Compuesto químico más importante: Hidróxido de sodio

Historia & Descubrimiento

El hidróxido de sodio se erige como la base fuerte más ampliamente utilizada en la industria química, presentándose en forma de un sólido cristalino blanco e inodoro a temperatura ambiente. Reconocido como soda cáustica o lejía, posee propiedades corrosivas y tóxicas. Esta sustancia desempeña un papel fundamental como álcali en la producción de diversos productos, incluyendo detergentes, papel, telas sintéticas, cosméticos y productos farmacéuticos. Es un componente clave en numerosos limpiadores comunes, desengrasantes, limpiadores de desagües y productos de cuidado personal.

La producción a gran escala de hidróxido de sodio comenzó a mediados del siglo XIX, empleando ceniza de soda y cal en un proceso conocido como el método de caustificación de cal, que ahora está obsoleto. Este método implicaba la reacción de cal apagada (Ca(OH)2) y ceniza de soda (Na2CO3): Ca(OH)2(aq) + Na2CO3(aq) → 2NaOH(aq) + CaCO3(s). Simultáneamente, Charles Watt demostró un método alternativo, mostrando la electrólisis de la salmuera. La aplicación de la celda electrolítica de Watt resultó en hidróxido de sodio e hidrógeno en el ánodo, junto con cloro en el cátodo: 2NaCl(aq) + 2H2O(l) → Cl2(g) + 2NaOH(aq) + H2(g).

El trabajo de base realizado por Watt condujo al método electrolítico contemporáneo, desarrollado de manera independiente durante la década de 1880 por el químico estadounidense Hamilton Young Castner (1858-1899) y el químico austriaco Karl Kellner (1850–1905). El trabajo pionero de Castner se centró en idear un método rentable para la producción de sodio, contribuyendo significativamente a la industria del aluminio. Antes de finales de 1800, el aluminio se consideraba precioso debido a los desafíos para obtenerlo en forma pura. El enfoque innovador de Castner utilizó la reducción de cloruro de aluminio con sodio. Si bien inicialmente se empleó en Inglaterra, el método Hall-Héroult, desarrollado por Charles Martin Hall (1863–1914) y Paul L. T. Héroult (1863–1914), finalmente reemplazó el método de sodio de Castner para la producción de aluminio. Este cambio llevó a Castner a redirigir sus esfuerzos hacia la extracción de oro, lo que requería hidróxido de sodio de alta calidad. Su colaboración con Kellner resultó en el establecimiento de la Compañía de Álcali Castner-Kellner, posicionando al hidróxido de sodio como una base industrial competitiva junto con la ceniza de soda y la potasa, y también contribuyendo a la producción de cloro utilizado principalmente para la fabricación de lejía.

Producción & Aplicación

A medida que aumentaba la demanda de cloro a lo largo del siglo XX, el método de electrólisis para producir hidróxido de sodio gradualmente reemplazó al método de caustificación de cal. Para 1970, el hidróxido de sodio se fabricaba exclusivamente mediante electrólisis. Se emplean varios tipos de celdas electrolíticas para la producción de hidróxido de sodio, que generalmente caen en dos categorías generales: celdas de diafragma y celdas de mercurio. El método prevalente involucra celdas de diafragma, donde un diafragma separa cámaras, cada una conteniendo múltiples electrodos. Inicialmente, estas celdas de diafragma usaban asbesto, pero las variantes modernas utilizan polímeros especializados. La reacción que ocurre en la celda de diafragma se representa como 2NaCl(aq) + 2H2O(l) → Cl2(g) + H2(g) + 2NaOH(aq). El ánodo y el cátodo están construiduidos de grafito o aleaciones de acero. La salmuera, una solución saturada al 25% de NaCl de la que se han eliminado los iones de calcio y magnesio, se eleva en la cámara del ánodo para pasar a través del diafragma. El cloro se oxida en el ánodo, y el hidrógeno, junto con el hidróxido de sodio diluido (mezclado con cloruro de sodio no reducido), se produce en el cátodo. Las celdas de membrana, una alternativa, utilizan una membrana selectiva en lugar del diafragma, mejorando la eficiencia al permitir el paso de iones positivos (Na⁺) de las cámaras del ánodo al cátodo.
Las celdas de mercurio contemporáneas, basadas en los diseños originales de Castner y Kellner, utilizan mercurio como cátodo. El sodio producido forma un amalgama, que luego se mueve a una cámara de agua. Aquí, el grafito cataliza la disociación del sodio del mercurio. El sodio reacciona posteriormente con el agua para producir hidróxido de sodio según la reacción: 2Na(s) + 2H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2(g). Comercialmente, el hidróxido de sodio se vende en escamas o pellets anhidros o como soluciones acuosas al 50% o al 73%. Posee innumerables aplicaciones industriales, clasificándose entre los 10 productos químicos más importantes a nivel mundial en términos de producción y utilización. Aproximadamente se utilizan 15 millones de toneladas de hidróxido de sodio anualmente, siendo su mayor aplicación, consumiendo aproximadamente la mitad de su producción, como una base en la producción de otros productos químicos. Se utiliza extensamente en la industria papelera durante el proceso de desfibrado para separar las fibras disolviendo la lignina que las conecta. De manera similar, en la producción de rayón a partir de celulosa, se emplea hidróxido de sodio de manera comparable. El producto químico desempeña un papel fundamental en la industria del jabón, contribuyendo al proceso de saponificación donde los triglicéridos de animales y plantas se calientan en una solución básica para producir glicerol y jabón.

En la industria textil, se emplea hidróxido de sodio para el blanqueo y el tratamiento de textiles para mejorar la absorción de tintes. La industria petrolera incorpora hidróxido de sodio en lodos de perforación y como bactericida. El hipoclorito de sodio (NaOCl), derivado del hidróxido de sodio, se utiliza ampliamente en la limpieza y desinfección, constituyendo un componente importante en soluciones comunes de lejía para el hogar. La aplicación del hidróxido de sodio se extiende a la industria alimentaria para limpiar y pelar frutas y verduras. Sirve como ingrediente menor en numerosos productos domésticos, con algunas formulaciones que contienen hasta un 100% de hidróxido de sodio en ciertos limpiadores de desagües como los cristales de Drano.

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