidrgeno normalmente se quema en la planta de electrlisis para proporcionar la energa trmica para evaporar el agua de la solucin de hidrxido de sodio.ALKALI-CHLORINE PROCESSESElectrolysis of alkalihalides is the basis of the alkali-chlorine and chlorate industries. Chlorine, Cl2, and caustic soda, NaOH (or caustic potash, KOH), are made by electrolysis of brine, a solution of sodium chloride, NaCl, in water. This is represented by reaction(1).(1)

Two processes are use to prevent the products from the diaphragm cell and the mercury cell. In the diaphragm cell process (Fig. 3) an asbestos diaphragm is interposed between a graphite anode and an iron screen cathode. Saturated purified brine fed around the anode passes through the diaphragm to the cathode. Chlorine is formed at the anode. Hydrogen is released at the cathode, leaving NaOH as a 10-15% solution and 10-15% residual NaCL crystallizes out and is recycled. The decomposition voltage of brine to form chlorine and hydrogen is 2.3 V. At 0.75 A/in.2(11.6 A/dm2) the average voltage components of a diaphragm cell are asfollows:Fig. 3Diagram of diaphragm cell for chlorine and caustic soda. A = graphite anode, B = iron screen cathode, C = asbestos diaphragm, D = anode compartment for brine and chlorine, E = cathode compartment for NaOH-NaCl cell liquor, F = brine inlet, G = chlorine outlet, H = cell liquor (caustic soda) outlet, I = hydrogen outlet.

Anode potential1.50 V

Cathode potential1.25

Anolyte0.47

Diaphram0.30

Conductors0.18

Total3.70 V

The current efficiency is 95.5-95.5%, due to some oxygen discharge at the anode and some chlorine being carried through the diaphragm. An installation is pictured inFig. 4.Fig. 4Photograph of an installation of diaphragm alkali-chlorine cells. (Hooker Chemical Corp.)

In the mercury cell process brine is electrolyzed between graphite anodes and a flowing mercury cathode, forming a dilute (0.2-0.4%) sodium amalgam which is decomposed in another compartment by water in contact with graphite surfaces to form H2and NaOH (Figs. 5(-7). The products of the mercury cell are purer than those of the diaphragm cell. To offset the cost of mercury, a much higher current density is used in mercury cells. Typical components of voltage in a mercury cell at 5.12 A/in.2(80 A/dm2) are asfollows:Fig. 5Diagram of a mercury alkali-chlorine cell. A = electrolyzer, B = decomposer with graphite packing, C = mercury pump, D = feed brine, E = spent brine, F = water,G = 50% caustic soda, H = hydrogen, I = chlorine.

Fig. 6Longitudinal section of Olin Mathieson E-11 mercury cell. A = dilute caustic outlet, B = brine inlet, C = mercury return, D = anode, E = brine-chlorine outlet, F = outlet end box vent, G = water inlet, H = graphite packing, I = caustic outlet, J = mercury pump, K = mercury pump sump, L = anode support bus, M = lifting screws, N = hydrogen outlet, O = anode seal. (Olin Mathieson Chemical Corp.)

Fig. 7Chlor-alkali mercury cell; 300,000-A capacity. (Olin Mathieson)

Anode potential, reversible1.34 V

Cathode potential, reversible1.76

Decomposition voltage3.10 V

Anode polarization0.35

Cathode polarization0.06

Electrolyte0.60

Conductors and contacts0.29

Total cell voltage4.40 V

Economic factors dictate the use of higher current densities, equal to or exceeding 6.5 amperes/in.2(100 A/dm2). Cell voltage at these higher current densities can be calculated for good cell designs on the market from the equation:V= 3.20 + 0.015C, whereCis the cathode current density in amperes per square decimeter. The current efficiency is &Nohy;approximately 95%. Inefficiency reactions are demonstrated in reactions(2)through345(6). Adverse conditions can increase these inefficiencies.(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Two factors have been important in the development of chlorine technology: (1) The Nafion diaphragm of the synthetic resin type replacing the deposited asbestos diaphragm. (2) The dimensionally stable anode replacing the graphite anode. The dimensionally stable anode is a titanium substrate with a platinum-group coating of metals and oxides. Its use eliminates the continuously necessary voltage increase or anode-cathode spacing adustment needed because of graphite-anode wear.In addition, there has been a swing away from mercury cells because of widespread publicity of so-called mercury poisoning by mercury discharges. These discharges have been reduced by better hydrogen cooling and recycle of metal dross, cutting mercury losses as well as permitting better "housekeeping."Sodium hypochlorite is formed when the products of the electrolysis of brine are mixed. Electrolytic cells have been built for this purpose, but have limited or special use, such as for sterilization of swimming pools and algae control in power plant condensers. Sodium hypochlorite is usually made chemically.Sodium chlorate is made in cells with graphite or lead peroxide anodes and steel cathodes. When mixing is encouraged, changes take place according to reactions(7)through8(9). The overall reaction is(7)

(8)

(9)

(10)

(10). The temperature is kept below 40C (104F) in cells using graphite anodes to prevent excessive attack. The optimum efficiency is at pH 6.8; hydrochloric acid is added as required. Sodium dichromate prevents reduction of chlorate at the steel cathode. The conversion