UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARABACENTRO DE CINCIAS EXATAS E DA NATUREZA

DEPARTAMENTO DE QUIMICADISCIPLINA: FSICO-QUMICA IIALUNO: VADSON W. B. DE SOUSA

Mat.: 10611239PROFESSORA: CLUDIA BRAGA

SEMINRIO DE FISICO QUMICA II

Joo Pessoa, 7 de Agosto de 2009

ELETRLISE

DE

SALMOURA

1 - INTRODUO

Por definio, eletrlise o ramo da eletroqumica que caracteriza um processo no-espontneo de descarga de ons, baseado na converso de energia eltrica em energia qumica.

O termo se origina dos radicais eletro (eletricidade) e lisis (decomposio), ou seja, decomposio por eletricidade

O processo da eletrlise uma reao de oxirreduo, oposta quela que ocorre numa clula galvnica, sendo portanto, um fenmeno fsico-qumico no espontneo.

A esta uma soluo aquosa saturada de NaCl (sal) d-se o nome de Salmoura.

Como sabemos a gua pura no condutora de eletricidade, sendo portanto necessrio a adio de alguma substncia (neste caso o cloreto de sdio), de modo a obtermos uma soluo condutora (eletroltica), e ento apta a sofrer eletrlise.

2- FUNDAMENTAO TERICA

Na eletrlise, primeiramente ocorre a liberao dos ons na soluo, atravs da ionizao ou dissociao de uma espcie qumica.

Os ons que podem sofrer a eletrlise podem se originar tanto da espcie qumica dissolvida (NaCl) como da prpria gua (auto-ionizao).

Apenas uma espcie de on positivo ou negativo descarrega por vez, e essa prioridade definida atravs de um potencial, que todo on possui. Quanto maior o potencial maior ser a preferncia deste on em descarregar.

A auto-ionizao da gua fornece os ons H+ (H3O+) e OH-. 2 H2O => H2O + H+ + OH- => H3O+ + OH-

No caso dos ctions a ordem de prioridade de descarga a seguinte:

aumenta dificuldade de descarga ===>Au3+/Pt2+/Hg2+/Ag+/Cu2+/Ni2+/Cd2+/Pb2+/Fe2+/Zn2+/Mn2+/H

3O+/Al3+

Mg2+/Na+/Ca2+/Ba2+/K+/Li+ /Cs+

E a dissociao do NaCl fornece os ons Na+ e Cl-.NaCl(aq) => Na+ (aq) + Cl- (aq)

E os nions a prioridade :

aumenta dificuldade de descarga ===>nions no oxigenados(Cl-) e HSO4- / OH- / nions oxigenados e F-

Para a eletrlise da salmoura verifica-se que o H+ tem maior facilidade de descarga que o Na+ , que ocorre no CTODO.

2 H+ + 2 e- => H2

E o Cl1- descarrega no NODO mais facilmente que o OH1- .2 Cl- => Cl2 + 2 e-

Segue abaixo todas as reaes que ocorrem na eletrlise da salmoura - NaCl(aq).

* Nota-se pela reao global que a eletrlise do NaCl mtodo de obteno de H2, Cl2e de soda custica (NaOH).

3- PROCESSO INDUSTRIAL

Na eletrlise das salmouras, o cloro produzido no nodo e o hidrognio, juntamente com o hidrxido de sdio, no ctodo.

Inventaram-se industrialmente muitos modelos engenhosos de cuba eletroltica em virtude de ser necessrio manter separados os produtos do nodo e do ctodo. Todos os modelos, entretanto, so variedades do tipo a diafragma ou do tipo com eletrodo intermedirio de mercrio.

3.1- Processo em clula de diafragma

Purificao da salmoura

A salmoura aps um aquecimento prvio, adicionada a ela, ons OH- e CO32-, a quente, eliminando assim o clcio, o ferro e o magnsio, atravs das seguintes reaes de precipitao:

Neutralizao da salmoura

Aps a etapa anterior, a soluo de salmoura apresenta-se muito bsica, tornando-se necessrio neutraliz-la para a realizao da eletrlise.

NaOH + HCl NaCl + H2O

Ca2+ + CO32- CaCO3(s)Mg2+ + CO32- MgCO3(s)Fe3+ + CO32- Fe2(CO3)2(s)Fe3+ + OH- Fe(OH)3(s)Mg2+ + OH- Mg(OH)2(s)

Aquecimento da salmoura

A soluo aquecida a 65C para iniciar a eletrlise.

Eletrlise da salmoura na clula de diafragma

Usa-se um ctodo de ao (carbono), e um diafragma poroso, frequentemente feito de fibras de asbestos (amianto), que separa a rea do nodo com a do ctodo, para que a reao do NaOH com o Cl2 seja prevenida, evitandose a formao do hipoclorito de sdio.

A salmoura ento introduzida no compartimento do nodo e flui atravs do diafragma para o compartimento do ctodo.

Uma soda custica diluda deixa a clula.

Em virtude da eficincia das clulas eletrolticas (50%), metade do NaCl est na soluo diluda de soda custica, sendo necessrio concentrar a soluo de NaOH que est a 10-12% a 50%, para diminuir a solubilidade de NaCl na soluo e assim retornar este ao sistema.

Evaporao e filtrao do sal

Ento, a salmoura custica diluda que sai da cuba passa por uma bomba que une esta corrente com uma parte da corrente de soda concentrada, para assim facilitar o abaixamento da solubilidade do sal na soluo de soda.

