Hidróxido de Sódio
Da indústria até as residências
Dados diversos sobre o hidróxido de sódio, matéria prima fundamental em diversas indústrias e a popular soda cáustica de uso doméstico.
1.Definição Geral
Hidróxido de sódio ou, popularmente, soda cáustica, é o composto químico de fórmula químicaNaOH. É uma base metálica (do metal alcalino sódio) cáustica.
2.Sinônimos, Nomenclatura, Classificações
O hidróxido de sódio é assim tratado mais tecnicamente e popularmente, inclusive no comércio técnico de grande escala, como soda cáustica.
3.Estrutura e Composição Química da Substância Pura
O hidróxido de sódio não apresenta-se como um sólido molecular, sendo um sólido completamente iônico, onde seus cátions sódio (Na+) e seus ânions hidróxido (OH-) ficam dispostos numa rede cristalina.
Disposição dos íons de sódio e hidróxido nos cristais de hidróxido de sódio (Wikipedia).
Tendo fórmula química NaOH, observa-se que o hidróxido de sódio é composto de sódio (Na), oxigênio (O)] e hidrogênio (H) nas seguintes proporções em unidades de massa atômica:
4.Propriedades Físicas
O hidróxido de sódio puro e seco apresenta-se como um sólido branco quebradiço, mas a menor absorção de umidade tranforma-se num sólido translúcido esbranquiçado.
Hidróxido de sódio em “pérolas ou lentilhas”, apresentação
muito comum para o NaOH de grau analítico (Wikipedia).
Hidróxido de sódio em “escamas”, a apresentação mais comum
para o NaOH de grau técnico (www.made-in-china.com).
Hidróxido de sódio em “micropérolas” (www.geil.hk).
Massa molar: 39,997 g/mol
Ponto de fusão: 323 °C (596 K)
Ponto de ebulição: 1388 °C (1661 K)
Densidade: 2,13 g/cm3
Solubilidade em água: 100±25 g/100mL
Reage de forma exotérmica com a água, com liberação de calor, pela sua elevada dissociação iônica.
Também dissolve-se em etanol e metanol, embora com menor solubilidade nestes solventes que o seu similar hidróxido de potássio. É insolúvel em éter etílico e em outros solventes não polares.
Δ H° de dissoluçao para soluções aquosas diluídas: -44,45 kJ / mol
Para soluções aquosas a 12,3 a 61,8°C, cristaliza-se na forma monohidrata, com um ponto de fusão 65,1 °C e densidade de 1,829 g/cm 3;
Δ H° de formação -734.96 kJ / mol;
Monohidrato de -28 to -24°C;
Heptahidrato de -24 to -17.7°C;
Pentahidrato de -17,7 to -5,4°C;
Tetrahidrato de (α- alterado), a -5 , 4 – 12,3°C
Também conhecida forma β-meta-estável, NaOH 4* H2O. A qual acima de 61,8°C cristaliza-se.
Densidade em função da concentração de soluções aquosas de hidróxido de sódio:
www.handymath.com - nesta página pode ser encontrada uma calculadora de concentração vsdensidade para o hidróxido de sódio em solução aquosa.
5.Propriedades químicas
Por sua alta reatividade, grande disponibilidade e baixo custo o hidróxido de sódio é amplamente utilizado em reações químicas, tanto em escala laboratorial quanto industrial.
O hidróxido de sódio forma uma forte solução alcalina quando dissolvido em um solvente tal como a água, entretanto, somente o íon hidróxido é básico.
5.1.Reação com o gás carbônico da atmosfera
É um sólido higroscópico que facilmente absorve dióxido de carbono do ar, então deve ser estocado em recipientes herméticos à atmosfera exterior.
A reação química deste comportamento, comumente chamada de carbonatação, é:
2 NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
Esta reação ocorre na presença de umidade pelo seguinte sistema de reações:
H2O + CO2 → H2CO3
2 NaOH + H2CO3 → Na2CO3 + 2 H2O
5.2.Reações com ácidos
O ânion hidróxido faz o hidróxido de sódio uma base forte que reage com ácidos (tanto orgânicos quanto iorgânicos) formando água e os correspondentes sais, e.g., com o ácido clorídrico, forma-se o cloreto de sódio:
NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)
As neutralizações podem ocorrer em múltiplas disponibilidades de hidrogênio, como o ácido bromídrico, o brometo de sódio:
NaOH + HBr → NaBr + H2O
Com o ácido sulfúrico, forma-se o sulfato de sódio:
2 NaOH(aq) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + 2 H2O(l)
Com o ácido fosfórico, forma-se o fosfato de sódio:
3 NaOH(aq) + H3PO4(aq) → Na3PO4(aq) + 3 H2O(l)
Com ácidos orgânicos, como o ácido acético:
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O
Em geral tais reações de neutralização são representadas por uma simples equação envolvendo íons:
OH−(aq) + H3O+(aq) → 2 H2O
Este tipo de reação com ácidos fortes libera calor, e portanto são classificadas como reações exotérmicas. Tais reações ácio-base podem também ser usadas para titrações, ou como mais comumente chamamos, volumetrias, as quais são um método comum para a determinação de concentrações de ácidos.
