Proceso cloroalcalino para niños

Dibujo antiguo de una planta de proceso de cloroalcalino (Edgewood, Maryland)

El proceso cloroalcalino es una forma importante en la industria para producir tres sustancias químicas muy útiles: el cloro, el hidróxido de sodio (también conocido como sosa cáustica) y el hidrógeno. Este proceso utiliza la electrólisis, que es una técnica que usa electricidad para separar elementos de una solución.

Generalmente, se usa una solución de cloruro de sodio (sal común) en agua, llamada salmuera. Al aplicar electricidad, la salmuera se transforma en estos productos. En 1987, este proceso ya producía 35 millones de toneladas de cloro. La producción a gran escala comenzó en 1892.

Este proceso necesita mucha energía eléctrica. Por ejemplo, se usan unos 2500 kWh de electricidad para producir una tonelada de hidróxido de sodio. Es importante saber que el proceso produce cloro e hidróxido de sodio en cantidades similares. También se produce hidrógeno, que se usa para hacer otros productos como ácido clorhídrico o amoníaco, o para generar energía.

Sala de celdas de una planta de cloro-álcali, 1920

¿Cómo funciona el proceso cloroalcalino?

Existen tres métodos principales para llevar a cabo este proceso. Cada uno tiene sus propias características.

Celda de membrana: el método más moderno

El método más común hoy en día es el de la celda de membrana. Aquí, la salmuera (agua con sal) se coloca en un recipiente especial. Una membrana, que es como una barrera muy fina, divide el recipiente en dos partes. Esta membrana permite que algunas partículas pasen, pero no otras.

• En una parte, llamada ánodo, los iones de cloruro (partículas de cloro con carga eléctrica) pierden electrones y se convierten en cloro gaseoso.
• En la otra parte, llamada cátodo, las moléculas de agua se transforman en gas hidrógeno y en iones de hidróxido (partículas de oxígeno e hidrógeno con carga eléctrica).
• La membrana especial deja pasar los iones de sodio (partículas de sodio con carga eléctrica) de una parte a la otra. Allí, se unen con los iones de hidróxido para formar hidróxido de sodio (sosa cáustica).

La reacción general de este proceso es: <chem>2 NaCl + 2 H2O -> Cl2 + H2 + 2 NaOH</chem> Esto significa que la sal y el agua se transforman en cloro, hidrógeno y sosa cáustica.

Celda de membrana básica utilizada en la electrólisis de salmuera. En el ánodo (A), el cloruro (Cl^-) se oxida a cloro. La membrana selectiva de iones (B) permite que el contraión Na⁺ fluya libremente, pero evita que se difundan aniones como el hidróxido (OH^-) y el cloruro. En el cátodo (C), el agua se reduce a hidróxido e hidrógeno gaseoso. El proceso neto es la electrólisis de una solución acuosa de NaCl en productos industrialmente útiles, hidróxido de sodio (NaOH) y cloro gas.

Celda de diafragma: un método con barrera

En el proceso de celda de diafragma, también hay dos compartimentos separados por una barrera permeable, que a menudo estaba hecha de fibras de asbesto. La salmuera entra por un lado y fluye hacia el otro.

Al igual que en la celda de membrana, el cloro se produce en el ánodo y el agua se convierte en iones hidróxido y gas hidrógeno en el cátodo. El diafragma evita que los iones hidróxido reaccionen con el cloro. La sosa cáustica que se obtiene es diluida y necesita ser concentrada y purificada.

Celda de mercurio: un método en desuso

En el proceso de celda de mercurio, la salmuera flota sobre una capa delgada de mercurio. El mercurio actúa como un electrodo donde se forma sodio, que se mezcla con el mercurio. Esta mezcla se saca y reacciona con agua para producir hidróxido de sodio, hidrógeno y mercurio. El mercurio se devuelve al proceso. El cloro se produce en el otro electrodo.

Este método se está dejando de usar debido a las preocupaciones sobre el impacto ambiental del mercurio.

Electrodos: las piezas clave

Los electrodos son las partes por donde entra y sale la electricidad en el proceso. Debido a que el cloro es muy corrosivo, el ánodo (donde se forma el cloro) debe ser de un material que no reaccione fácilmente. Hoy en día, se usan ánodos de titanio recubiertos con óxidos de metal. Históricamente, se usaron materiales como el platino o el grafito. El cátodo (donde se forma el hidróxido) puede ser de titanio, grafito o metales como el acero inoxidable o el níquel.

Proceso en el laboratorio

Para entender cómo funciona, se puede hacer una electrólisis a pequeña escala en un laboratorio. Se usan dos recipientes, uno con agua salada y otro con agua pura, conectados por un "puente de sal". Los electrodos deben ser de materiales que resistan la corrosión, como los metales del grupo del platino para el ánodo, y acero inoxidable o plata para el cátodo.

Asociaciones de fabricantes

Las empresas que producen cloro y otros productos de este proceso tienen asociaciones que los representan. Algunas de ellas son Euro Chlor y The World Chlorine Council.

Véase también

En inglés: Chloralkali process Facts for Kids

• Electrodo de difusión de gas
• Ingeniería electroquímica
• Proceso Solvay

Galería de imágenes

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  Dibujo antiguo de una planta de proceso de cloroalcalino (Edgewood, Maryland)

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  Sala de celdas de una planta de cloro-álcali, 1920

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  Celda de membrana básica utilizada en la electrólisis de salmuera.

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  Celda de mercurio para el proceso de cloroalcalino