Aplicacion del oxido de sodio en la industria del vidrio - Grupo 2 PDF

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR CIENCIAS QUÍMICAS QUÍMICA QUÍMICA REDISEÑO FECHA: PARALELO:

junio 20, 2020 Q3-001 EXPOSICIÓN DE QUIMICA INORGÁNICA

DATOS INFORMATIVOS: -

Carrera Vaca Bryan Nicolás Espín Arias Silvia Concepción López Malitasig Katherine Fernanda

TEMA:

APLICACIÓN DEL ÓXIDO DE SODIO EN LA INDUSTRIA DEL VIDRIO

OBJETIVO:

Conocer la aplicación del óxido de sodio en la industria del vidrio. Conocer la composición química del vidrio sodio-cal.

RESUMEN: El principal uso del óxido de sodio (Na2O) es en la fabricación del vidrio, además de constituir alrededor del 15% de su composición química. La forma más común de vidrio conocido es el vidrio sodio-cal apreciado en cerámicas, vasos, ventanas, muestras antiguas de vidrio en Egipto, etc. El óxido de sodio juega un papel importante ya que este sirve como un fundente para bajar la temperatura a la que se funde la sílice (Si2O). DESARROLLO: El óxido de sodio (Na2O) es un compuesto muy soluble en agua, presenta un punto de fusión: 1,132 °C un y punto de ebullición: 1,950 °C. Es un compuesto inorgánico presente como un sólido cristalino de color blanco. El óxido de sodio se debe almacenar en un lugar seco y separado de ácidos fuertes. Dado que el compuesto reacciona violentamente con el agua, en caso de incendio, no se debe usar extintores a base de agua o rociadores, lo recomendado es usar polvos secos o arena. El óxido de sodio es un componente importante en el vidrio y la realización de objetos u elementos con cerámica. (Aldabe, 2000) El vidrio es una sustancia sólida, fusible, transparente compuesta de silicatos alcalinos y terrosos. (Aldabe, 2000) Es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se encuentra en la naturaleza (obsidiana formada en los volcanes), aunque también puede ser producido por el ser humano. A diferencia del cristal, el vidrio es un sólido amorfo, puesto que sus moléculas están dispuestas de forma irregular y no de manera ordenada como en el cristal. Añadiendo que la composición varía entre el cristal y vidrio, el cristal contiene óxido de plomo y a mayor cantidad de óxido de plomo mejor calidad del cristal a diferencia del vidrio que no lo contiene. (Gimeno y Puges, 2002) Existe una variedad de vidrios los más conocidos son los vidrios: templado, laminado y borosilicato. El primero caracterizado por su resistencia y seguridad, pues en caso de rotura, el vidrio se fragmenta en pequeños trozos de manera que no causa heridas, se forma mediante el

calentamiento del vidrio y la rápida técnica para enfriarlo mediante aire a presión. El segundo es considerado mayormente para seguridad, ya que no crea pedazos pequeños al fragmentarse, formado por la unión de dos vidrios con una capa plástica flexible que los adhiere entre ellos, basado en la técnica a presión, calor y vacío. Y el tercero posee una mayor resistencia química y una elevada resistencia al calor y a los cambios de temperatura, muy utilizado en plantas de producción de la industria química, laboratorios, industria farmacéutica, moldes de horno, etc.; gracias a su composición química. (Fernández, 2003) Vidri o Dura n Pyrex Sima x Vycor

