Derivados Químicos de la Sal.pdf - Red Jedi Evolution

Bloque 1. Materiales de la química
DERIVADOS QUÍMICOS DE LA SAL
PARTE A. ELECTRÓLISIS DE LA SAL
Desde hace 5.000 años, las bases como el hidróxido de sodio
han sido de gran importancia para el género humano. Antes
de la revolución industrial, las bases se usaban principalmente
en la fabricación de jabón. Posteriormente, aumentó su
interés al ser utilizadas para la fabricación de acero y vidrio.
Desde ese momento, hubo que encontrar nuevos métodos de
fabricación de hidróxido de sodio a gran escala.
A finales del siglo pasado, se sabía que algunas sustancias se
podían descomponer mediante la electrólisis (el paso de la
corriente eléctrica a través de una disolución o una sustancia
fundida). Así, una disolución de sal (NaCl) se puede descomponer,
al paso de la corriente, en hidróxido de sodio (NaOH) y
cloro (Cl2 ). En un principio, la utilización de este método presentaba
dos problemas:
1. No existía una red de distribución de energía eléctrica a gran
escala.
2. Apenas se conocían usos para el cloro producido por esta
reacción química.
El primer problema se resolvió a principios de este siglo, al
mejorar los métodos de producción y distribución de energía
eléctrica. El segundo problema fue resuelto a medida que se
fueron encontrando nuevos usos para el cloro.
En esta Unidad analizaremos las ventajas y los problemas que
genera la producción de cloro e hidróxido de sodio mediante
este método.
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Derivados químicos de la sal
Qué vamos a estudiar
En esta Unidad vamos a estudiar
las siguientes cuestiones:
Parte A. Descomposición de la sal
por electrólisis. Productos derivados:
utilidades y problemas que
presentan.
Parte B. El problema de las cantidades
en un proceso químico.
Parte C. Transporte de productos
peligrosos.
Parte D. Problemas similares a los
que hace frente la industria química.

Bloque 1. Materiales de la química
DESCOMPOSICIÓN DE LA SAL
307 Kg de agua
SAL
1.000 Kg
ELECTRICIDAD
La electrólisis de la sal se realiza en una célula con cátodo de
mercurio; así se obtiene hidróxido de sodio puro. La ecuación
general es:
2NaCl + 2 H 2 O 2 NaOH + Cl 2 + H 2
En la Figura 1, se recogen las cantidades de los tres productos
que se obtienen a partir de una tonelada de cloruro de sodio.
Observa que el valor de los productos es mayor que el coste
del NaCl y la electricidad. Este beneficio es el que permite a la
industria amortizar las instalaciones, pagar sueldos y soportar
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HIDRÓXIDO
SÓDICO
607 Kg
684 Kg 17 Kg
11.000 pts
20.000 pts. 30.000 pts 38.000 pts 5.000 pts
Figura 1. Cantidades y productos obtenidos de la electrólisis de 1000 Kg de sal
CLORO
Lejía
Fabricación
de productos
químicos.
Limpieza
doméstica.
ácido
clorhídrico
(HCl)
SAL
(Cloruro de sodio,
NaCl)
HIDRÓXIDO DE
SODIO
Medicamentos.
Alimentación.
Cosmética
Fabricación de
Papel.
Pasta de celulosa.
Fibras sintéticas.
Jabones y detergentes.
HIDRÓGENO
(H 2 )
Fabricación de
margarinas.
Hidrogenación.
Figura 2. Algunos usos de los productos químicos derivados de la sal
C
L
O
R
O
Derivados químicos de la sal
HI
I
D
R
Ó
G
E
N
O
P1. Escribe y ajusta la reacción
de la electrólisis de la sal.
P2. Para tratar 1000 kg de sal,
calcula la cantidad de agua
que se precisa. Calcula
también cuánto cloro,
hidróxido de sodio e hidrógeno
se obtienen. Compara
tus resultados con los de la
Figura 1.

