Derivados Químicos de la Sal

Derivados químicos de la salBloque 1. Materiales de la química

Qué vamos a estudiar

En esta Unidad vamos a estudiarlas siguientes cuestiones:

Parte A. Descomposición de la salpor electrólisis. Productos deriva-dos: utilidades y problemas quepresentan.Parte B. El problema de las canti-dades en un proceso químico.Parte C. Transporte de productospeligrosos.Parte D. Problemas similares a losque hace frente la industria quími-ca.

DERIVADOS QUÍMICOS DE LA SAL

PARTE A. ELECTRÓLISIS DE LA SAL

Desde hace 5.000 años, las bases como el hidróxido de sodiohan sido de gran importancia para el género humano. Antesde la revolución industrial, las bases se usaban principalmen-te en la fabricación de jabón. Posteriormente, aumentó suinterés al ser utilizadas para la fabricación de acero y vidrio.Desde ese momento, hubo que encontrar nuevos métodos defabricación de hidróxido de sodio a gran escala.

A finales del siglo pasado, se sabía que algunas sustancias sepodían descomponer mediante la electrólisis (el paso de lacorriente eléctrica a través de una disolución o una sustanciafundida). Así, una disolución de sal (NaCl) se puede descom-poner, al paso de la corriente, en hidróxido de sodio (NaOH) ycloro (Cl2). En un principio, la utilización de este método pre-sentaba dos problemas:

1. No existía una red de distribución de energía eléctrica a granescala.

2. Apenas se conocían usos para el cloro producido por estareacción química.

El primer problema se resolvió a principios de este siglo, almejorar los métodos de producción y distribución de energíaeléctrica. El segundo problema fue resuelto a medida que sefueron encontrando nuevos usos para el cloro.

En esta Unidad analizaremos las ventajas y los problemas quegenera la producción de cloro e hidróxido de sodio medianteeste método.


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La electrólisis de la sal se realiza en una célula con cátodo demercurio; así se obtiene hidróxido de sodio puro. La ecuacióngeneral es:

2NaCl + 2 H2O 2 NaOH + Cl2 + H2

En la Figura 1, se recogen las cantidades de los tres productosque se obtienen a partir de una tonelada de cloruro de sodio.

Observa que el valor de los productos es mayor que el costedel NaCl y la electricidad. Este beneficio es el que permite a laindustria amortizar las instalaciones, pagar sueldos y soportar

SALELECTRICIDAD

HIDRÓXIDOSÓDICO

1.000 Kg

684 Kg 17 Kg607 Kg

5.000 pts38.000 pts30.000 pts20.000 pts.

Figura 1. Cantidades y productos obtenidos de la electrólisis de 1000 Kg de sal

307 Kg de aguaDESCOMPOSICIÓN DE LA SAL

P1. Escribe y ajusta la reacciónde la electrólisis de la sal.

P2. Para tratar 1000 kg de sal,calcula la cantidad de aguaque se precisa. Calculatambién cuánto cloro,hidróxido de sodio e hidró-geno se obtienen. Comparatus resultados con los de laFigura 1.

ácidoclorhídrico

(HCl)

SAL(Cloruro de sodio,

NaCl)

CLORO

Lejía

Fabr icac iónde productosquímicos.L i m p i e z adoméstica.

HIDRÓGENO(H2)

Medicamentos.Alimentación. Cosmética

HIDRÓXIDO DESODIO

Fabricación demargarinas.Hidrogenación.

Fabricación dePapel.Pasta de celulosa.Fibras sintéticas.Jabones y deter-gentes.

Figura 2. Algunos usos de los productos químicos derivados de la sal

CLORO

HIIDRÓGENO

11.000 pts

los costes de funcionamiento de la fábrica.

Los tres productos de la reacción, NaOH, Cl2 y H2, tienengran utilidad; además de tener sus propias aplicaciones, pue-den combinarse entre sí para obtener nuevas sustancias, utili-zadas por la industria o para cubrir necesidades domésticas.Así, podemos incluir dos proceso tradicionales:

1. Fabricación de lejía. El hidróxido de sodio reacciona con elcloro y forma el hipoclorito de sodio (NaClO), una sustan-cia sólida que se vende disuelta en agua. El hipoclorito de sodio es un buen agente oxidante y uneficaz bactericida. Se usa en las industrias y en el hogar, eneste último caso se le conoce como lejía.

2. Fabricación de ácido clorhídrico (HCl). El hidrógeno y elcloro reaccionan y forman el cloruro de hidrógeno, sustan-cia que muestra sus propiedades ácidas al disolverlo enagua. El ácido producido mediante esta reacción, es muypuro y sirve tanto para aplicaciones farmacéuticas como enla industria alimentaria.

