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2025-11-15T16:54:42Z

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Das '''Solvay-Verfahren''' oder auch '''Ammoniak-Soda-Verfahren''' ist ein chemischer Prozess zur Herstellung von [[Natriumcarbonat]] ([[Natrium|Na]]2[[Kohlenstoff|C]][[Sauerstoff|O]]3). Es wurde 1860 von [[Ernest Solvay]] entwickelt<ref>{{Literatur |Autor=[[Arnold F. Holleman]], [[Egon Wiberg]] |Titel=Lehrbuch der anorganischen Chemie |Auflage=57.–70. |Verlag=[[Walter de Gruyter (Verlag)|Walter de Gruyter & Co.]] |Datum=1964 |Ort=Berlin |Kapitel=Anhang I: Chemiegeschichte – Kurzbiographien der im Lehrbuch erwähnten Chemiker, Physiker und Techniker |Seiten=667}}</ref> und löste das bis dahin verwendete [[Leblanc-Verfahren]] ab.

Weltweit bedeutendster Produzent ist der Chemiekonzern [[Solvay]] mit sieben Millionen Tonnen pro Jahr Natriumcarbonat (2010)<ref>{{Webarchiv | url=http://www.solvay.de/DE/Produkte/Chemie.aspx | wayback=20110927121333 | text=Solvay Deutschland}}</ref>, die überwiegend zum wichtigsten Waschmittelbestandteil [[Natriumpercarbonat]] umgesetzt werden.<ref>[http://www.solvay.de/DE/Unternehmen/Unternehmen.aspx Solvay Deutschland - Soda und Percarbonat]</ref>

== Stoffbilanz ==
[[Datei:Solvay process reaction scheme.svg|mini|250px|Sodaherstellung nach Solvay als chemischer Kreisprozess ({{Farbindex|080|s}} [[Edukt]]e, {{Farbindex|000|s}} [[Zwischenprodukt]]e, {{Farbindex|800|s}} [[Produkt (Chemie)|Produkte]])]]
Der Prozess geht von den billigen und in großen Mengen vorhandenen Rohstoffen [[Calciumcarbonat|Kalk]] ([[Calciumcarbonat]]) und [[Natriumchlorid|Kochsalz]] (Natriumchlorid) aus, deren [[Chemische Reaktion|Reaktion]] zu Soda und [[Calciumchlorid]]

:<math>\mathrm{\ CaCO_3 + 2\ NaCl \rightarrow Na_2CO_3 + CaCl_2}</math>

jedoch nicht freiwillig abläuft, da die Rückreaktion zu den Ausgangsstoffen Calciumcarbonat und Natriumchlorid

:<math>\mathrm{\ CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 + 2 \ NaCl} </math>

die [[thermodynamisch]] bevorzugte ist. Zur Realisierung der Hinreaktion wird daher beim Solvay-Verfahren ein weiterer Stoff, [[Ammoniak]], mit ins Spiel gebracht, der in der letztendlichen Stoffbilanz dann aber wieder fehlt: Denn das Solvay-Verfahren arbeitet als chemischer Kreisprozess, bei dem das zugesetzte Ammoniak in einem geschlossenen Kreislauf verbleibt und Umweltbelastungen der Größenordnung des Leblanc-Verfahrens vermieden werden können.

Das Solvay-Verfahren hat aber auch Nachteile: Es verbraucht große Mengen an Wasser und erzeugt pro Kilogramm Soda immer noch ca. 1 Kilogramm unverwendbares Calciumchlorid, das ins Abwasser, und damit in Flüsse und Meere, abgegeben wird. Zur Reduzierung der Wasserverschmutzung gibt es auch Absetzbecken (Kalkteiche), z. B. in Latdorf bei Bernburg<ref>[https://www.bbglive.de/2013/11/29/solvay-werk-bernburg-nimmt-neuen-kalkteich-in-betrieb/ bbglive.de: "Solvay-Werk Bernburg nimmt neuen Kalkteich in Betrieb"]</ref>, wo das Oberflächenwasser wieder in den Fluss Saale geleitet wird. Bei der Produktion von 1 Million Tonnen Soda jährlich entstehen also auch etwa 1 Million Tonnen Calciumchlorid. Diese Menge entspricht täglich drei 1000-Tonnen-Güterzügen.

== Das Verfahren im Detail ==
Die einzelnen Schritte des Verfahrens sind:

1. Der Kalk wird gebrannt:
:<math>\mathrm{\ CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2\uparrow} </math>
:Calciumcarbonat zersetzt sich in der Hitze zu [[Calciumoxid]] („Gebrannter Kalk“) und Kohlenstoffdioxid.

2. [[Kohlenstoffdioxid]] wird zusammen mit Ammoniak in eine konzentrierte Kochsalzlösung eingeleitet. Hierbei fällt [[Natriumhydrogencarbonat]] aus, das von der entstehenden [[Ammoniumchlorid]]lösung getrennt wird.
:<math>\mathrm{\ NaCl + CO_2 + NH_3 + H_2O \rightarrow NaHCO_3\downarrow + NH_4Cl} </math>
:Kochsalz reagiert mit Kohlenstoffdioxid, Ammoniak und Wasser zu Natriumhydrogencarbonat („Natron“) und Ammoniumchlorid („Salmiak“). 

:Die einzelnen Teilschritte:
::<math>\mathrm{\ CO_2 + H_2O \rightarrow H_2CO_3}</math>
::Kohlenstoffdioxid und Wasser reagieren zu Kohlensäure...
::<math>\mathrm{\ H_2CO_3 + NH_3 \rightarrow NH_4HCO_3}</math>
::...die wiederum mit Ammoniak zu Ammoniumhydrogencarbonat...
::<math>\mathrm{\ NH_4HCO_3 + NaCl \rightarrow NaHCO_3\downarrow + NH_4Cl}</math>
::...das wiederum reagiert dann mit Kochsalz zu Natriumhydrogencarbonat („Natron“) und Ammoniumchlorid („Salmiak“).

3. Das Natriumhydrogencarbonat wird auf ca. 200 °C erhitzt, wobei Wasser und Kohlenstoffdioxid entweichen. Übrig bleibt dann das Produkt Soda. Dieser Vorgang wird als [[Kalzinierung]] (kalzinieren) bezeichnet.
:<math>\mathrm{\ 2\ NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O + CO_2} </math>
:Natriumhydrogencarbonat spaltet in der Hitze Wasser und Kohlenstoffdioxid ab, wodurch Soda entsteht. 

4. Im vierten Schritt wird das Ammoniak wiedergewonnen und Schritt 2 zugeführt:
:<math>\mathrm{\ 2\ NH_4Cl + CaO \rightarrow 2\ NH_3 + CaCl_2 + H_2O} </math>
:Das Ammoniumchlorid aus Reaktion 2 wird mit dem gebrannten Kalk aus Reaktion 1 zu Ammoniak, Calciumchlorid und Wasser umgesetzt. 

== Einzelnachweise ==
<references/>

== Weblinks ==
*[http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/Vorlagen/technische_ac_15.pdf Prozessschema] (PDF-Datei; 966 kB)

[[Kategorie:Chemisch-technisches Verfahren]]

Solvay-Verfahren - Versionsgeschichte

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