Bloque 1. Materiales de la química Derivados químicos de la sal
los costes de funcionamiento de la fábrica.
Los tres productos de la reacción, NaOH, Cl2 y H2 , tienen
gran utilidad; además de tener sus propias aplicaciones, pueden
combinarse entre sí para obtener nuevas sustancias, utilizadas
por la industria o para cubrir necesidades domésticas.
Así, podemos incluir dos proceso tradicionales:
1. Fabricación de lejía. El hidróxido de sodio reacciona con el
cloro y forma el hipoclorito de sodio (NaClO), una sustancia
sólida que se vende disuelta en agua.
El hipoclorito de sodio es un buen agente oxidante y un
eficaz bactericida. Se usa en las industrias y en el hogar, en
este último caso se le conoce como lejía.
2. Fabricación de ácido clorhídrico (HCl). El hidrógeno y el
cloro reaccionan y forman el cloruro de hidrógeno, sustancia
que muestra sus propiedades ácidas al disolverlo en
agua. El ácido producido mediante esta reacción, es muy
puro y sirve tanto para aplicaciones farmacéuticas como en
la industria alimentaria.
PARTE B. EL PROBLEMA DE LAS CANTIDADES
El cloro, el sodio y el hidróxido de sodio son subproductos que
se generan a la vez en la célula electrolítica y siempre en proporciones
fijas. Esto significa que no se puede variar el tanto
por ciento de cloro o de hidrógeno que se produce a partir de
una tonelada de cloruro de sodio.
Para que una fábrica resulte rentable hay que vender o utilizar
todos los subproductos. Ya hemos visto qué cantidades de
cada uno de ellos se obtienen.
Podemos obtener las cantidades de lejía y de ácido clorhídrico
que deseemos, utilizando los reactivos que se muestran en la
Figura 3. Su producción está unicamente sujeta a la demanda
del mercado.
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P3. Escribe y ajusta la reacción
entre el cloro y el
hidrógeno.
El cloruro de hidrógeno,
cuando está disuelto en
agua, se le llama ácido
clorhídrico.
Con los datos de la Figura
1, determina cuánto ácido
se podría obtener a partir
de 1000 kg de sal, si se
dedicara toda ella a
fabricar ácido.
P4. A la vista de la Figura 3,
calcula la riqueza (tanto
por ciento) en ácido de la
disolución. Determina su
molaridad.
P5. Utilizando la información
de la Figura 3, indica cuál
es la riqueza (tanto por
ciento) en lejía de la
disolución. Calcula su
molaridad.

Bloque 1. Materiales de la química
H
I
D
R
Ó
G
E
N
O
10 Kg 355 Kg
HIDRÓXIDO
SÓDICO
160 Kg
C
L
O
R
O
C
L
O
R
O
142 Kg
635 Kg de agua
698 Kg de agua
Figura 3. Cantidades que se precisan para obtener 1000 Kg de ácido clorhídrico y lejía
PARTE C. TRANSPORTE DE PRODUCTOS PELIGROSOS
El transporte de mercancías peligrosas, además de ser arriesgado,
no es barato, ya que se deben cumplir unas normas de
Figura 4. Camión cisterna para el transporte de cloro
seguridad que encarecen demasiado el coste de los productos.
Para reducir los gastos del transporte, las empresas que utilizan
grandes cantidades de cloro, hidrógeno o hidróxido de
sodio, procuran construir sus fábricas cerca de las que producen
estos reactivos.
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ácido
clorhídrico
1.000 Kg
lejía
1.000 Kg
Derivados químicos de la sal

Bloque 1. Materiales de la química
Cloro: se transporta licuado a alta presión en bombonas y en
camiones o vagones cisterna. Es un gas muy tóxico y su
manipulación es peligrosa.
Hidrógeno: no se puede licuar por presión a temperatura
ambiente. Se vende como gas comprimido a elevadas presiones.
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 comercializan
disueltos en agua.
PARTE C. PROBLEMAS
Los problemas que planteamos a continuación son similares a
los que debe enfrentarse una empresa electroquímica. Así,
vamos a imaginar una empresa que denominaremos “Sales de
Aragón”.
Para resolver los problemas que se presentan, debes considerar que
dentro 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 tanto
operarios como directivos de “Sales de Aragón”, han
expresado su preocupación.
a) ¿Qué problemas podría causar a la empresa esta huelga?
b) ¿Qué medidas tomarías en el caso de que la huelga se llevase
a cabo?
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Derivados químicos de la sal

Bloque 1. Materiales de la química Derivados químicos de la sal
canal de Tauste
río Ebro
X
La Rioja-País Vasco
Castilla-Galicia
La Rioja-País Vasco
Castilla-Galicia
Tudela-Navarra
salinas
dirección dominante del
viento
río Ebro
línea ferrea norte-centro
DATOS DE REMOLINOS:
Población de 1.261 habitantes a 35
Km de Zaragoza.
Presenta unos 50 desempleados.
La población ha sufrido una fuerte
emigración en los últimos años.
La línea férrea se encuentra infrautilizada
en el transporte de mercancías.
Alta densidad de tráfico en las
carreteras nacionales próximas.
salinas
salinas
página 6
carreteras a mina
Remolinos
N-236
salinas
carreteras a mina
A-68
o
Zaragoza
Zaragoza-
Barcelona
Zaragoza-
Madrid-
Barcelona
Figura 5.