PARTE B. EL PROBLEMA DE LAS CANTIDADES

El cloro, el sodio y el hidróxido de sodio son subproductos quese generan a la vez en la célula electrolítica y siempre en pro-porciones fijas. Esto significa que no se puede variar el tantopor ciento de cloro o de hidrógeno que se produce a partir deuna tonelada de cloruro de sodio.

Para que una fábrica resulte rentable hay que vender o utilizartodos los subproductos. Ya hemos visto qué cantidades decada uno de ellos se obtienen.

Podemos obtener las cantidades de lejía y de ácido clorhídricoque deseemos, utilizando los reactivos que se muestran en laFigura 3. Su producción está unicamente sujeta a la demandadel mercado.

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Bloque 1. Materiales de la química Derivados químicos de la sal

P3. Escribe y ajusta la reac-ción entre el cloro y elhidrógeno.El cloruro de hidrógeno,cuando está disuelto enagua, se le llama ácidoclorhídrico.Con los datos de la Figura1, determina cuánto ácidose podría obtener a partirde 1000 kg de sal, si sededicara toda ella afabricar ácido.

P4. A la vista de la Figura 3,calcula la riqueza (tantopor ciento) en ácido de ladisolución. Determina sumolaridad.

P5. Utilizando la informaciónde la Figura 3, indica cuáles la riqueza (tanto porciento) en lejía de ladisolución. Calcula sumolaridad.


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PARTE C. TRANSPORTE DE PRODUCTOS PELIGROSOS

El transporte de mercancías peligrosas, además de ser arries-gado, no es barato, ya que se deben cumplir unas normas de

seguridad que encarecen demasiado el coste de los productos.Para reducir los gastos del transporte, las empresas que utili-zan grandes cantidades de cloro, hidrógeno o hidróxido desodio, procuran construir sus fábricas cerca de las que pro-ducen estos reactivos.

Figura 4. Camión cisterna para el transporte de cloro

Figura 3. Cantidades que se precisan para obtener 1000 Kg de ácido clorhídrico y lejía

10 Kg 355 Kg1.000 Kg

160 Kg

142 Kg

1.000 Kg

698 Kg de agua

635 Kg de aguaácido

clorhídrico

lejía

HIDRÓXIDOSÓDICO

CLORO

CLORO

HIDRÓGENO


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Cloro: se transporta licuado a alta presión en bombonas y encamiones o vagones cisterna. Es un gas muy tóxico y sumanipulación es peligrosa.

Hidrógeno: no se puede licuar por presión a temperaturaambiente. Se vende como gas comprimido a elevadas presio-nes. Hidróxido de sodio: generalmente se vende disuelto en agua,en disoluciones muy concentradas, aproximadamente al 50%en peso.

La lejía, NaClO(s), y el ácido clorhídrico, HCl(g), se comer-cializan disueltos en agua.

PARTE C. PROBLEMAS

Los problemas que planteamos a continuación son similares alos que debe enfrentarse una empresa electroquímica. Así,vamos a imaginar una empresa que denominaremos “Sales deAragón”.

Para resolver los problemas que se presentan, debes considerar quedentro de la fábrica concurren diferentes posiciones:

- Director: responsable del funcionamiento de la empresa.- Director comercial: Responsable de compras y ventas.- Director técnico: responsable del funcionamiento técnico de

la fábrica.- Representantes sindicales: defensores de los intereses de los

trabajadores.

Tampoco debes olvidar que la compañía tiene que:- ser rentable,- preocuparse por sus trabajadores,- no olvidar su responsabilidad ante la comunidad local en la

que se encuentra ubicada.

Problema 1 Hay convocada una huelga del sector eléctrico, y tantooperarios como directivos de “Sales de Aragón”, hanexpresado su preocupación.a) ¿Qué problemas podría causar a la empresa esta huelga?b) ¿Qué medidas tomarías en el caso de que la huelga se lle-

vase a cabo?


X

osalinas

salinas

salinas

salinas

línea ferrea norte-centro

La Rioja-País VascoCastilla-Galicia

La Rioja-País VascoCastilla-Galicia

Tudela-Navarra

carreteras a mina

carreteras a mina

canal de Tauste

Remolinos

Zaragoza

Zaragoza-Madrid-Barcelona

Zaragoza-Barcelona

A-68

N-236

río Ebro

río Ebro

dirección dominante delviento

DATOS DE REMOLINOS:Población de 1.261 habitantes a 35Km de Zaragoza.Presenta unos 50 desempleados.La población ha sufrido una fuerteemigración en los últimos años.La línea férrea se encuentra infrau-tilizada en el transporte de mer-cancías.Alta densidad de tráfico en lascarreteras nacionales próximas. Figura 5.

