Даунс ячейка
Процесс Даунса является электрохимическим методом для коммерческого препарата металлического натрия , в котором расплавленный NaCl электролизуется в специальном аппарате, называемом ячейкой Даунса . Клетка Даунса была изобретена в 1923 году (запатентованная: 1924) американским химиком Джеймсом Клойдом Даунсом (1885–1957). [ 1 ] [ 2 ]
Операция
[ редактировать ]В ячейке Downs используется углеродный анод и железный катод . Электролит представляет собой хлорид натрия , который был нагрет до жидкого состояния. Хотя твердый хлорид натрия является плохим проводником электроэнергии, когда мобилизуются ионы натрия и хлорида , которые становятся носителями заряда и позволяют проводиться электрическим током.
Некоторые кальция и/или хлориды бария хлорид (BACL 2 ) и стронция (SRCL 2 ), а в некоторых процессах фторид натрия (NAF) [ 3 ] добавляются в электролит, чтобы снизить температуру, необходимую для сохранения жидкости электролита. Хлорид натрия (NaCl) расплавляется при 801 ° C (1074 кельвин), но солевая смесь может храниться в жидкости при температуре до 600 ° C в смеси, содержащей, по весу: 33,2% NaCl и 66,8% Cacl 2 . Если используется чистый хлорид натрия, в расплавленном NaCl образуется металлическая эмульсия натрия, которую невозможно разделить. Следовательно, один из вариантов - иметь смесь NaCl (42%) и CaCl 2 (58%).
Анодная реакция:
- 2CL − → CL 2 (G) + 2E −
Катодная реакция:
- 2NA + + 2e − → 2NA (L)
Для общей реакции
- 2NA + + 2Cl − → 2NA (L) + Cl 2 (g)
Кальций не входит в реакцию, поскольку его потенциал восстановления -2,87 вольт ниже, чем у натрия, который составляет -2,38 вольт. Следовательно, ионы натрия уменьшаются до металлической формы в предпочтениях кальция. [ 4 ] Если электролит содержал только ионы кальция и отсутствие натрия, кальциевый металл будет производиться в качестве катодного продукта (что действительно так и является металлическим кальцием).
Как продукты электролиза, натриевой металл и хлор газа, менее плотные, чем электролит, и, следовательно, плавают на поверхность. Перфорированные перегородки железа расположены в ячейке, чтобы направить продукты в отдельные камеры, не вступая в контакт друг с другом. [ 5 ]
Хотя теория предсказывает, что потенциал чуть более 4,07 вольт должен быть достаточным, чтобы реакция двигаться вперед, на практике используется потенциал до 8 вольт. Это делается для достижения полезной плотности тока в электролите, несмотря на его присущее электрическому сопротивлению. Перестановление и последующее резистивное нагревание способствуют теплу, необходимому для удержания электролита в жидком состоянии.
Процесс Downs также производит хлор в качестве побочного продукта, хотя хлор производил этот путь, учитывая лишь небольшую часть хлора, производимого промышленно другими методами. [ 5 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Даунс, Джеймс Хэмзс "Электролитический процесс и ячейка", архивировал 2018-07-25 в The Wayback Machine Patent №. 1501 756 (подано: 1922 г. 18 августа; выпущено: 1924 г. 15 июля).
- ^ Харди, DWF (1959). Электролитическое изготовление химических веществ из соли . Оксфорд, Англия: издательство Оксфордского университета. С. 14, 65.
- ^ Кепплер, Стивен Джон; Мяга, Томас А.; Прулкс, Кевин Бернард; Джайн, Давендра Кумар (2001-05-18). «Расплавленная соль электролиз щелочных металлов, патент США 6669836» . Получено 2010-07-17 . [ Постоянная мертвая ссылка ]
- ^ «Производство натрия с помощью электрофизинга» . Corrosion-doctors.org . Получено 2007-12-20 .
- ^ Jump up to: а беременный Pauling, Linus, General Chemistry , 1970 Ed. Публикации Dover, стр. 539-540