Bloque 1. Materiales de la química Derivados químicos de la sal
Problema 2
Sales de Aragón tiene prevista la instalación de una nueva
fábrica en las inmediaciones de Remolinos, en la provincia de
Zaragoza. Puedes observar, en el mapa de la Figura 5, la ubicación
de la zona, así como sus comunicaciones por ferrocarril y por
carretera.
Aprovechando que en el área de Remolinos se han explotado
desde la antigüedad yacimientos de halita o sal gema, la
empresa quiere construir la nueva fábrica en el lugar señalado
en el mapa con una X;sin embargo, el Ayuntamiento de la
localidad se opone a esta ubicación, porque se sitúa en la zona
de arbolado y huerta del término municipal. A cambio, el
Ayuntamiento ha ofrecido altas subvenciones y ayuda económica
a la empresa, si decide construir en los terrenos próximos
a la mina que no presentan interés agrícola ni
forestal. En el mapa se señala con un O.
En cada uno de los pequeños grupos de clase, realizad un cuadro,
donde se recojan las ventajas e inconvenientes que tienen
cada uno de los dos emplazamientos propuestos por la empresa
constructructora y por el Ayuntamiento.
Otra alternativa sería dividir a la clase en dos subgrupos, uno
representaría a la empresa, y el otro, a la Junta Municipal.
Cada uno deberá defender sus intereses. El resto de la clase
hará de público.
Problema 3
“Sales de Aragón” fabrica PVC utilizando el Cl2 que produce
en su planta, pero otra compañía te ofrece PVC a un precio un
10% más barato de lo que a ti te cuesta fabricarlo.
¿Qué factores deberías tener en cuenta antes de decidir cerrar
tu planta de PVC durante seis meses y vender el PVC que te
han ofrecido?
Problema 4
En los últimos meses ha subido alarmantemente el precio del
gasoleo 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 más
famoso y controvertido,
relacionado con el cloro,
es el PVC.
Puedes consultar las siguientes
direcciones web donde encontrarás
información sobre este
compuesto desde diferentes
perspectivas: www.amiclor.org
y www.greenpeace.es.
Elabora un pequeño
informe donde pongas de
manifiesto los dos puntos
de vista.
P7. ¿Podemos vivir sin PVC?
Busca utensilios de PVC
en tu casa y haz una lista de
todos ellos. El PVC se
caracteriza por llevar el
código 3 en el interior
de un triángulo formado
por tres flechas curvadas
(en ocasiones se
escribe bajo el triángulo
la letra V).
Elabora un cuadro donde
señales para cada utensilio:
a) Los usos domésticos de
cada uno de ellos.
b) Qué propiedades del PVC
(por ejemplo: ligereza,
transparencia, aislante
eléctrico, inerte a algunos
reactivos químicos, precio,
flexibilidad...) se
tuvieron en cuenta para
elegir este material.
c) Qué producto alternativo
podríamos utilizar para
suplir al PVC. Indica las
ventajas e inconvenientes
que presenta frente a aquél.