5.3.Reações com óxidos ácidos
Outro tipo de reações nas quais o hidróxido de sódio está envolvido são as reações com óxidos ácidos. A reação com o dióxido de carbono já foi mencionada, mas outros óxidos ácidos, tais como o dióxido de enxofre (SO2) também reagem completamente. Tais reações são frequentemente usadas para eliminar gases nocivos (tais como o SO2 e também o sulfeto de hidrogênio, H2S) e prevenir sua liberação na atmosfera.
2 NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O
2 NaOH + H2S → Na2S + 2 H2O
5.4.Reação com a sílica e seus derivados, como o vidro
Hidróxido de sódio lentamente reage com vidro, especialmente se sofreu abrasão em sua superfície, formando silicato de sódio, logo juntas e tampas de vidro esmerilhado (assim como torneiras de buretas e outros equipamentos laboratoriais) expostos a NaOH tem uma tendência a engripar ou mesmo soldar-se, praticamente. Frascos laboratoriais e de armazenagem e reatores industriais de vidro são danificados por longa exposição a hidróxido de sódio a quente, e o vidro torna-se fosco.
A reação que descreve este fenômeno é uma reação similar à reação dos óxidos ácidos:
SiO2 (vidro) + 2 NaOH → Na2(SiO3) + H2O
5.5.Reações com metais
Hidróxido de sódio não ataca o ferro, desde que sua composição não tenha propriedades anfóteras. Uns poucos metais de transição, entretanto, podem reagir de maneira vigorosa com o hidróxido de sódio.
O hidróxido de sódio reage com o alumínio, com o desprendimento de hidrogênio e a formação de aluminato de sódio:
2 Al(s) + 6 NaOH(aq) → 3 H2(g) + 2 Na3AlO3(aq)
Um quadro mais completo desta reação é dado com a produção de aluminato, quando o caráter anfotérico (agir como ácido ou base) do hidróxido de alumínio atua[1]:
Al(OH)3 + NaOH → Na+ + [Al(OH)4]-:
Uma camada de óxido de alumínio previamente formada por corrosão passiva é dissolvida pela adição de hidróxido de sódio. Por esta razão, a reação tem início relativamente lento:
Al2O3 + 2 NaOH + 3 H2O → 2 Na+ + 2 [Al(OH)4]-
Reação do hidróxido de sódio com alumínio.
Reagem também com o zinco e com o estanho.
5.6.Reações com sais de outros metais
Pode reagir com sais de outros metais, formando um novo sal e um novo hidróxido:
Fe2(SO4)3 + 6 NaOH → 2 Fe(OH)3 + 3 Na2SO4
Diferentemente do NaOH, os hidróxidos da maioria dos metais são insolúveis, e portanto o hidróxido de sódio pode ser usado para precipitar hidróxidos de diversos metais. Um destes hidróxidos é o hidróxido de alumínio, usados para a floculação de partyículas e posterior filtração em tratamento de água. O hidróxido de alumínio é preparado pelo tratamento de sulfato de alumínio por reação com NaOH.
Al2(SO4)3 + 6 NaOH → 3 Na2SO4 + 2 Al(OH)3
Esta reação é altamente rentável e portanto é uma importante reação de síntese.
Um conjunto das reações do hidróxido de sódio, em especial seu íon hidroxila com outros íons[2]:
Fe2+(aq) + 2OH-(aq) → Fe(OH)2 (s)
Fe3+(aq)+ 3OH-(aq) → Fe(OH)3 (s)
Cu2+(aq)+ 2OH-(aq) → Cu(OH)2 (s)
Al3+(aq) + 3OH-(aq) → Al(OH)3 (s)
Al(OH)3(s) + 3OH-(aq) → (Al(OH)6)3-(aq)
Ca2+(aq) + 2OH-(aq) → Ca(OH)2(s)
Mg2+(aq) + 2OH-(aq) → Mg(OH)2(s)
NH4+ + OH- → NH3 + H2O
5.7.Reação com ácidos carboxílicos
O hidróxido de sódio reage facilmente com ácidos carboxílicos, tal como visto para o ácido acético, para formar seus sais. Similarmente, com o ácido benzóico forma o benzoato de sódio:
C6H5COOH + NaOH → C6H5COONa + H2O
5.8.Reações com fenóis
O hidróxido de sódio é uma base suficientemente forte para formar sais com fenóis, como no caso do fenol (ácido carbólico) e do correspondente fenolato de sódio (carbolato).
C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O
5.9.Hidrólise alcalina
NaOH pode ser usado para a hidrólise alcalina (básica) de ésteres (como a saponificação), amidas e haletos de alquila. Entretanto, a limitada solubilidade do NaOH em solventes orgânicos implica que o mais solúvel hidróxido de potássio (KOH) seja frequentemente preferido.