Problema 2Sales de Aragón tiene prevista la instalación de una nuevafábrica en las inmediaciones de Remolinos, en la provincia deZaragoza. Puedes observar, en el mapa de la Figura 5, la ubi-cación de la zona, así como sus comunicaciones por ferrocarril y porcarretera.

Aprovechando que en el área de Remolinos se han explotadodesde la antigüedad yacimientos de halita o sal gema, laempresa quiere construir la nueva fábrica en el lugar señaladoen el mapa con una X;sin embargo, el Ayuntamiento de lalocalidad se opone a esta ubicación, porque se sitúa en la zonade arbolado y huerta del término municipal. A cambio, elAyuntamiento ha ofrecido altas subvenciones y ayuda econó-mica a la empresa, si decide construir en los terrenos próxi-mos a la mina que no presentan interés agrícola niforestal. En el mapa se señala con un O .

En cada uno de los pequeños grupos de clase, realizad un cua-dro, donde se recojan las ventajas e inconvenientes que tienencada uno de los dos emplazamientos propuestos por la empre-sa constructructora y por el Ayuntamiento.

Otra alternativa sería dividir a la clase en dos subgrupos, unorepresentaría a la empresa, y el otro, a la Junta Municipal.Cada uno deberá defender sus intereses. El resto de la clasehará de público.

Problema 3

“Sales de Aragón” fabrica PVC utilizando el Cl2 que produceen su planta, pero otra compañía te ofrece PVC a un precio un10% más barato de lo que a ti te cuesta fabricarlo.

¿Qué factores deberías tener en cuenta antes de decidir cerrartu planta de PVC durante seis meses y vender el PVC que tehan ofrecido?

Problema 4

En los últimos meses ha subido alarmantemente el precio delgasoleo por lo que los costes de transporte se han disparado.

Un fabricante de PVC y otro de margarinas vegetales están

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P6. Uno de los productos másfamoso y controvertido,relacionado con el cloro,es el PVC. Puedes consultar las siguientesdirecciones web donde encon-trarás información sobre estecompuesto desde diferentesperspectivas: www.ami-clor.org y www.greenpea-ce.es. Elabora un pequeñoinforme donde pongas demanifiesto los dos puntosde vista.

P7. ¿Podemos vivir sin PVC?Busca utensilios de PVCen tu casa y haz una lista detodos ellos. El PVC secaracteriza por llevar elcódigo 3 en el interiorde un triángulo formadopor tres flechas curva-das (en ocasiones seescribe bajo el triángulola letra V). Elabora un cuadro dondeseñales para cada utensilio:

a) Los usos domésticos decada uno de ellos.

b) Qué propiedades del PVC(por ejemplo: ligereza,transparencia, aislanteeléctrico, inerte a algunosreactivos químicos, pre-cio, flexibilidad...) setuvieron en cuenta paraelegir este material.

c) Qué producto alternativopodríamos utilizar parasuplir al PVC. Indica lasventajas e inconvenientesque presenta frente a aquél.

proyectando la construcción de fábricas que se abasteceríancon tus productos.a) ¿Qué producto te comprará cada uno?b) ¿Qué crees que será más caro, transportar una tonelada de

cloro o una de hidrógeno? (Con los datos que se dan en estaUnidad y tus conocimientos de química, puedes contestarrazonadamente a las preguntas)

c) Explica las ventajas e inconvenientes que tendría suminis-trar a estas empresas mediante tuberías, en lugar de utilizarcisternas.

d) ¿Qué sugerencias les harías a estos dos fabricantes respec-to a la ubicación de sus fábricas?

Problema 5

“Sales de Aragón” utiliza gran parte del cloro y del hidróxidode sodio para fabricar lejía. La lejía es un producto fabricadomayoritariamente para la industria química; sin embargo, tieneuna aplicación doméstica importante: eliminar los olores delas aguas residuales de los hogares.

a) Teniendo en cuenta que tu fábrica puede producir suficien-te lejía para responder a la demanda de los meses de vera-no, ¿qué equipamiento adicional necesitarías para poderservir los pedidos en estos meses?

b) Si utilizas hidróxido de sodio y cloro para fabricar lejía,podrías tener problemas por la falta o exceso de algún reac-tivo. ¿Te sobrará cloro o hidróxido de sodio? ¿Qué haríascon el excedente de hidrógeno?

