Química Nova - Thermal Decomposition of Sodium Bicarbonate_ From Solvay Process to an Ellingham...

25/11/2014 QumicaNovaThermaldecompositionofsodiumbicarbonate:fromSolvayprocesstoanEllinghamtypediagram

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QumicaNovaPrintversionISSN01004042

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

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

EDUCAO

DecomposiotrmicadobicarbonatodesdiodoprocessoSolvayaodiagramatipoEllingham

ThermaldecompositionofsodiumbicarbonatefromSolvayprocesstoanEllinghamtypediagram

AlessandradeSouzaMaiaViktoriaKlaraLakatosOsorio*

InstitutodeQumica,UniversidadedeSoPaulo,CP26077,05513970SoPauloSP

ABSTRACT

Adidacticexperimentbasedonthethermaldecompositionofsodiumbicarbonateusingareagentfoundinthemarketplaceisproposed.Thereactionproductsareidentifiedbyqualitativetestsandstoichiometriccalculations.Thethermalstabilityofcarbonatesandtheinfluenceoflatticeenergiesarediscussed,emphasizingperiodictrendsinthealkaliandalkalineearthfamilies.Theindustrialimportanceofthereactionisalsoexplored.

Keywords:sodiumbicarbonateEllinghamtypediagramsSolvayprocess.

INTRODUO

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

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



balanasemianaltica,pormosistemainvestigadocontinuouomesmo:bicarbonatodepotssio.

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

PARTEEXPERIMENTALEstudoquantitativodadecomposiotrmicadobicarbonatodesdio

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

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

Tampaseotubocomamesmarolhausadaanteriormenteepesaseoconjunto.

Identificaodafasegasosaformadanadecomposiotrmicadobicarbonatodesdio

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

Utilizandoumsistemafechado,conformerecomendadonostextosdidticosparaanlisequalitativadecarbonatos6,aquecesebicarbonatodesdioslidonumtubodeensaioerecolheseogsformadoemumasoluo0,2molL1dehidrxidodebrio.

Identificaodoprodutoslidodadecomposiotrmicadobicarbonatodesdio

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

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

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



Nesteponto,oestudoquantitativoefetuado,sebemconduzido,forneceosdadosdecisivosparaaformulaocorretadaequaodareao,comosegue:

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

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

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

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

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



slido,etc.Sofontesdeerrossistemticos,quevoafetaroresultadonumadadadireo,contrariamenteaoserrosaleatriosqueosalunoscostumammencionarvagamentenosseusrelatrios.

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

Energiasreticularesdosxidosmetlicos

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

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

Asestabilidadestrmicasdoscarbonatospodemserexplicadascombasenosvaloresrelativosdasenergiasreticulares.Usandoummodelosimplificado,oprocesso:

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

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

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

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



ficapatentequandoseconsideramoscarbonatosCdCO3ePbCO3quesedecompemacercade350oC,emboraCd2+ePb2+apresentemraiosinicossemelhantesaodoctionclcio18.

TeoriacidobasedeLuxFlood

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

EstateoriaseassemelhadeBrnsted,porm,aoinvsdoprton,aentidadetransferidaonionxido(O2

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

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

Aordemdecartercidobsicodealgunsxidosmostradaabaixo12:

Quantomaisafastadosestiveremdoisxidosnessasrie,maisestvelserocompostoformadoquandoosxidosreagirementresi12,conformeatestamosvaloresdevariaodeenergialivrepadro,fornecidosnaTabela3.

Osmetaisalcalinosformambasesmuitoforteseoxossaismuitoestveis10.Josxidosalcalinoterrosos,menosbsicos,formamoxossaismenosestveisaocalor,incluindoseaoscarbonatos15.

DiagramatipoEllingham

Adecomposiodeumcarbonatoalcalinoterroso,representadapelaEquao4:

umexemplocomum,noslivrostexto,dereaoquetendeaocorrernumsentidoounooutro,dependendodatemperatura2629.

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

Naexpressodavariaodeenergialivredeumareao,aumadadatemperaturaepresso,otermoentrpicomultiplicadopelatemperaturaabsoluta:



Umcarbonatoestveltemperaturaambientepoder,portanto,sedecomporquandoaquecido,desdequeotermoTrSsobrepujeotermorH,emmdulo.

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

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

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

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



podeserencontradonaref.31.

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

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

FinalmentecabemencionarqueapartirdosvaloresdagrandezarGavriastemperaturas,paraosprocessosdasEquaes1e2,podesecalcularaconstantedeequilbriotermodinmicapadroeapressoparcialdogscarbnicoadiferentestemperaturas34,35.

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

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

ONaOHporsuavezsedestinavaprincipalmentefabricaodesabo42.



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

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

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

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

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

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

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

OCO2produzidonadecomposiotrmicadobicarbonatodesdio(Equao1)tambmpodeserreaproveitadonoprocesso.