Bloque 1. Materiales de la química Derivados químicos de la sal
proyectando la construcción de fábricas que se abastecerían
con 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 esta
Unidad y tus conocimientos de química, puedes contestar
razonadamente a las preguntas)
c) Explica las ventajas e inconvenientes que tendría suministrar
a estas empresas mediante tuberías, en lugar de utilizar
cisternas.
d) ¿Qué sugerencias les harías a estos dos fabricantes respecto
a la ubicación de sus fábricas?
Problema 5
“Sales de Aragón” utiliza gran parte del cloro y del hidróxido
de sodio para fabricar lejía. La lejía es un producto fabricado
mayoritariamente para la industria química; sin embargo, tiene
una aplicación doméstica importante: eliminar los olores de
las aguas residuales de los hogares.
a) Teniendo en cuenta que tu fábrica puede producir suficiente
lejía para responder a la demanda de los meses de verano,
¿qué equipamiento adicional necesitarías para poder
servir los pedidos en estos meses?
Demanda
enero marzo junio sept. dic.
Demanda de lejía
para piscinas
(verano)
Demanda
industria
Figura 6. Variación de la demanda de lejía a lo largo del año
b) Si utilizas hidróxido de sodio y cloro para fabricar lejía,
podrías tener problemas por la falta o exceso de algún reactivo.
¿Te sobrará cloro o hidróxido de sodio? ¿Qué harías
con el excedente de hidrógeno?
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Bloque 1. Materiales de la química
DERIVADOS QUÍMICOS DE LA SAL
Contenidos científicos:
Propiedades de las sustancias
químicas.
Transformaciones químicas y
su importancia en la industria
y en vida cotidiana.
Ejercicios de resolución de
problemas relativos a la
producción de hidróxido
sódico y cloro mediante la
electrólisis del cloruro de
sodio.
Conexiones con los bloques
de contenidos en el
Curriculum de Ciencias:
Diversidad y unidad de
estructura de la materia.
Los cambios químicos.
Unión entre átomos.
Las personas y la salud.
Temas transversales
Educación para la Salud.
Tiempo de realización
2 horas y trabajo para casa,
según el número de problemas
que se aborden.
SUMARIO
Esta Unidad trata sobre la producción de hidróxido sódico y cloro
mediante la electrólisis de cloruro sódico.
ACTIVIDADES PARA LOS ESTUDIANTES
Parte A. Información, datos e interpretación de la descomposición
de la sal mediante electrólisis. Aportaciones a la industria y
a los hogares. Algunos problemas que se pueden presentar.
Productos derivados de la electrólisis. Utilidades.
Parte B. El problema de las cantidades. Información y cuestiones
sobre las cantidades que intervienen en un proceso químico.
Parte C. Información y cuestiones acerca del transporte de sustancias
peligrosas. Problemas que plantea.
Parte D. Problemas. Se presentan a los alumnos varios problemas
similares a los que tendría que hacer frente una industria química.
OBJETIVOS
Tomar conciencia de algunos de los problemas económicos y
tecnológicos que conlleva un proceso químico.
Valorar la necesidad de un equilibrio entre diferentes factores
en la toma de decisiones de la industria.
Practicar estrategias de resolución de problemas y de toma de
decisiones.
Proporcionar oportunidades a los estudiantes de manejar datos
y técnicas, incluyendo su recogida, memorización, interpretación
y predicción.
Mostrar la utilidad de algunas propiedades de las sustancias
con las que trabaja la industria química.
Presentar normas de seguridad en el trabajo con sustancias químicas.
USO Y ADAPTACIÓN DE LA UNIDAD
La Unidad presenta varias oportunidades para trabajar en habilidades
en el manejo de datos en varios niveles, tales como:
reproducir datos en tablas, recogida de datos de gráficas y
extracción de conclusiones. Tambien permite poner en práctica
tus experiencias y los conocimientos adquiridos para hacer
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Derivados químicos de la sal

Bloque 1. Materiales de la química Derivados químicos de la sal
predicciones en nuevos contextos.
Las hojas para los estudiantes deben leerse
previamente, bien en casa, bien en clase, y
resolver todas las dudas. Se supone que los
alumnos estarán familiarizados con los principios
de la electrólisis industrial de la sal.
Después de leer la Unidad, la clase
puede dividirse en grupos de cuatro o
cinco estudiantes. Cada grupo representa
un equipo de toma de decisiones dentro
de una empresa química que produce cloro e
hidróxido de sodio. Los estudiantes pueden
adoptar los cometidos sugeridos.
A cada grupo se le debería proponer uno o
varios problemas, y exponerlos posteriormente
al resto de la clase. Conviene insistir
en que una empresa debe obtener un beneficio
máximo, sin descuidar sus responsabilidades
con los trabajadores y con la comunidad
local.
La mayoría de las preguntas no tienen una
respuesta sencilla y "correcta", pero a continuación
se ofrecen algunas pistas a los profesores
para que las discusiones en clase sean
fructíferas.
NOTAS PARA EL PROFESOR
Problema 1
Los cortes en el suministro eléctrico son desastrosos
para las plantas electrolíticas. Habría problemas
técnicos y laborales (despido de trabajadores)
si tuviera que cerrarse la planta. También
se ocasionarían problemas financieros por la pérdida
de mercado. Muchas plantas tienen sus propios
generadores, que funcionan a tiempo completo
y que pueden suministrar electricidad a la
red durante los periodos de baja demanda de
electrólisis. Siempre es preferible una disminución
en el ritmo de producción a una parada
total, para evitar así el tiempo muerto que habría
que dedicar para que la planta volviera a trabajar
a pleno rendimiento.
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Problema 2
La ubicación propuesta por el Ayuntamiento
tiene como ventajas un menor impacto ambiental,
proximidad a las minas y acceso fácil a una
carretera secundaria. Teniendo en cuenta la
dirección dominante del viento, esta propuesta
es más segura para la población.
La ubicación propuesta por la empresa tiene
próximo el río, del que debe tomar el agua en
grandes cantidades, está más próxima a la autopista
y a la vía férrea, pero para aceder a ellas
sería necesario construir un nuevo puente sobre
el río, que mejoraría las condiciones de la zona.
Problema 3
Factores que se deben tener en cuenta: empleo
de nuevos trabajadores en la planta de PVC,
pérdidas económicas por la disminución de ventas
de subproductos (hidrogeno e hidróxido de
sodio), daños en la maquinaria ocasionados por
la inactividad...
Problema 4
a) Cloro para el PVC e hidrógeno para la margarina.
b) Los costes por tonelada son altos para el
hidrógeno, puesto que el camión cisterna
transporta cerca de una tonelada de gas a presión,
mientras que el depósito de cloro líquido
transporta unas 18 toneladas.
c) La tubería tiene un elevado coste inicial, pero
unos costes de funcionamiento bajos que
pueden amortizar la inversión inicial, si se
abastece a un cliente importante. El principal
inconveniente es que la fábrica y los clientes
deben permanecer fijos en un lugar concreto.
d) Los fabricantes de margarina deberían situar
su planta lo más cerca posible de la fábrica
de hidrógeno. Esto también es válido para los
fabricantes de PVC, aunque es menos importante
debido a que los costes de transporte de
cloro son menores.

