Idrossido di sodio
L’idrossido di sodio NaOH è una sostanza basica, deliquescente all’aria da cui assorbe anidride carbonica trasformandosi in NaHCO3 e Na2CO3 .
A temperatura ambiente non corrode la gomma né le resine sintetiche ma attacca i metalli quali l’alluminio, lo stagno, lo zinco e il piombo. Distrugge i tessuti organici, animali e vegetali.
Preparazione
La soda caustica si ottiene in due modi:
1) Per reazione del carbonato di sodio con idrossido di calcio
2) Per elettrolisi di soluzioni acquose di cloruro di sodio
Reazione del carbonato di sodio con idrossido di calcio
Tale reazione di equilibrio, viene detta caustificazione del carbonato ed è la seguente:
Na2CO3 + Ca(OH)2 ⇌ 2 NaOH + CaCO3
La reazione avviene con rese elevate quando la concentrazione del carbonato di sodio è bassa: con soluzioni al 10% di Na2CO3 la resa è del 97%, mentre con soluzioni al 16% la resa cala al 91%. La reazione viene fatta immettendo una soluzione di carbonato di sodio e ossido di calcio in caldaie disposte in serie a cascata munite di agitatore e di camicia per il riscaldamento mediante vapore. L’ossido di calcio reagisce con l’acqua secondo la reazione esotermica:
CaO + H2O = Ca(OH)2
La soluzione passa in decantatori dove il carbonato di calcio insolubile che si forma viene separato per decantazione e quindi per filtrazione.
A questo punto si ottiene una soluzione al 10% e, per una sua ulteriore concentrazione si usano evaporatori e l’evaporazione di parte dell’acqua porta a una concentrazione fino al 50%.
Desiderando soda caustica al 98% si concentra in apposite caldaie di ghisa speciale e si aumenta la temperatura fino a 300°C con eliminazione dell’acqua e la massa fusa viene colata in stampi nei quali solidifica.
Il prodotto ottenuto, tuttavia, è impuro e, nel caso che sia richiesto un prodotto con elevato grado di purezza si procede sciogliendo la soda caustica in alcol etilico quale solvente nel quale le impurezze tipicamente contenute ( carbonato di sodio, ossidi di ferro, silice ecc) sono insolubili. Dalla soluzione si evapora l’alcol e il residuo viene fuso e colato ottenendo soda caustica pura.
Elettrolisi di soluzioni acquose di cloruro di sodio
Nel processo elettrolitico la corrente elettrica passa attraverso una soluzione di cloruro di sodio in speciali celle di elettrolisi. Il cloruro di sodio decomposto dalla corrente forma una soluzione al 10-12% di NaOH con sviluppo di H2 al catodo di ferro e di Cl2 all’anodo di grafite secondo la reazione:
2 NaCl + 2 H2O → H2 + Cl2 + 2 NaOH
Al catodo avviene la reazione 2 H2O → 2 OH– + H2
Man mano che intorno al catodo aumenta la concentrazione di ioni OH– questi tendono a migrare verso l’anodo dove reagiscono con Cl2 originando ipocloriti:
Cl2 + 2 OH–→ ClO– + Cl– + H2O
Con conseguente perdita di cloro e di soda caustica. Per impedire questa diffusione delle sostanze prodotte si ricorre a diaframmi di cemento poroso o a campane nelle quali la separazione dei due liquidi è ottenuta dalla differenza di densità tra la soluzione catodica ( NaOH) più densa e la soluzione anodica (NaCl) meno densa.
In aggiunta a questa tecnica si può elettrolizzare una soluzione di NaCl fra un anodo inattaccabile al cloro come la grafite e di un catodo al mercurio: tale processo è noto come processo Castner-Kellner. La reazione all’anodo è :
2 Cl– → Cl2 + 2e–
La semireazione che avviene all’catodo di mercurio è:
2 Na+ + 2 e – → 2 Na
Il sodio metallico forma una amalgama con il mercurio dando luogo alla reazione
2 Na(amalgama) → 2 Na+ + 2 e–
L’amalgama reagisce con l’acqua originando idrossido di sodio e acqua.