Oresultadoglobaldetodasessasetapasareaoentreocalcrioeosal,resumidapelaEquao12,quetermodinamicamenteimpossveldeocorrernumasetapa5.

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

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

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



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

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

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

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

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

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

AGRADECIMENTOS



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

REFERNCIAS

1.Giesbrecht,E.,coord.ExperinciasdeQumica,Ed.Moderna/EDUSP:SoPaulo,1979.[Links]

2.Maia,A.deS.Osrio,V.K.L.Resumosda25ReunioAnualdaSociedadeBrasileiradeQumica,PoosdeCaldas,Brasil,2002.[Links]

3.Shreve,R.N.BrinkJr.,J.A.IndstriasdeProcessosQumicos,4ed.,Ed.Guanabara:RiodeJaneiro,1980,cap.13,p.185[Links]Selinger,B.ChemistryintheMarketplace,5thed.,HarcourtBrace&Co.:Sydney,1998,p.240.[Links]

4.deArajo,A.L.Neves,C.A.Ferreira,A.M.C.Araki,K.Quim.Nova1998,21,114.[Links]

5.RaynerCanham,G.DescriptiveInorganicChemistry,2aed.,W.H.FreemanandCo.:NewYork,2000,p.198.[Links]

6.Baccan,N.Godinho,O.E.S.Aleixo,L.M.Stein,E.IntroduoSemimicroanliseQualitativa,5ed.,Ed.Unicamp:Campinas,1994,p.229.[Links]

7.Ford,L.A.MagiaQumica,EditorialDiana:Mxico,1982,p.174.[Links]

8.Lee,J.D.QumicaInorgnicanotoconcisa,Ed.E.Blcher:SoPaulo,1999,p.400.[Links]

9.Cotton,F.A.Wilkinson,G.AdvancedInorganicChemistry,4aed.,JohnWiley&Sons:NewYork,1980,p.770[Links]Shakhashiri,B.Z.ChemicalDemonstrationsAHandbookforTeachersofChemistry,TheUniversityofWisconsinPress:Madison,1983,vol.1,p.283[Links]Kettle,S.F.A.PhysicalInorganicChemistry,OxfordUniversityPress:Oxford,1998,p.175[Links]Ibidemref.8,p.491.

10.Ibidemref.8,cap.9.

11.http://www.solvaybicar.com,acessadaemJulho2002.[Links]

12.Ibidemref.8,p.276.

13.Mingos,D.M.P.EssentialTrendsinInorganicChemistry,OxfordUniversityPress:Oxford,1998,p.69.[Links]

14.Mahan,B.M.Myers,R.J.Qumica,umcursouniversitrio,Ed.E.BlcherLtda.:SoPaulo,1993,p.379.[Links]

15.Ibidemref.8,cap.11.

16.Wilson,D.E.EssentialIdeasinInorganicChemistry,HodderandStoughton:London,1983,p.25.[Links]

17.Brown,G.I.IntroductiontoInorganicChemistry,2aed.,LongmanGroupLtd.:Essex,1985,p.160161.[Links]

18.Huheey,J.E.Keiter,E.A.Keiter,R.L.InorganicChemistryPrinciplesofStructureandReactivity,4thed.,HarperCollins:NewYork,1993,p.133.[Links]

19.Massey,A.G.MainGroupChemistry,EllisHorwood:NewYork,1990,p.130.[Links]

20.Flood,H.Frland,T.ActaChem.Scand.1947,1,592.[Links]

21.Lux,H.Z.Elektrochem.1939,45,303apudref.20.

22.Douglas,B.McDaniel,D.Alexander,J.ConceptsandModelsofInorganicChemistry,3rded.,JohnWiley&Sons:NewYork,1994,p.333.[Links]

23.Flood,H.Frland,T.Roald,B.ActaChem.Scand.1947,1,790[Links]Jensen,W.B.TheLewisAcidbaseConcepts,JohnWiley&Sons:NewYork,1980,p.54[Links]Chagas,A.P.Quim.Nova2000,23,126[Links]Koeller,S.L.Combes,R.L.Quim.Nova2002,25,226.[Links]

24.http://webbook.nist.gov,acessadaemJulho2002.[Links]

25.CRCHandbookofChemistryandPhysics,Weast,R.C.,ed.69thed.,CRCPress:BocaRaton,1988



1989.[Links]

26.Quagliano,J.V.Vallarino,L.M.Qumica,3ed.,Ed.GuanabaraDois:RiodeJaneiro,1979,p.382.[Links]

27.Kotz,J.C.Purcell,D.F.ChemistryandChemicalReactivity,SaundersCollegePubl.:FortWorth,1987,p.686.[Links]

28.Freemantle,M.ChemistryinAction,MacMillanEducationLtd.:London,1989,p.179.[Links]