Esta nova corrente formada dirige-se ao separador de sal

O sal precipitado no fundo do separador levado a um filtro lavador.

Do filtro sai o sal que ir retornar ao sistema e a soluo de NaOH que levada a corrente de alimentao do evaporador, sendo esta formada pela soluo que ficou em suspenso no separador de sal.

A outra parte da corrente que sai do evaporador, contendo a soluo concentrada de NaOH 50%, vai para um tanque de depsito de soda concentrada a 50%.

PRODUTO SODA CUSTICA

A soluo concentrada a 50% sai do tanque de depsito e dirigida a outras operaes unitrias, mediante a forma desejada do produto.

a) Soda custica lquidaDepois de resfriado, este licor dirige-se a um tanque de sedimentao, e aps

completa sedimentao, esta soda pode ser vendida como soda custica lquida, em carros-tanque ou em tambores.

b) Soda custica slida

Processo Simples

- A soda a 50% pode ser concentrada at 70-75% num evaporador de um estgio, usando vapor a 75-100 psi (5,10- 6,80 atm). Esta soluo muito concentrada deve ser operada em tubos com camisa de vapor para impedir sua solidificao, e atravs deles levada ao caldeiro de acabamento.- Estes caldeires so fechados especiais, em ferro fundido, a fogo direto. A temperatura final de 500-600oC e evapora-se toda a gua, exceto 1% ou menos. - O produto bombeado ento, para uma mquina de escamas, onde colocado em tambores para a venda.

Processo de alta qualidade

- A soda a 50% contm impurezas tais como o ferro coloidal, o NaCl e o NaClO3. Antes de esta ser concentrada, ela resfriada para que estes sais precipitem. - A soluo resultante, ento colocada em uma centrfuga, de onde so retirados os sais, obtendo assim uma soda mais pura. - Esta levada ao evaporador de efeito simples para ser concentrada a 70-75%, repetindo assim, a partir daqui, o processo simples de fabricao de soda.

b) Soda custica slida

Soda custica em prolas ou lentilhas

Soda custica em escamas

Soda custica microprolas

Soda custica lquida

PRODUTO CLORO O cloro quente que sai do anodo arrasta bastante vapor de gua, ento inicialmente resfriado para condensar a maioria do vapor. Depois seco numa torre a cido sulfrico. Saindo da torre este comprimido a 35psi (2,5 atm), e s vezes at 80psi (5,5 atm). O calor de compresso removido e o gs condensado. O cloro lquido estocado em pequenas bombonas, ou em cilindros de cermica. Resta sempre um resduo constitudo por uma mistura de cloro e ar, e este pode ser usado para a fabricao de derivados do cloro, orgnicos ou inorgnicos, especialmente de ps-alvejantes. Cloro da

eletrlise

PRODUTO HIDROGNIO

O hidrognio freqentemente transformado em outros compostos como o cido clordrico ou a amnia, ou empregado na hidrogenao de compostos orgnicos.

3.2- Processo em clula de mercrio (Castner-Kellner)

A salmoura concentrada levada a um tanque de distribuio, o qual a dirige para uma cuba a mercrio.

Na cuba a mercrio, a salmoura afluente parcialmente decomposta num compartimento denominado de eletrolisador, entre um anodo de grafita e um catodo mvel de mercrio.

A temperatura mdia da eletrlise cerca de 65oC. Forma-se cloro gasoso no anodo e o amlgama de sdio no catodo, conforme as reaes abaixo:

Reao Andica:2Cl-(aq) Cl2(aq) + 2Cl2(aq) Cl2(g)

Reao Catdica:2Na+(aq) + Hg +2 2Na(Hg)Reao Global:2NaCl(aq) + Hg Cl2(g) + 2Na(Hg)

Tambm deixa a clula de mercrio uma terceira corrente contendo salmoura e cloro, a qual ir se dirigir a um tanque de depsito, que estando preenchido dar seqncia ao processo, levando a soluo a um tanque de evaporao, onde sara gs cloro para as bombas de vcuo e a salmoura para o extrator.

No extrator retirado da salmoura o cloro e ar, e esta ir retornar a clula aps ser ressaturada com sal slido e puro.

O amlgama de sdio flui para um segundo compartimento, chamado de decomponedor, onde se torna o anodo de um catodo de ferro ou grafita, num eletrlito de soluo de NaOH.

Nesta clula, injeta-se gua purificada em contracorrente com o amlgama de sdio e forma-se o hidrognio, enquanto a concentrao da soluo de soda sobe para 40-50%.Quando a temperatura do meio mantida a 100oC possvel obter NaOH a 73%.

A sada dessa corrente de gua, retorna o mercrio a clula de mercrio.

Reao Andica: 2Na(Hg) 2Na+ + Hg + 2

Reao Catdica: 2H 2O +2 2OH- + H2(g)

Reao Global de decomposio: 2Na(Hg) + 2H2O 2NaOH(aq) + H2(g) + Hg

A soda que sai do decomponedor pode ser vendida como soda custica lquida, em carros-tanque ou em tambores.

O hidrognio gerado passa por uma torre de refrigerao e ento freqentemente transformado em outros compostos como o cido clordrico ou a amnia, ou empregado na hidrogenao de compostos orgnicos.

3.3- Utilidades no Processo

Vapor Nos aquecedores e evaporadores

Vapor

Eletricidade Na clula eletroltica

3.300KWh

Refrigerao Em condensadores, em cristalizadores, resfriadores.

gua de refrigera