Sodaherstellung nach dem Solvay-Verfahren

Sicherlich nicht nur aus Gründen des Umweltschutzes, sondern auch, weil sich das Leblancsche Verfahren als unwirtschaftlich erwiesen hatte, wurde 1860 von Solvay eine weniger umweltschädigende Variante zur Sodaherstellung entwickelt. Die Gesamtreaktion ist formal:

2 NaCl + CaCO3 ———> CaCl2 + Na2CO3

So einfach läuft die Synthese natürlich nicht ab. Ist das wieder eine der unmöglichen Reaktionen? Denn Soda ist ein leichtlösliches Carbonat und kann aus dem Reaktionsgemisch nicht abgetrennt werden. Zudem ist Calciumcarbonat schwer löslich, die Konzentration von Carbonat-Ionen wäre deshalb viel zu gering.
Anders, nämlich umgekehrt, ist es mit der Löslichkeit der Hydrogencarbonate: Calciumhydrogencarbonat ist leicht löslich, das von Natrium etwas weniger leicht löslich. Deshalb muss man dafür sorgen, dass statt Carbonat-Ionen vorrangig Hydrogencarbonat-Ionen gebildet werden. Das macht man mit einem Katalysator, der hier einen ganz anderen Aspekt der Katalyse zeigt. Es geht hier um die Aufrechterhaltung eines schwach alkalischen pH-Milieus.
Die Rolle eines entsprechenden Katalysators spielt beim Solvay-Verfahren die Brönsted-Base Ammoniak. Es ist weniger basisch als das Carbonat-Ion und kann deshalb Protonen an dieses Ion abgeben. Das kann man schon an den pKs-Werten ablesen: Der von Ammoniak/Ammonium ist 9,25, der von Carbonat/Hydrogencarbonat 10,33. Andererseits kann Ammoniak aber auch Protonen von der Kohlensäure abspalten und so die Löslichkeit von CO2 in Wasser erhöhen. Damit hat man eine hohe Konzentration von Hydrogencarbonat mit geringen Carbonatanteilen vorgelegt.

Reaktionsschema des Solvay-Verfahrens

Zum Mechanismus:
In Wasser wird unter Kühlung Ammoniak, dann unter Erwärmung CO2 eingeleitet. Es bilden sich Ammonium- und Hydrogencarbonat-Ionen. Dazu gibt man Natriumchloridlösung. Es fällt beim Abkühlen Natriumhydrogencarbonat aus. Das trennt man ab, erwärmt es vorsichtig. Dabei wird CO2 und Wasser frei, Soda bildet sich. Das CO2 führt man wieder in den Prozess zurück.
Zum Nachschub des verbrauchten CO2 brennt man Kalk. Den gebrannten Kalk CaO gibt man als starke Alkalie in die verbliebene Lösung von Ammoniumchlorid; NH3 wird freigesetzt. Dann trennt man CaCl2 ab. Die Lösung wird wieder mit NH3 gesättigt und anschließend mit CO2. Die Lösung enthält nun NH4+- sowie HCO3--Ionen. Man ist also wieder am Anfang des Katalysekreisprozesses angelangt.

Zu den genauen chemischen Abläufen lies unsere Soda-Webseite.


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Letzte Überarbeitung: 22. Juli 2010, Dagmar Wiechoczek