29.Masterton,W.L.Slowinski,E.J.Stanitski,C.L.PrincpiosdeQumica,6ed.,LTCLivrosTcnicoseCientficosEd.:RiodeJaneiro,1990,cap.14.[Links]

30.Ellingham,H.J.T.J.Chem.Soc.Ind.Lond.1944,63,125apudref.8,p.97Dannatt,C.W.Ellingham,H.J.T.Disc.FaradaySoc.1948,4,126.[Links]

31.Rosenqvist,T.PrinciplesofExtractiveMetallurgy,McGrawHill:NewYork,1974,p.531.[Links]

32.Dasent,W.E.InorganicEnergetics,2aed.,CambridgeUniversityPress:Cambridge,1982,p.28[Links]Greenwood,N.N.Earnshaw,A.ChemistryoftheElements,PergamonPress:Oxford,1984,p.327[Links]Fergusson,J.E.InorganicChemistryandtheEarth,PergamonPress:Oxford,1985,p.83[Links]Shriver,D.F.Atkins,P.W.Langford,G.H.InorganicChemistry,OxfordUniversityPress:Oxford,1990,p.229[Links]Ibidemref.5,p.170Ibidemref.8,p.93.


34.Warn,J.R.W.ConciseChemicalThermodynamics,VanNostrandRheinholdCo.Ltd.:London,1988,cap.10.[Links]

35.Chagas,A.P.TermodinmicaQumica,Ed.Unicamp:Campinas,1999,cap.10.[Links]

36.Pimentel,G.C.Spratley,R.D.Qumica,umTratamentoModerno,Ed.E.Blcher/EDUSP:SoPaulo,1974,vol.1,p.299.[Links]

37.Rauh,F.EmKirkOthmerEncyclopediaofChemicalTechnologyKroschwitz,J.I.HoweGrant,M.,eds.4thed.,JohnWiley&Sons:NewYork,1991,vol.1,p.1025.[Links]

38.Koogan,A.Houaiss,A.EnciclopdiaeDicionrioIlustrado,EdiesDelta:RiodeJaneiro,1995.[Links]

39.Partington,J.R.QumicaGeneraleInorgnica,Ed.Dossat:Madrid,1950,p.378.[Links]

40.Oxtoby,D.W.Nachtrieb,N.H.Freeman,W.A.Chemistry,ScienceofChange,SaundersCollegePubl.:Philadelphia,1990,cap.24.[Links]

41.Hudson,J.TheHistoryofChemistry,MacMillan:London,1994,p.247[Links]Maar,J.H.PequenaHistriadaQumica,Ed.PapaLivros:Florianpolis,1999,p.681.[Links]

42.Hill,J.W.Petrucci,R.H.GeneralChemistry,Instructor'sEdition,PrenticeHall:NewJersey,1996,p.287.[Links]

43.deMoura,A.F.Quim.Nova2000,23,851.[Links]

44.Masterton,W.L.Slowinski,E.J.QumicaGeralSuperior,4ed.,Ed.InteramericanaLtda.:RiodeJaneiro,1978,p.400403.[Links]

45.Thieme,C.IndustrialInorganicChemicalsandProductsAnUllmanns'Encyclopedia,WileyVCH:Weinheim,1998,vol.5,p.4389.[Links]

46.http://www.solvayindupa.com.br,acessadaemJulho2002.[Links]

47.BensaudeVincent,B.Stengers,I.HistriadaQumica,InstitutoPiaget:Lisboa,1992,p.240[Links]http://www.solvay.com/overview/over3.htm,acessadaemJulho2002.[Links]

48.http://www.wallonieenligne.net/1995_Cent_Wallons/Solvay_Ernest.htm,acessadaemOutubro2002.[Links]

49.OCloro,publicaodoSetorlcalis,SolvayS.A.,semdata.[Links]

50.http://solvayins.ulb.ac.be/fixed/Reference2.html,acessadaemJulho2002[Links]Danon,J.Quim.Nova1978,1,16.[Links]




52.Ebbing,D.D.QumicaGeral,5aed.,LivrosTcnicoseCientficosEd.:RiodeJaneiro,1998,vol.II,p.349.[Links]


54.Glanville,J.Rau,E.J.Chem.Educ.1973,50,64[Links]Bchner,W.Schliebs,R.Winter,G.Bchel,K.H.IndustrialInorganicChemistry,VCHPublishers:NewYork,1989,p.219.[Links]

55.http://www.solvay.comhttp://www.sodaash.com,acessadasemJulho2002.[Links]

56.http://www.alcalis.com.br,acessadaemJunho2002.[Links]

57.AnuriodaIndstriaQumicaBrasileiraABIQUIM,SoPaulo,2000,ano27,p.277.[Links]

58.http://www.qgncarbonor.com.br,acessadaemOutubro2002.[Links]

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