Reação de saponificação de um éster (editado da Wikipedia).
Hidrólise de um éster em mais detalhes[3] (editado de www.chm.bris.ac.uk).
5.10.Degradação de Dumas
Em degradações (reações nas quais o tamanho de uma cadeia de carbono é diminuída) é utilizado para preparar alcanos diminuindo o número de carbonos da cadeia. É utilizado juntamente com o óxido de cálcio (CaO) para diminuir sua reatividade e prevenir que o recipiente de reação, muitas vezes de vidro, seja corroído, e também como um indicador da reação. Aqui, apresentamos a reação de degradação do acetato de sódio a etano, destacando a parte da cadeia que permanece intacta.
CH3CH2COONa + NaOH → CH3CH3 + Na2CO3
5.11.Como catalisador
O hidróxido de sódio é um catalisador em reações de hidrólises de uma séries de compostos orgânicos:
5.11.1.HIDRÓLISE DE NITRILAS
Nitrilas reagem com o hidróxido de sódio dando sal de ácido carboxílico e hidróxido de amônio:
CH3-CN + NaOH (diluido) → CH3-COONa + NH4OH
5.11.2.HIDRÓLISE DE DERIVADOS DE ÁCIDO CARBOXÍLICO
Ésteres
Ésteres reagem com o hidróxido de sódio dando os correspondentes sal de ácido carboxílico e o álcool (hidrólise de ésteres já vista acima), como o acetato de metila, que resulta no acetato de sódio e no metanol:
CH3-COOCH3 + NaOH (diluído) → CH3-COONa + CH3OH
Cloretos de Acila
Cloretos de acila reagem com o hidróxido de sódio dando ácido carboxílico e cloreto de sódio, como no caso do cloreto de acetila, que resulta no ácido acético:
CH3-COCl + NaOH (diluído) → CH3-COOH + NaCl
5.12.Reações com haletos de alquila
O hidróxido de sódio reage com haletos de alquila, como o n-cloropropano, para obtenção de álcoois correspondentes, no caso, o álcool n-propílico:
CH3CH2CH2-Cl + NaOH → CH3CH2CH2-OH + NaCl
5.13.Outras reações
Soluções de hidróxido de sódio de suficiente concentração mancham de amarelo tecidos de algodão e papel.
6.Aplicações
O hidróxido de sódio é usado em muitas indústrias, principalmente como uma base química forte na fabricação de polpa de celulose e papel, têxteis, água potável, sabões, biodiesel e detergentes. Apresenta ocasionalmente uso doméstico para a desobstrução de tubulações domésticas, pois dissolve gorduras (que são por serem insolúveis em água, frequentemente a origem de entupimentos).
A seguir, analisamos mais detalhadamente várias destas aplicações.
6.1.Aplicações Gerais
Hidróxido de sódio é a principal base forte usada na indústria química. Em grandes quantidades é mais frequentemente utilizado na forma de solução aquosa (normalmente a 40 ou 50%), já que soluções são mais baratas e mais fáceis de serem manipuladas. É usado para conduzir reações químicas como anteriormente visto e também para a neutralização de materiais ácidos. Pode ser usado como um agente neutralizante em refino de petróleo. É algumas vezes usado como um limpador, e até como um desengraxante (graxas são sabões de metais alcalinos terrosos, entre outros, e são também solúveis nas soluções de hidróxido de sódio).
6.2.Produção de alumina – Processo Bayer
Hidróxido de sódio é usado no refino de alumina contida no minério bauxita para produzir óxido de alumínio (a alumina purificada) a qual é a mateéria prima usada para produzir o metal alumínio via o processo smelter.
A reação do processo Bayer que envolve o hidróxido de sódio (que fornece o ânio OH-) é:
Al2O3 + 2 OH− + 3 H2O → 2 [Al(OH)4]−
6.3.Produção de sabão
Hidróxido de sódio foi tradicionalmente usado em fabricação de sabões (processo d fabricação de sabão a frio e genericamente, a saponificação, de inúmeras aplicações, como a produção de ricinoleato de sódio, um tensoativo típico de desinfetantes contendo óleo de pinho).
Uma apresentação exemplar da reação de saponificação envolvendo o NaOH
(editado de homepage.smc.edu).
Outra equação da reação de saponificação envolvendo o NaOH, com variantes dos ácidos graxos envolvidos.
Diagrama de processo da fabricação de sabão com hidróxido de sódio
(editado de www.vinythai.co.th).
6.4.Fabricação de papel
Hidróxido de sódio é também largamente usado na fabricação de papel. Juntamente com o sulfeto de sódio, NaOH é um componente chave do liquor branco usado para separar a lignina das fibras de celulose no processo Kraft. Ele também desempenha um papel importante em algumas etapas posteriores do processo de alvejamento da polpa marrom resultnte do processo de produção da polpa. Estes estágios incluem delignificação por oxigênio, extração oxidativa, e simples extração, todos os quais requerem um ambiente fortemente alcalino com um pH > 10,5 ao final das etapas.