Bloque 1. Materiales de la química Derivados químicos de la sal
Problema 5
a) Es posible que se necesiten tanques adicionales
para almacenar la lejía; y con toda probabilidad
se necesitará más transporte.
b) La fabricación de lejía es una muy buena
manera de aumentar la rentabilidad de una
planta de electrólisis, puesto que la producción
de lejía utiliza cloro e hidróxido de sodio
en la misma proporción que la que produce la
célula. El hidrógeno adicional se puede vender
fácilmente.
Cálculos estequiométricos
Los cálculos estequiométricos de esta Unidad se
pueden realizar sin utilizar los conceptos de mol
y masa molecular.
Otros tipos de celdas. La Unidad solamente menciona
las celdas con electrodo de mercurio, que
es la opción más utilizada en este momento. Sin
embargo, los problemas ambientales asociados a
las celdas de mercurio, hacen que la industria del
cloro y los álcalis (en Europa y Estados Unidos,
al menos) no instale más celdas de estas características.
Las nuevas celdas son del tipo membrana.
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 e
hidrógeno, para dar cloruro de hidrógeno, es
la misma que la relación en la que se obtienen
de la electrólisis. Por ello, no son
imprescindibles los cálculos de reactivos
limitantes, ni siquiera de ajuste de reacciones;
página 11
basta con considerar la conservación de la masa
en reactivos y productos:
606,7 Kg de Cl2 (g) y 17 kg de H2 (g) deben producir
623,7 Kg de HCl(g).
P4. 63,5% de H 2 O 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 obtiene
también H2. La reacción ajustada es: Cl2 +
2 NaOH ----2NaClO + H2 .
La desviación de estos cálculos, frente a los de
la Figura 3, es muy pequeña.
Para saber más
Para más detalles sobre la electrólisis del
NaCl en disolución acuosa (salmuera), se
puede consultar:
Bailar J.C., y otros, (1983). Química,
Barcelona: Vicens Vives.
También se puede consultar la página:
scifun.chem.wisc.edu/chemweek, donde se
recogen los detalles del proceso, así como
datos industriales sobre producción y consumo
en EE.UU.
En Aragón, este proceso se realiza
por la empresa "Aragonesas de
Industrias y Energías", en su planta de
Sabiñánigo (Huesca). Su página web:
www.aragonesas.com
Uno de los productos más conocidos y polémicos
es el cloro, sobre todo por su aplicación
en la fabricación de plásticos, PVC, blanque

Bloque 1. Materiales de la química Derivados químicos de la sal
antes, etc. Por lo que se refiere al uso del cloro
en la industria, existe una página, financiada por
empresarios del cloro: www.amiclor.org.
El punto de vista ecológico se puede recoger de
la página de Greenpeace:
www.greenpeace.es. Aquí, se puede encontrar
información sobre el PVC y su uso en construcción,
plásticos para envases, juguetes, etc.
La orientación de estas dos últimas referencias
es, lógicamente, bastante diferente.
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Bloque 1. Materiales de la química Derivados químicos de la sal
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