Cloro, ácido clorhídrico y sosa cáustica: usos y procesos industriales

Resumen

El documento describe las características y usos industriales del cloro, el ácido clorhídrico y la sosa cáustica. Explica la diferencia entre pila y celda electrolítica y compara los tipos de celdas (Down, de diafragma y de amalgama) para obtener NaOH. También detalla el proceso de obtención del HCl y las medidas de seguridad necesarias.

Puntos clave

El cloro (Cl2) es un gas venenoso de olor picante que no se encuentra libre en la naturaleza.
El ácido clorhídrico (HCl) es un ácido fuerte, corrosivo y muy tóxico usado para eliminar sarro y recubrimientos metálicos.
La sosa cáustica (NaOH) es una base fuerte usada en la fabricación de jabones y en la industria cosmética.
Una pila entrega energía de forma instantánea por una reacción química, mientras que una celda electrolítica requiere energía externa para separar iones.
La celda de amalgama produce NaOH al 50% sin concentración adicional, pero usa mercurio, caro, tóxico y cancerígeno.
El HCl se obtiene haciendo reaccionar H2 y Cl2 en un soplete de cuarzo, con una rejilla metálica que evita reacciones detonantes prematuras.

Ponte a prueba

Características y usos del cloro (Cl2)

Características: El cloro es un gas venenoso, medianamente tóxico y de olor picante. No se encuentra libre en la naturaleza, sino combinado con otros elementos.

Usos:

Productos farmacéuticos
Plásticos
Detergentes
Desinfectantes

Características y usos del ácido clorhídrico (HCl)

Características: Ácido fuerte, corrosivo y muy tóxico.

Usos: Se utiliza para eliminar el sarro de los equipos; también elimina iones como Ca²⁺ y Mg²⁺ del agua; y para eliminar capas o recubrimientos en metales.

Características y usos de la sosa cáustica (NaOH)

Características: Corrosiva, base fuerte.

Usos:

Fabricación de jabones
Industria cosmética

Diferencias entre una pila y una celda

Concepto:

Pila: Entrega energía de forma instantánea mediante una reacción química que ocurre en su interior.
Celda (electrolítica): Requiere energía externa con la finalidad de separar iones (aniones y cationes) de una solución por medio de una corriente eléctrica.

Tipos de celdas para la obtención de NaOH

Celda Down

Ventajas: Separa fácilmente el cloro mediante un proceso electrolítico.

Desventajas: Como requiere sal fundida, es necesario gastar más energía para fundirla, sumando ese gasto a la energía necesaria para hacer funcionar la celda.

Celda de diafragma

Ventajas: Utiliza salmuera, la cual es más barata que la sal fundida.

Desventajas: La sosa cáustica obtenida sale con aproximadamente un 12% de concentración tras el proceso, y se necesita alrededor de 50%. Por ello se requiere un evaporador de múltiple efecto para concentrarla, lo que conlleva mayor consumo energético.

Celda de amalgama

Ventajas:

El NaOH obtenido sale con la concentración adecuada (~50%), por lo que no requiere un proceso adicional de concentración.
El mercurio utilizado se recircula, por lo tanto no se consume en exceso.
Utiliza salmuera, que es más barata.

Desventajas:

El Hg (mercurio) es caro y además es cancerígeno y tóxico.
Es necesario trabajar a bajas temperaturas, ya que a temperatura ambiente el mercurio puede evaporarse, aumentando el riesgo sanitario y ambiental.

Obtención de ácido clorhídrico (HCl)

Fundamento: Obtener dos corrientes gaseosas —una de hidrógeno (H₂) y otra de cloro (Cl₂)— y mezclarlas para formar ácido clorhídrico (HCl).

Proceso descrito

El cloro gaseoso se hace pasar por un lavador, luego se seca con ácido sulfúrico y se filtra. La corriente de H₂ se lava y se refrigera. Luego ambas corrientes se hacen pasar por un soplete de cuarzo, donde reaccionan violentamente formando HCl.

La función del soplete es que Cl₂ y H₂ reaccionen en el punto y momento indicados, formando así HCl de manera controlada. El soplete dispone de una rejilla metálica que impide que los reactivos reaccionen antes de tiempo y formen una reacción detonante.

Observaciones de seguridad

El manejo de Cl₂, HCl concentrado, NaOH y mercurio requiere medidas estrictas de seguridad por su toxicidad y corrosividad.
Se deben utilizar sistemas de contención, equipos de protección personal y tratamientos para emisiones y efluentes para reducir riesgos ambientales y sanitarios.

Preguntas frecuentes

¿Por qué la celda de diafragma necesita un evaporador de múltiple efecto?

La sosa cáustica sale de la celda de diafragma con unos 12% de concentración, mientras que se necesita alrededor de 50%. Por ello se requiere un evaporador de múltiple efecto, lo que aumenta el consumo energético.

¿Cuál es la desventaja principal de la celda de amalgama?

El mercurio es caro, cancerígeno y tóxico, y a temperatura ambiente puede evaporarse, aumentando el riesgo sanitario y ambiental. Por eso hay que trabajar a bajas temperaturas.

¿Para qué sirve la rejilla metálica del soplete en la obtención de HCl?

La rejilla impide que el H2 y el Cl2 reaccionen antes de tiempo y formen una reacción detonante. Así la formación de HCl se produce de manera controlada en el punto indicado.