6.5.Biodiesel
Para a fabricação de biodiesel, hidróxido de sódio é usado como um catalisador para a transesterificação de metanol e triglicerídeos (no Brasil, usa-se o etanol e o processo é um tanto diferente). Este processo somente trabalha com hidróxido de sódio anidro, porque combinado com água a gordura tornar-se-ia um sabão, o qual seria preferencial em formação ao éster com metanol. Ele é usado mais frequentemente que o hidróxido de potássio porque é mais barato e uma pequena quantidade é necessária.[4][5][6]
(editado de bioweb.sungrant.org)
Abaixo apresentamos um fluxograma de um processo de produção de biodiesel a partir de óleos residuais de fritura, utilizando-se o hidróxido de sódio.
O biodiesel pode ser produzido a partir da transesterificação de óleos residuais de processos de frituras e metanol ou etanol.
Editado de www.revistasustentabilidade.com.br.
6.6.Drogas legais e ilegais
O hidróxido de sódio entra em inúmeros processos de extração de substâncias de ação farmacológica de plantas, assim como em diversos passos de neutralização, alcalinização ou obtenção de sais sódicos em processos de síntese, exatamente pela sua dsponibilidade, reatividade e baixo custo, adicionados ao fato que o corpo humano e de diversos animais toleram perfeitamente a ingestão moderada de sódio.
Hidróxido de sódio é usado nos processos de fabricação de meta-anfetamina (chamadas dentro do mercado de tráfico de speed, crant, “cristal” ou “gelo”), dimetiltriptamina e outras drogas ilegais. Contrariamente ao citado em notas de imprensa não especializada, o NaOH não é realmente um ingrediente, uma matéria prima na produção destas drogas e sim uma base forte usada para a obtenção de pH adequado à produção em vários passos de produção por síntese ou extração destas drogas.
6.7.Remoção de CO2 de atmosferas
Dentro de atmosferas contendo vida animal (tal como a Estação Espacial Internacional com seus astronautas ou em submarinos submersos com sua tripulação) a respiração normal dos ocupantes produz dióxido de carbono (CO2).[7][8] Isto pode elevar a uma suficientemente alta concentração de CO2 criando uma atmosfera tóxica que então deve ficar restrita a níveis não tóxicos.[9] A propriedade do hidróxido de sódio em absorver e conter dióxido de carbono foi tratada acima como uma inconveniência, mas nestes casos, tal propriedade é uma solução. A atmosfera contingente é circulada através de um meio de contato contendo tanto hidróxido seco ou este lavado com uma solução aquosa da substância. Um exemplo é o hidróxido de cálcio tratado com hidróxido de sódio e hidróxido de potássio formando o produto conhecido como cal sodada.
Nos vôos espaciais, com o propósito de diminuir-se o peso da carga, utiliza-se o hidróxido de sódio acrescido do hidróxido de lítio (e mesmo este puro), que embora bem mais caro, apresenta uma densidade/capacidade de absorção de dióxido de carbono bem mais alta devido ao seu menor peso molecular.[10]
6.8.Gravação química do alumínio
Bases fortes atacam o alumínio. Hidróxido de sódio reage com o alumínio produzindo gás hidrogênio. Isto pode ser útil na gravação através de máscaras (bloqueios), removendo a anodização, ou convertendo uma superfície lustrada com acabamento tal como o tecido cetim, mas sem passivação adicional tal como a anodização ou alodinização (ou cromatização, que é produção de película anticorrosiva de cromatos estáveis em superfícies de alumínio e suas ligas) de uma superfície que podem degradar-se, tanto pelo uso normal ou pelo contato com atmosferas severas.
6.9.Agente de limpeza
Hidróxido de sódio é frequentemente usado como um agente de limpeza em cervejarias, maltarias e vinícolas, onde é simplesmente chamada “soda cáustica”. Ela é adicionada a água, aquecida, e então usada para limpar os grandes tanques de aço inoxidável onde a cerveja ou o vinho são fermentados, e onde o produto resultante é estocado antes do engarrafamento. O NaOH dissolve óleos e depósitos formados por proteínas, e o controle de seus resíduos é fácil pelo seu pH alcalino e a neutralização é fácil pela adição de ácido clorídrico diluído, resultando em cloreto de sódio inofensivo e facilmente lavável com água pura. Uma solução de hidróxido de sódio é usada como um desengraxador poderoso nos equipamentos de panificação de aço inoxidável, cerâmica e de vidro. É igualmente o ingrediente o mais comum em líquidos de limpeza de fornos.
6.10.Removedor de pinturas
Uma solução de hidróxido de sódio em água foi tradicionalmente usada como um usual removedor de pintura em objetos de madeira, como móveis. Devido à sua natureza cáustica e ao fato que pode causar dano na superfície da madeira alterando a textura e modificando a cor, além do advento de novas tintas e inúmeros solventes seguros e de baixo custo, este uso tornou-se menos comum.
