Le procédé de Solvay

Depuis le début de ce siècle on prépare le carbonate de sodium par le procédé Solvay. Ce principe est simple. En voici l’équation bilan qui le décrit globalement : 2 NaCl(aq) + CaCO₃(s) -> Na₂CO₃(s) + CaCl₂(s)

Explication des différentes étapes :

1. Le carbonate est d’abord converti en hydrogénocarbonate par un processus qui commence par la décomposition du carbonate de calcium par chauffage : CaCO₃(s) -> CaO(s) + CO₂(g)
2. Le dioxyde de carbone formé dans la réaction est transformé en acide carbonique par dissolution dans l’eau : CO₂(g) + H₂O(l) -> H₂CO₃(aq)
3. En pratique, puisque cette réaction se produit dans l’ammoniac aqueux, elle est accompagnée de la réaction acide-base de Brönsted qui conduit à l’hydrogénocarbonate : H₂CO₃(aq) + NH₃(aq) -> NH₄+(aq) + HCO₃^-(aq) La dernière étape commence par la réaction de précipitation par une saumure : NaCl(aq) + NH₄HCO₃(aq) -> NaHCO₃(s) + NH₄Cl(aq)
4. Bien que les sels de sodium soient solubles dans l’eau, cette réaction se poursuit parce que NaHCO₃ n’est pas très soluble dans le mélange réactionnel concentré. Le produit solide est retiré et transformé en carbonate de sodium anhydre par chauffage : 2 NaHCO₃(s) -> Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g)
5. Le dioxyde de carbone est recyclé. Deux réactions acide-base consécutives sont utilisées pour régénérer l’ammoniac. D’abord la chaux produite par la décomposition du carbonate de calcium est éteinte : CaO(s) + H₂O(l) -> Ca(OH) ₂ Dans cette réaction, l’eau agit comme un acide de Brönsted et O^2- comme une base. Puis l’ion OH^- de Ca(OH)₂ est utilisé comme une base avec l’ion NH₄⁺ de la solution de NH₄Cl : NH₄⁺(aq) + OH^-(aq) -> NH₃(aq) + H₂O(l)

Globalement, la réaction de récupération de l’ammoniac est : 2 NH₄Cl(aq) + CaO(s) -> 2 NH₃(aq) + H₂O(l)