SiO2

B 2O 3

79,7

10,3

Al2 O3 3,1

80,3 80,0

12,2 12,8

2,8 2,3

MgO

CaO

Na2O

0,9

0,8

5,2

0,005

0,3

4,0 3,5

K2O

0,4 1,2

95,52,5-5 0,4 0,0597,0 0,5 Composición porcentual de algunos tipos de vidrios El vidrio se preparaba fundiendo una mezcla de arena, cal y materias primas alcalinas, obtenidas de cenizas de algunas plantas del lugar. Vidrio que actualmente se conoce como vidrio sodio-cal, el más común encontrado en ventanas, vasos, copas, etc. (Parry, 1974) El vidrio sódico-cálcico está formado principalmente por sílice, sodio y calcio. La sílice es parte de la materia prima básica, el sodio le da cierta facilidad de fusión y el calcio la provee de estabilidad química. Las fórmulas empleadas en la fabricación de estos vidrios varían dependiendo de las fábricas, pero en general poseen aproximadamente 70% de sílice (dióxido de silicio, Si2O), 15% de sosa (óxido de sodio, Na2O), 9% de cal (óxido de calcio, CaO) y cantidades mucho más pequeñas de otros compuestos. (Gimeno y Puges, 2002) La sílice (SiO2) pura funde a una temperatura de 1710 °C, temperatura muy elevada para los hornos cerámicos encargados de la formación de un vidrio transparente; para disminuir la temperatura de fusión del vidriado y facilitar su elaboración requerimos de compuestos nominados fundentes que son usados comúnmente en los procesos de fusión. (Fernández, 2003) El óxido de sodio (Na2O) es el más usado como fundente alcalino en la fabricación de vidrios convencionales comprendiendo un 15% en peso. Tiene un punto de fusión sobre los 1130°C, pero empieza a su acción fundente a 800°C. Su respuesta al calor más característica son los azules de cobre y los púrpuras con manganeso y cobalto. Tiene efectos sobre el vidriado como la disminución mayoritaria y repentina de la viscosidad, aumentan el coeficiente de dilatación térmica (craquelan), reduce la dureza y la resistencia a la abrasión. Se puede sustituir el Na2O por otros óxidos alcalinos para mejorar propiedades del vidrio, pero conllevaría a un aumento de coste ya que compuestos de sodio con más baratos. (Fernández, 2003)

Industrialmente se emplean materias primas para aportar óxido de sodio al vidrio como: Carbonato sódico anhidro (Na2O.CO3), Silicato de sodio (Na2O X SiO2), Feldespato sódico, albita

(Na2O.Al2O3.6SiO2), Carbonato sódico (Na2CO3), carbonato sódico natural o trona (Na2CO3.NaHCO3.2H2O), Sulfato sódico o thernardita (Na 2SO4), glauberita (Na2SO4.CaSO4) y mirabilita (Na2SO4.10H2O), entre otras especies que componen rocas magmáticas. (Fernández, 2003) La fabricación de vidrio consta de tres partes: fusión de materiales, formación de vasijas y recogido. Para apreciar mejor el proceso químico entraremos en detalle con la parte de fusión de materiales bajo cuatro procesos: reacción de las materias primas y formación del vidrio, disolución del excedente de sílice sin reaccionar, afinado y homogenizado, y finalmente con el reposo o acondicionamiento térmico. (Díaz, 1990) PROCESO QUÍMICO: 130 °C: Eliminación del agua de la composición (humedad): H2O(l) →H2O(v) 400 °C: Comienza la descomposición de la dolomía. CaCO3·MgCO3 ↔ MgO + CO2↑+ CaCO3 600 °C: La sosa y la caliza se combinan para formar el carbonato doble de sodio y calcio, que funde a 813 °C. CO3Na2 + CO3Ca → CaNa2(CO3)2 Reducción del sulfato por el carbón. 2Na2SO4 + 2C + xSiO2 → 2Na2S.xSiO2 + 2CO2 + SO2 + S 785 °C: Descomposición de la caliza: CaCO3 ↔ CaO + CO2↑ 740-900 °C: 3 Na2Ca(CO3)2 + 10 SiO2 ↔ 2 Na2O·2SiO2 + Na2O·3CaO·6SiO2 + 6CO2 Na2O·3CaO·6SiO2 + Na2O·2SiO2 → Na2O·2CaO·3SiO2 + fundido 2Na2O·CaO·3SiO2 + Na2O·2SiO2 → Na2O·2CaO·3SiO2 + residuo fundido El carbonato de magnesio que proviene de la dolomía se descompone: CO3Mg → MgO + CO2 La magnesia se combina con la sílice para formar un silicato de magnesio: MgO + SiO2 → MgSiO3