6.11.Digestão de tecidos animais
Este é um processo que era usado em fazendas de produção pecuária em um determinado período. Este processo envolve a colocação de carcaças em uma câmara selada, a qual então coloca a carcaça em contato com uma mistura de hidróxido de sódio e água, a qual quebra as ligações químicas mantendo o corpo intacto. Isto eventualmente torna o corpo em um líquido semelhante a café, e o único sólido que resta são as paredes minerais dos ossos, as quais tornam-se tão frágeis que podem ser esmagadas com o simples apertar entre dedos. É também de se destacar que o hidróxido de sódio é frequentemente usado no processo de decomposição de carcaças de animais mortos em estradas por empresas contratadas para tal descarte.
Hidróxido de sódio também tem sido usado por assassinos em série e outros criminosos para a eliminação dos corpos de suas vítimas.[11][12]
6.12.Preparação de alimentos
Os usos em produção de alimentos do hidróxido de sódio incluem lavagem ou remoção química da pele de frutas e vegetais, processamento de cacau e chocolate, produção de caramelos coloridos, depenação de aves de criação, processamento de bebidas não alcoólicas, e espessamento de sorvete. Azeitonas são frequentemente imersas em solução de hidróxido de sódio para serem amaciadas, enquanto pretzel e laugengebäck, um determinado pão de origem alemã são glaceados (recebem superfície similar ao vidro) com uma solução de hidróxido de sódio antes de irem ao forno. Devido à dificuldade em se obter hidróxido de sódio de grau alimentício em pequenas quantidades para uso doméstico, carbonato de sódio é frequentemente usado no lugar do hidróxido de sódio[13].
Outros alimentos que são processados com hidróxido de sódio incluem:
A prato típico de peixe da escandinávia conhecido como lutfisk (“peixe de lixívia”).
Lutfisk (www.norskfisk.se)
Hominy (nos EUA), milho seco na forma de flocos reconstituídos por imersão em solução de soda cáustica diluída. Estes espandem-se consideravelmente em tamanho e podem ser posteriormente processados por fritura para produzir flocos volumosos de milho ou para serem secos e moidos para produzir grits (uma espécie de polenta a ser comida viscosa). O nixtamal (no México) é similar, mas usa hidróxido de cálcio no lugar de hidróxido de sódio.
Hominy fresco (www.ansonmills.com).
Hidróxido de sódio é também o composto químico que causa a gelificação de claras de ovos na produção de ”ovos centenários” (também conhecido como ovo preservado ouovo de cem anos, típicos da culinária chinesa).
Os pretzels alemães são tratados em uma solução de carbonato de sódio em ebulição ou uma solução de hidróxido de sódio fria antes de serem assados, o que contribui para sua crocância.
Pretzels em tratamento e prontos (z.about.com).
A maioria dos coloridos de amarelo “fios chineses” (ou noodles, um tipo de macarrão chinês fino de farinha de arroz) são feitos com água com lixívia mas são normalmente alterados por conter ovos.
Noodles (www.quickspice.com).
6.13.Usos domésticos
Hidróxido de sódio é usado como um agente de limpeza e desentupimento para drenos e tubulações obstruídas. Ele é distribuído na forma de cristais (escamas) secas ou como um líquido espesso ou gel. O mecanismo químico empregado é a conversão de graxas para a forma de sabão. Sabão de sódio, sendo solúvel em água, dissolve-se num fluxo de água aplicado ao encanamento. Hidróxido de sódio também decompõe moléculas complexas tais como as proteínas que compõe os cabelos. Tais desentupidores e limpadores (e suas versões ácidas) são altamente cáusticos e devem ser manuseados com cuidado.
Hidróxido de sódio tem sido usado como um alisante para cabelos ondulados. Entretanto, por causa da alta incidência de queimaduras químicas, fabricantes de alisantes químicos tem agora optado por outros compostos químicos alcalinos, embora alisantes a base de hidróxido de sódio ainda estejam disponíveis, usados principalmente por profissionais.
6.14.Uso em análises químicas
Hidróxido de sódio é uma base muito comum em laboratórios químicos.
Em química analítica, soluções de hidróxido de sódio são frequentemente usadas para medir-se a concentração de ácidos por titração (volumetria). Já que NaOH não é um padrão primário (devido à carbonatação), soluções devem ser primeiro padronizadas por titração contra um padrão tal como o hidrogenoftalato de potássio (KHP, do inglês potassium hydrogen phthalate). Buretas expostas a NaOH devem ser enxaguadas imediatamente após o uso prevenindo o fosqueamento de suas paredes e mais cuidado redobrado deve ser feito se não pode-se usar torneiras de teflon, mas de vidro esmerilhado, quando o desmonte deve ser completo e o enxague mais rigoroso, com posterior relubrificação. Hidróxido de sódio foi tradicionalmente usado para teste de cátions em análise química qualitativa inorgânica, assim como para prover um meio alcalino para alggumas reações que o necessite, tal como o teste de biureto (um teste para a detecção de ligações peptídicas).