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Figura 6. Variación de la demanda de lejía a lo largo del año

DemandaDemanda de lejía

para piscinas (verano)

Demanda industria

enero marzo junio sept. dic.

SUMARIO

Esta Unidad trata sobre la producción de hidróxido sódico y cloromediante la electrólisis de cloruro sódico.

ACTIVIDADES PARA LOS ESTUDIANTES

Parte A. Información, datos e interpretación de la descomposi-ción de la sal mediante electrólisis. Aportaciones a la industria ya los hogares. Algunos problemas que se pueden presentar.Productos derivados de la electrólisis. Utilidades.Parte B. El problema de las cantidades. Información y cuestionessobre las cantidades que intervienen en un proceso químico.Parte C. Información y cuestiones acerca del transporte de sus-tancias peligrosas. Problemas que plantea. Parte D. Problemas. Se presentan a los alumnos varios problemassimilares a los que tendría que hacer frente una industria química.

OBJETIVOS

• Tomar conciencia de algunos de los problemas económicos ytecnológicos que conlleva un proceso químico.

• Valorar la necesidad de un equilibrio entre diferentes factoresen la toma de decisiones de la industria.

• Practicar estrategias de resolución de problemas y de toma dedecisiones.

• Proporcionar oportunidades a los estudiantes de manejar datosy técnicas, incluyendo su recogida, memorización, interpreta-ción y predicción.

• Mostrar la utilidad de algunas propiedades de las sustanciascon las que trabaja la industria química.

• Presentar normas de seguridad en el trabajo con sustancias quí-micas.

USO Y ADAPTACIÓN DE LA UNIDAD

• La Unidad presenta varias oportunidades para trabajar en habi-lidades en el manejo de datos en varios niveles, tales como:reproducir datos en tablas, recogida de datos de gráficas yextracción de conclusiones. Tambien permite poner en prácti-ca tus experiencias y los conocimientos adquiridos para hacer

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DERIVADOS QUÍMICOS DE LA SAL

Contenidos científicos:Propiedades de las sustanciasquímicas.Transformaciones químicas ysu importancia en la industriay en vida cotidiana.Ejercicios de resolución deproblemas relativos a laproducción de hidróxidosódico y cloro mediante laelectrólisis del cloruro desodio.Conexiones con los bloquesde contenidos en elCurriculum de Ciencias:Diversidad y unidad deestructura de la materia.Los cambios químicos.Unión entre átomos.Las personas y la salud.Temas transversalesEducación para la Salud.Tiempo de realización 2 horas y trabajo para casa,según el número de proble-mas que se aborden.

predicciones en nuevos contextos.• Las hojas para los estudiantes deben leerse

previamente, bien en casa, bien en clase, yresolver todas las dudas. Se supone que losalumnos estarán familiarizados con los prin-cipios de la electrólisis industrial de la sal.

• Después de leer la Unidad, la clasepuede dividirse en grupos de cuatro ocinco estudiantes. Cada grupo represen-ta un equipo de toma de decisiones dentrode una empresa química que produce cloro ehidróxido de sodio. Los estudiantes puedenadoptar los cometidos sugeridos.

• A cada grupo se le debería proponer uno ovarios problemas, y exponerlos posterior-mente al resto de la clase. Conviene insistiren que una empresa debe obtener un benefi-cio máximo, sin descuidar sus responsabili-dades con los trabajadores y con la comuni-dad local.

• La mayoría de las preguntas no tienen unarespuesta sencilla y "correcta", pero a conti-nuación se ofrecen algunas pistas a los profe-sores para que las discusiones en clase seanfructíferas.

NOTAS PARA EL PROFESOR

Problema 1Los cortes en el suministro eléctrico son desas-trosos para las plantas electrolíticas. Habría pro-blemas técnicos y laborales (despido de trabaja-dores) si tuviera que cerrarse la planta. Tambiénse ocasionarían problemas financieros por la pér-dida de mercado. Muchas plantas tienen sus pro-pios generadores, que funcionan a tiempo com-pleto y que pueden suministrar electricidad a lared durante los periodos de baja demanda deelectrólisis. Siempre es preferible una disminu-ción en el ritmo de producción a una paradatotal, para evitar así el tiempo muerto que habríaque dedicar para que la planta volviera a trabajara pleno rendimiento.

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Problema 2La ubicación propuesta por el Ayuntamientotiene como ventajas un menor impacto ambien-tal, proximidad a las minas y acceso fácil a unacarretera secundaria. Teniendo en cuenta ladirección dominante del viento, esta propuestaes más segura para la población.