Se entra, pues, en una segunda fase liquida formada por una mezcla de Na 2SiO3, CaSiO3, MgSiO3 y Na2SO4 que lleva como infundidos arena y feldespato. 1045 °C: Fusión del Na2O·3CaO·6SiO2 1141°C: Fusión del 2Na2O·CaO·3SiO2 1284 °C: Fusión del Na2O·2CaO·3SiO2 1100 °C: Comienzo de la fusión del feldespato. Disolución de la sílice en el silicato. 1450 °C: Descomposición del sulfato por la sílice: Na2SO4 + SiO2 → Na2SiO3 + 8SO3

CONCLUSIONES: 1. Se conoció que la aplicación del óxido de sodio en la industria del vidrio causa un efecto positivo debido a que el Na2O reduce la temperatura a la que se funde el dióxido de silicio (Si2O) adquiriendo un gasto energético menor por parte del fabricante, sea químicamente estable, razonablemente duro, y extremadamente trabajable, capaz de ser reblandecido varias veces de ser necesario. 2. Se conoció que la composición química del vidrio sodio-cal es de aproximadamente 70% de sílice (dióxido de silicio, Si2O), 15% de sosa (óxido de sodio, Na2O), 9% de cal (óxido de calcio, CaO), y cantidades mucho más pequeñas de otros compuestos. BILBIOGRAFIA: Aldabe S., Aramendía P., Lacreu L. (2000) Química 1 fundamentos. Editorial Colihue S.R.L. Parry R., Dietz P., Steiner L., Tellefsen R. (1974) Guía del profesor, Química, Fundamentos experimentales. Editorial Reverte, S.A. Cásares A. (1857). Manual de Química General, con aplicaciones a la industria y con especialidad a la agricultura. Editorial Cava-Baja. Fernández J. (2003) El vidrio (3era. Ed.). Editorial AERTEGRAF, S.A. Díaz C. (1990). Tratamiento químico de la escoria de sílice de una planta geotérmica para su aplicación en cerámica y vidrio. Editorial CALANDA. Gimeno D., Puges M. (2002). Caracterización química de la vidriera de Sant Pere i Sant Jaume (Segundo cuarto del s. XIV, Monestir de Pedralbes, Barcelona). Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. Vol. 41 Núm. 2

RÚBRICA (PARÁMETROS) PARA EVALUAR LA EXPOSICIÓN CARRERA: Química Rediseño calificación TEMA: APLICACIÓN DEL ÓXIDO DE SODIO EN LA INDUSTRIA DEL VIDRIO GRUPO No. 2 NOMBRES: CARRERA VACA BRYAN NICOLÁS - ESPIN ARIAS SILVIA CONCEPCIÓN - LÓPEZ MALITASIG KATHERINE FERNANDA A EVALUAR

PUNTO S

PUNTUALIDAD Inicio de la exposición

Puntualm ente (4)

Acept abl e (3)

Atras ad a (2)

muy atras ada (1-0)

Completo y en el tiempo (4)

Complet oya destiemp o (3)

Incomp leto (2)

muy incomp leto (10)

S i

Poco clar o (3)

Conf us o (2)

N o ( 1 0 )

Acept able pero con errore s (3)

Poco adecu ado (2)

Inadec uad o (1-0)

No usa apoyos o los apoyos escogido s resta valor a la presenta ción (2)

No usa apoyo s por lo que su presen taci ón es mala

ENTREGA DE DOCUMENTACIÓN Presenta informe en papel A4

ORGANIZACIÓN DE LA EXPOSICIÓN Hay resumen, aplicación del tema, fundamentación química y una conclusión, además participan todos los integrantes del grupo

( 4 )

CALIDAD DEL CONTENIDO Demuestra dominio de tema (conceptos básicos, aplicabilidad), responde a las preguntas planteadas

Muy adec uado (4)

APOYO DIDÁCTICO Material didáctico

Usa vario apoyos que demuestr an trabajo, creativida d y eso hace una buena presentac ión (4)

Usa un apoyos que demuestr an trabajo, creativida d y eso hace una regular presentac ión (3)

(1-0)

SUM A...