Ponto final de uma titulação de solução ácida com hidróxido de sódio,
tendo fenolftaleína como indicador (depts.washington.edu).
Para uma metodologia simples para o ensino de procedimento de volumetria ácido-base com o uso de hidróxido de sódio, na determinação de concentração de ácido acético em vinagre, verMeasuring the Amount of Acid in Vinegar by Titration with an Indicator Solution (www.sciencebuddies.org).
Curvas de titração de NaOH com ácido forte e ácido fraco (www.chem.usu.edu).
6.15.O experimento das moedas douradas de cobre
Hidróxido de sódio tem também sido usado em conjunção com o zinco para a criação do conhecido experimento chamado “moedas douradas” (em inglês, usaulmente “gold pennies“). Quando uma moeda dourada de cobre é fervida em uma solução de NaOH junto com algum zinco metálico em grãos (pregos galvanizados são uma fonte), a cor da moeda irá tornar-se prateada em aproximadamente 45 segundos. A moeda é então aquecida na chama de um queimador (Bunsen) por poucos segundos e torna-se castanho dourada. A razão disto acontecer é que o zinco em grãos dissolve-se em NaOH formando Zn(OH)42-(tetrahidroxozincato). Este íon zincato torna-se zinco metálico por redução sobre a superfície de uma moeda de cobre. Zinco e cobre quando aquecidos em uma chama formam a liga latão.
6.16.Tratamento de petróleo e gás natural
Existem aplicações indiretas do hidróxido de sódio pela sua produção in loco em unidades de dessulfurização de petróleo e seus derivados e gás natural pelo cloro produzido. Este cloro atua como um agente oxidante que entra em contato com o sulfeto de hidrogênio (H2S), transformando-o em enxofre ou em ácido sulfúrico.[14][15] Neste campo, novos processos são constantemente apresentados devido às necessidades de resução do teor de enxofre no diesel de uso urbano.[16] O hidróxido de sódio é usado para a extração de óleo de areias betuminosas.[34][35][36][37]
Areias betuminosas da província de Alberta, Canadá.
6.17.Tratamento de correntes contendo SO2
No processo chamado “Álcali Duplo”, correntes contendo SO2 são tratadas permitem que o hidróxido de sódio utilizado (de relativamente alto custo) seja reciclado[17]:
(editado de www.vinythai.co.th)
6.19.Outras aplicações
Usa-se como alcalinizante de reveladores fotográficos.
Utiliza-se na forma de solução diluída para a decapagem de alumínio e suas ligas.
Como o alumínio e suas ligas normalmente encontram-se recobertos por camadas finas e densas de óxidos pela exposição ao oxigênio atmosférico, estas devem ser removidas antes da aplicação de outros tratamentos. As peças a serem tratadas passam pela solução de soda cáustica e devem ser lavadas imediatamente, para cessar a ação do hidróxido. A remoção posterior de resíduos é realizada por rápida imersão em ácido nítrico.[19]
Métodos de remoção de óxidos de nitrogênio, mercúrio e dióxido de enxofre de correntes de gás por meio da ação de aerosóis de solução de hidróxido de sódio são patenteados.[20]
7.Apresentações comerciais e usuais e seus fins
O hidróxido de sódio é normalmente disponível na forma sólida como escamas, pérolas ou lentilhas,pellets (que seriam micropérolas) e na forma de de solução aquosa, normalmente a 40 ou 50%. As fotos destas apresentações sólidas são vistas acima.
8.Segurança
Hidróxido de sódio sólido ou em solução é extremamente reativo com tecidos vivos e causa queimaduras químicas, lesões permanentes ou cicatrizes. Causa cegueira se em contato com tecido ocular animal não protegido. Equipamentos de proteção tais como luvas de borracha, roupas de proteção e óculos de proteção devem sempre ser usados quando manipula-se este composto químico ou suas soluções.
Imagens de queimaduras causadas por hidróxido de sódio.
A dissolução do hidróxido de sódio é altamente exotérmica, e o calor resultante pode causar queimaduras ou até causar a ignição de materiais inflamáveis. As temperaturas liberadas podem propiciar a liberação de salpicos de líquido quente (além de corrosivo).
O hidróxido de sódio é extremamente cáustico, e pode reagir com gorduras e óleos sobre a pele, e na reação produzir sais (sabões). Por esta razão, o hidróxido de sódio é extremamente perigoso, e a pele deve ser lavada completamente (até sua completa remoção) com abundantes volumes de água evitando o prolongamento do contato esta substância.
Uma solução de 0,5 M ou mais de hidróxido de sódio (aproximadamente mais de 20 gramas por litro) deve ser rotulada corrosiva, enquanto uma solução entre 0,5 a 0,05 M (de 20 a 2 gramas por litro) deve ser rotulada irritante.[21]
Devido a sua reação com alumínio, evita-se por segurança usar o hidróxido de sódio na limpeza de qualquer tubulação ou equipamento de alumínio, assim como seu transporte em qualquer veículo com tancagem em alumínio. Em 1986 uma caminhão com tanque de alumínio no Reino Unido foi equivocadamente usado para transportar solução a 25% de hidróxido de sódio, causando pressurização do conteúdo e dano ao tanque. A pressurização foi devida ao gás hidrogênio que é produzido na reação enbtre o hidróxido de sódio e o alumínio.