La ubicación propuesta por la empresa tienepróximo el río, del que debe tomar el agua engrandes cantidades, está más próxima a la auto-pista y a la vía férrea, pero para aceder a ellassería necesario construir un nuevo puente sobreel río, que mejoraría las condiciones de la zona.

Problema 3 Factores que se deben tener en cuenta: empleode nuevos trabajadores en la planta de PVC,pérdidas económicas por la disminución de ven-tas de subproductos (hidrogeno e hidróxido desodio), daños en la maquinaria ocasionados porla inactividad...

Problema 4 a) Cloro para el PVC e hidrógeno para la mar-

garina.b) Los costes por tonelada son altos para el

hidrógeno, puesto que el camión cisternatransporta cerca de una tonelada de gas a pre-sión, mientras que el depósito de cloro líqui-do transporta unas 18 toneladas.

c) La tubería tiene un elevado coste inicial, perounos costes de funcionamiento bajos quepueden amortizar la inversión inicial, si seabastece a un cliente importante. El principalinconveniente es que la fábrica y los clientesdeben permanecer fijos en un lugar concreto.

d) Los fabricantes de margarina deberían situarsu planta lo más cerca posible de la fábricade hidrógeno. Esto también es válido para losfabricantes de PVC, aunque es menos impor-tante debido a que los costes de transporte decloro son menores.


Problema 5a) Es posible que se necesiten tanques adiciona-

les para almacenar la lejía; y con toda proba-bilidad se necesitará más transporte.

b) La fabricación de lejía es una muy buenamanera de aumentar la rentabilidad de unaplanta de electrólisis, puesto que la produc-ción de lejía utiliza cloro e hidróxido de sodioen la misma proporción que la que produce lacélula. El hidrógeno adicional se puede ven-der fácilmente.

Cálculos estequiométricos

Los cálculos estequiométricos de esta Unidad sepueden realizar sin utilizar los conceptos de moly masa molecular.

Otros tipos de celdas. La Unidad solamente men-ciona las celdas con electrodo de mercurio, quees la opción más utilizada en este momento. Sinembargo, los problemas ambientales asociados alas celdas de mercurio, hacen que la industria delcloro y los álcalis (en Europa y Estados Unidos,al menos) no instale más celdas de estas carac-terísticas. Las nuevas celdas son del tipo mem-brana.

Respuestas a las cuestiones

P1. NaCl(aq) + 2H2O ------- Cl2(g) +H2(g) +2 NaOH(aq)

P2. 1000 Kg de NaCl(aq) + 307,7 Kg de H2O ---- 606,7 Kg de Cl2(g) + 17 kg de H2(g) +683,7 Kg de NaOH(aq)

P3. H2(g) + Cl2(g) -----2HCl(g)La proporción en la que reaccionan cloro ehidrógeno, para dar cloruro de hidrógeno, esla misma que la relación en la que se obtie-nen de la electrólisis. Por ello, no sonimprescindibles los cálculos de reactivoslimitantes, ni siquiera de ajuste de reacciones;

Para saber más

Para más detalles sobre la electrólisis delNaCl en disolución acuosa (salmuera), sepuede consultar:Bailar J.C., y otros, (1983). Química,Barcelona: Vicens Vives.

También se puede consultar la página: scifun.chem.wisc.edu/chemweek, donde serecogen los detalles del proceso, así comodatos industriales sobre producción y consu-mo en EE.UU.

En Aragón, es te proceso se real izapor l a empresa "Aragonesas deIndustr ias y Energías", en su planta deSabiñánigo (Huesca). Su página web:www.aragonesas.com

Uno de los productos más conocidos y polé-micos es el cloro, sobre todo por su aplicaciónen la fabricación de plásticos, PVC, blanque-

basta con considerar la conservación de la masaen reactivos y productos: 606,7 Kg de Cl2(g) y 17 kg de H2(g) deben pro-ducir 623,7 Kg de HCl(g).

P4. 63,5% de H2O y 36,5% de HCl.

P5. 69,8% de agua y 30,2% de NaClO.

De la reacción entre el NaOH y el Cl2 se obtie-ne también H2. La reacción ajustada es: Cl2 +2 NaOH ----2NaClO + H2.La desviación de estos cálculos, frente a los dela Figura 3, es muy pequeña.


antes, etc. Por lo que se refiere al uso del cloroen la industria, existe una página, financiada porempresarios del cloro: www.amiclor.org.

El punto de vista ecológico se puede recoger dela página de Greenpeace:www.greenpeace.es. Aquí, se puede encontrarinformación sobre el PVC y su uso en construc-ción, plásticos para envases, juguetes, etc.

La orientación de estas dos últimas referenciases, lógicamente, bastante diferente.

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