Historia y Descubrimiento

El carbonato de sodio, comúnmente conocido como barrilla o carbonato sódico, es un compuesto inorgánico ampliamente utilizado con una producción global de aproximadamente 45 millones de toneladas, derivadas tanto de procesos naturales como sintéticos. Las fuentes naturales de carbonato de sodio incluyen el mineral trona, la nahcolita (NaHCO3) y los depósitos de salmuera. La trona, un evaporito de carbonato de sodio-bicarbonato de agua dulce con la fórmula Na3CO3HCO3 2H2O, se obtiene principalmente de depósitos como el sustancial en el área del río Green River de Wyoming, junto con depósitos en el Valle del Nilo en Egipto y la cuenca de Searles en California cerca de la ciudad de Trona. La producción de carbonato de sodio implica triturar, tamizar y calentar la trona extraída, lo que resulta en carbonato de sodio mezclado con impurezas. Para obtener carbonato de sodio puro, este producto se disuelve y se precipitan y filtran las impurezas.

Históricamente, el carbonato de sodio (Na2CO3) ha desempe?ado un papel crucial en la fabricación de vidrio, jabón y pólvora. Junto con el carbonato de potasio, conocido como potasa, el carbonato de sodio formó la base de la industria alcalina, marcando una de las primeras industrias químicas importantes. Los alcalinos se obtuvieron inicialmente de depósitos naturales a lo largo de la historia, con evidencia de que los egipcios usaban barrilla para la fabricación de vidrio ya en el 3500 a.C. El natrón (Na2CO3?10H2O) importado de lagos egipcios fue una fuente significativa de barrilla para Europa. Además, la barrilla se producía mediante la quema de madera y la lixiviación de las cenizas, creando una solución que producía barrilla al hervirla. El nombre "barrilla" proviene de la planta sosa, conocida científicamente como Salsola soda, o comúnmente llamada sosa o saladilla debido a su aplicación en la fabricación de vidrio. La barrilla, que se encuentra en aguas salinas a lo largo del mar Mediterráneo en Espa?a e Italia, se secaba y quemaba para producir carbonato de sodio.

Durante finales del siglo XVIII, la disminución de los bosques europeos y las disputas internacionales generaron incertidumbre sobre la disponibilidad de sales alcalinas. En respuesta, la Academia de Ciencias de Francia ofreció una recompensa en 1783 por desarrollar un método para producir barrilla a partir de sal común (NaCl). Nicolas LeBlanc (1743-1806) propuso una solución en 1783, lo que llevó a la apertura de una planta basada en su método en 1791. Desafortunadamente, la asociación de LeBlanc con la realeza francesa resultó en la confiscación de la planta durante la Revolución Francesa, y a pesar de las reclamaciones conflictivas sobre su método, nunca recibió la recompensa. Desalentado y sin recursos, LeBlanc se quitó la vida en 1806.

Producción y Aplicación

El método de LeBlanc utiliza ácido sulfúrico y sal común para producir inicialmente sulfato de sodio (Na2SO4). La reacción posterior implica sulfato de sodio con carbón y piedra caliza para generar carbonato de sodio y sulfuro de calcio:

La separación de carbonato de sodio y sulfuro de calcio se logra mediante mezcla con agua. Debido a la solubilidad del carbonato de sodio en agua y la insolubilidad del sulfuro de calcio, el primero permanece suspendido en la solución.

La implementación del proceso de LeBlanc llevó a una mayor demanda de ácido sulfúrico, marcando el comienzo de las primeras industrias químicas modernas a gran escala en alcalinos y ácidos. Las plantas que empleaban el proceso de LeBlanc se ubicaban estratégicamente en áreas con minas de sal, estableciendo naturalmente centros para industrias dependientes de la barrilla. Sin embargo, la industria alcalina, que utilizaba el proceso de LeBlanc, planteaba desafíos ambientales cerca de las plantas de alcalinos. El gas cloruro de hidrógeno emitido por estas plantas causaba la muerte de la vegetación en su vecindad inmediata. Para mitigar la contaminación del aire, el gas se disolvía en agua, formando ácido clorhídrico que se descargaba en arroyos, transformando el problema de la contaminación del aire en una preocupación por la contaminación del agua. Otro problema surgió del producto sólido sulfuro de calcio. Los residuos de sulfuro de calcio almacenados alrededor de las plantas de alcalinos reaccionaban con el aire y el agua, produciendo sustancias nocivas como dióxido de azufre e hidrógeno de sulfuro. Los propietarios de tierras cerca de las plantas de alcalinos buscaron alivio del da?o ambiental derivado de la producción de barrilla. La gravedad de la situación en Inglaterra llevó a la promulgación de las primeras "Leyes de los Alcalinos" en 1863 por la Cámara de los Lores del Parlamento. Estas leyes tenían como objetivo regular la producción de barrilla y obligar a los productores a reducir los impactos ambientales en el campo circundante.

El proceso de LeBlanc permaneció como el método principal para producir barrilla hasta 1860, cuando el belga Ernest Solvay (1838-1922) desarrolló el proceso Solvay, a veces denominado el método de amoníaco para la producción de barrilla. El proceso Solvay utiliza amoníaco (NH3), dióxido de carbono y sal para producir bicarbonato de sodio (bicarbonato de soda), NaHCO3. El bicarbonato de sodio se calienta luego para producir barrilla. Las series de reacciones que representan el proceso Solvay son:

Las fuentes naturales satisfacen la demanda de barrilla en los Estados Unidos, mientras que los países sin una fuente natural dependen más de la barrilla sintética y las importaciones. Una desventaja de la producción sintética de barrilla es la generación de contaminantes ambientales. La barrilla industrial se presenta en dos grados principales: liviana y densa. La aplicación principal de la barrilla es en la producción de vidrio, constituyendo aproximadamente el 30% de la producción de barrilla en los Estados Unidos. La barrilla decahidratada, Na2CO3.10H2O, conocida como carbonato de sodio, se usaba tradicionalmente con jabón de lavandería como agente ablandador. Actualmente, se emplea con jabones y detergentes de lavandería para mantener el pH y como agente secuestrante, un aditivo que mejora la limpieza. La barrilla juega un papel en la industria papelera, ablandando astillas de madera en la producción de pulpa, y sirve como base en la industria química para aumentar el pH, actuando también como fuente de iones de sodio en procesos químicos. El bicarbonato de sodio o bicarbonato de soda (NaHCO3) se produce mediante la reacción del dióxido de carbono con una solución de carbonato de sodio.

Referencia

Richard L. Myers (2009). Los 100 Compuestos Químicos Más Importantes: Una Guía de Referencia. Greenwood Publishing Group. 1 de octubre de 2009. https://doi.org/10.1021/ed086p1182