Deve-se sempre seguir uma folha de dadops de segurança (MSDS, Material Safety Data Sheet) antes de manusear este composto químico e suas soluções.
8.1.Procedimento em laboratório para derrames de NaOH
8.1.1.DESCARTE DOS RESÍDUOS SÓLIDOS E DERRAMES DE NAOH
É recomendado o uso de óculos de proteção (ou escudo facial), avental e luvas de borracha nitrílica. Remove-se o material com uma pá e coloca-se num balde ou bombona. Adiciona-se gradativamente, agitando permanentemente, uma grande quantidade de água gelada ou pelo menos fria. Neutraliza-se com ácido clorídrico comercial a 5% (pode-se usar para controlar o pH quaquer papel indicador) e escoa-se pelo ralo. O local do vazamento deve ser lavado com água em abundância.[22]
8.1.2.DESCARTE DAS SOLUÇÕES DE NAOH
Usa-se igaulmente proteção para os olhos, avental e luvas de borracha nitrílica. Adiciona-se lentamente com um agitador mecânico a um grande volume de água gelada ou fria. Neutraliza-se igualmente com ácido clorídrico 5% e escoe pelo dreno.[22]
9.Questões ambientais
Como toda base forte, sua deposição no ambiente sem tratamento pode alterar drasticamente o pH de massas de água, com prejuízos para a flora e fauna aquática. As questões ambientais de sua produção por eletrólise são tratadas abaixo.
10.Produção
A fabricação da barrilha, da soda cáustica e do cloro constitui uma das mais importantes indústrias químicas pesadas.[23][24][25]
O hidróxido de sódio é produzido principalmente por eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio (salmoura), via o processo chamado de cloro-álcali, sendo produzido juntamente com o cloro e o hidrogênio (e consequentemente, em muitas unidades, juntamente com cloreto de hidrogênio e o ácido clorídrico), o que pelo excedente de cloro limita muito sua produção por questões ambientais.[23]
O hidróxido de sódio forma-se junto ao cátodo, onde a água é reduzida a gás hidrogênio e o íon hidróxido:
2 Na+ + 2 H2O + 2 e− → H2 + 2 NaOH
Ou, de maneira mais completa[26]:
Na+ + e → Na
2 H+ + 2 e → H2
2 Cl- – 2 e → Cl2
4 OH- – 4 e → 2 H2O + O2
Para produzir NaOH é necessário previnir (e o principal problema da produção) a reação do NaOH com o cloro, resultando em hipoclorito de sódio.[23][26]
2 NaOH + Cl2 → NaCl + NaOCl + H2O
Isto é normalmente feito por uma de três maneiras, das quais o processo pela célula de membrana é o mais viável economicamente.
Processo da célula de mercúrio (também chamado processo Castner-Kellner) – ìons sódio são reduzidos a sódio metálico, o qual forma uma amálgama com um cátodo de mercúrio; este sódio é então reagido com a água para produzir. Considera-se que pode haver a liberação de mercúrio para o meio ambiente, embora as modernas unidades sejam seguras neste aspecto.[27] Utilizam-se potenciais de somente 3 ou 4 V (variantes com o tipo de células) e correntes de até 200 mil A são usadas nas células de mercúrio.[26]
Célula Castner-Kellner (editado de www.askiitians.com).
Células de mercúrio variam grandemente em tamanho, então uma planta pode possuir um grande número de pequenas células ou um pequeno número de grandes células. As células de mercúrio podem variar significativamente em design mas podem ser constituidas de longas câmaras feitas de aço e revestidas de ebonite ou borracha para proteger da corrosão. Na largura podem ser de 0,5 a 2 m e no comprimento possuir de 8 a 25 m. O fundo das câmaras é afinado e é coberto com mercúrio, que forma o cátodo. O ânodo consiste de um grande número de placas de grafite. A salmoura é passada acima do mercúrio até cobrir os ânodos. Ao se efetuar a eletrólise o cloro é desprendido e no cátodo sódio (com algum hidrogênio) é produzido. O sódio dissolve-se no mercúrio formando uma amálgama diluída de sódio (que se mantém líquida). Esta flui para fora no final da célula em outro compartimento colocado abaixo ou ao lado da célula principal. Esta é chamada célula de soda ou “decompositor”. Ela contém água e grafite para propiciar o contato da amálgama com água e acelerar a reação. O mercúrio é recuperado junto com o hidróxido de sódio formando o hidrogênio.[26]
O mercúrio é então bombeado de volta à célula eletrolítica, o hidrogênio é bombeado para outra área de operação e a solução de NaOH parte para a evaporação.
2 Na/Hg + H2O → 2 NaOH + H2 + 2 Hg
Nota: Na/Hg é a amálgama de sódio.
