Preparación de cloro e hidróxido de sodio por electrólisis
La electrólisis de disoluciones de NaCl, también conocidas bajo el nombre de “salmueras”, es de las reacciones químicas más importantes a nivel industrial. La materia de partida, el cloruro sódico, puede considerarse sin límite y se extrae del mar o de depósitos de origen natural, por lo que se hace necesario realizar operaciones, posteriores a la extracción, de purificación siempre previa a la realización de la electrólisis.
La electrólisis de la disolución de NaCl, da como resultado la formación de hidrógeno en el cátodo, y la aparición de cloro en el ánodo:
En el cátodo: 2 H2O (l) + 2 e- → H2 (g) + 2OH- (ac)
En el ánodo: 2 Cl- (ac) → Cl2 (g) + 2e-
El ion de sodio no es partícipe de la reacción de electrólisis, pues resulta más sencillo llevar a cabo la reducción del agua. La reacción sería:
2 Na+ (ac) + 2 Cl- (ac) + 2 H2O (l) → electrólisis → H2 (g) + Cl2 (g) + 2 Na+ (ac) + 2 OH- (ac)
Por consiguiente, este proceso tan importante nos permite realizar la transformación de un compuesto bastante abundante y económicamente asequible, como es el cloruro de sodio, en dos productos básicos que poseen gran demanda a nivel industrial, como son el cloro y el hidróxido de sodio, sin olvidar el hidrógeno que también se produce y se puede aprovechar.
En el transcurso del procedimiento pueden llevarse a cabo algunas reacciones secundarias no del todo deseables, como puede ser la combinación de cloro e hidrógeno que resulta ser explosiva; es por ello que uno de los tipos de celdas electrolíticas que más de usan es la celda que posee un diafragma poroso, generalmente de material asbesto, por el cual pueden fluir las disoluciones con facilidad, pero que evita que entre en contacto con otros gases. En las celdas de diafragma, el NaCl se electroliza de manera parcial, dando como resultado una disolución que procede del cátodo y que contiene en torno a un 11 % de hidróxido de sodio y un 16 % de cloruro de sodio, que tras ser concentrado por la evaporación, nos da una disolución que contiene un 50% de NaOH y un 1% de cloruro de sodio, pues el resto de cloruro de sodio se ve cristalizado al concentrarse la disolución.
Existen otros tipos de celdas que se usan de manera frecuente, las celdas de mercurio, las cuales se caracterizan por usar un cátodo de mercurio. En la parte del ánodo se produce también cloro, pero con dicho cátodo la reducción se hace en el ion sodio formando sodio metálico, el cual se disuelve en el mercurio en estado líquido, dando lugar a la formación de una amalgama. Dicha amalgama, Na/Hg, pasa por bombeo a otro depósito, donde reaccionará con el agua, formándose unas disoluciones con un contenido del 50 % en hidróxido sódico, mientras que el mercurio presente, se reciclará y pasa a la celda por electrólisis.
La principal ventaja de este tipo de celdas, es que el NaOH que se obtiene consta de una pureza mayor, pero se hace difícil conseguir evitar algunas pérdidas de mercurio en el desecho de las aguas, lo que provoca contaminación no deseada.
Para evitar los vertidos de mercurio, en la industria química se está pasando a sustituir poco a poco este tipo de celdas por celdas de membrana, las cuales contienen unas membranas selectivas que se encuentran basadas en polímeros fluorados, que son capaces de combinar la pureza que tiene el hidróxido de sodio conseguido en celdas de mercurio con un menos gasto eléctrico de las celdas de diafragma, lo que permite llegar a alcanzar altas concentraciones de hidróxido sódico y eliminar el asbesto que ha sido usado. Dicha tecnología basada en celdas de membrana, en la actualidad se encuentra desplazando a las celdas de mercurio y diafragma.