Processo da célula de diafragma – usa um cátodo de aço, e a reação do NaOH com o Cl2 é prevenida usando-se um diafragma poroso, frequentemente feito de fibras de asbestos (amianto). No processo da célula de diafragma a área do ânodo é separada da área do cátodo por um diafragma permeável (este meio, em algumas teorizações sobre eletrólise, é trato pelo termo “ponte”). A salmoura é introduzida no compartimento do ânodo e flui através do diafragma para o compartimento do cátodo. Uma salmoura cáustica diluída deixa a célula. O hidróxido de sódio deve ser concentrado a 50% e o sal removido por cristalização seletiva. Isto é feito usando um processo evaporativo com aproximadamente três toneladas de vapor para cada tonelada de hidróxido de sódio. O sal separado da salmoura cáustica pode ser usado para saturar a salmoura diluida. O cloro contém oxigênio (oriundo da eletrólise da própria água) e é purificado por liquefação e evaporação.[28][29] Células de diafragma tendem a ter menor escala e utilizam correntes de 60 mil amperes.[26]
A mais comum das células de diafragma é a célula de Hooker. As células de Nelson e de Gibbs são citadas na literatura mas estão virtualmente extintas. Um processo japonês usa a célula Asahi, que utiliza um cátodo de mercúrio o qual é feito circular por força centrífuga.
Célula de Nelson (editado de www.askiitians.com).
A célula Hooker consiste de uma base de concreto na qual é fixada uma rede de aço portando um número de cátodos de aço, formando o compartimento do cátodo. Cada um dos cátodos – “dedos” – é encapsulado em um envelope de asbestos. Este é o diafragma. O ânodo consiste de barras de grafite colocadas alternativamente com os cátodos e extendem-se acima e abaixo do compartimento do cátodo. O topo da célula é feito de concreto. Salmoura é vertida do topo até cobrir os eletrodos. Cloro é desprendido de cada ânodo e liberado pelo topo da célula, enquanto o hidrogênio liberado pelos cátodos é descarregado através de um tubo no topo do compartimento do cátodo. O licor da célula é retirado pelo fundo do espaço do cátodo. Este tipo de célula é o único operado no Reino Unido.
Esquema de uma célula Hooker (editado de wiki.chemeddl.org).
Uma desvantagem das células de diafragma quando comparadas com células de cátodo de mercúrio é que o licor apresenta iguais quantidades de NaOH e NaCl, enquanto o licor das células de mercúrio é razoavelmente NaOH puro numa concentração de 50%. O licor das células de diafragma tem de ser evaporado, quando o NaCl cristaliza-se e a solução resultante é concentrada a aproximadamente 50% de NaOH.
Processo da célula de membrana – similar ao processo da célula de diafragma, com uma membrana de nafion para separar as reações do cátodo e do ânodo. Somente íons sódio e um pouco de água passam através da membrana. Produz-se um NaOH de alta qualidade. Dos três processo, o processo de célula de membrana requer o mais baixo consumo de energia elétrica e a menor quantidade de vapor necessário para a concentração do liquor cáustico (menos que uma tonelada por tonelada de hidróxido de sódio).[30][31]
Célula básica de membrama usada na eletrólise de salmoura. (fonte; Wikipedia)
Um antigo método para a produção do hidróxido de sódio foi o processo Leblanc, o qual produzia carbonato de sódio, seguido por calcinação para a produção de dióxido de carbono e óxido de sódio. Este método é ainda ocasionalmente usado. Este processo colaborou para que o hidróxido de sódio se tornasse uma importante commodity química.
O processo LeBlanc foi superado pelo processo Solvay ao final do século XIX.
Diagrama do processo de concentração de solução de hidróxido de sódio[32] (EET-KB).
11.Economia e Mercado
Em 1998 a produção mundial era de aproximadamente 45 milhões de toneladas. A América do Norte e a Ásia conjuntamente contribuem com aproximadamente 14 milhões de toneladas, enquanto a Europa produz aproximadamente 10 milhões de toneladas.
Principais produtores
Nos EUA, o maior produtor de hidróxido de sódio é a Dow Chemical Company, a qual tem produção anual de aproximadamente 3,7 milhões de toneladas de plantas em Freeport, Texas, e Plaquemine, Louisiana. Outros grandes produtores nos EUA incluem Oxychem, PPG, Olin, Pioneer Companies (as quais foram compradas pela Olin), Inc. (PIONA), e Formosa. Todas estas companhias utilizam o processo cloro-álcali.[33]
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Referências
Obs: Ao ser realizada a transferência dos artigos do Google Knol para o Anottum, houve a perda parcial das referências deste artigo. Assim que possível, sua referenciação será recuperada e aprimorada. Contando com sua compreensão, grato.
Aleks Kac; The FOOLPROOF way to make biodiesel
Making BioDiesel
Danilo Ribeiro de Lima; Produção de esteres etilicos (biodiesel) a partir da transesterização basica de oleo residual; Tese de Mestrado em Engenharia Química
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