Castner – Kellner prosess - Castner–Kellner process

Den Castner-Kellner prosess er en fremgangsmåte for elektrolyse av en vandig alkali -klorid -oppløsning (vanligvis natriumklorid- løsning) for å gi det tilsvarende alkali- hydroksyd , utviklet av American Hamilton Castner og østerriksk Karl Kellner i 1890-årene.

Historie

Det første patentet for elektrolysering av saltlake ble gitt i England i 1851 til Charles Watt . Prosessen hans var ikke en økonomisk gjennomførbar metode for å produsere natriumhydroksid, men fordi den ikke kunne forhindre klor som dannet i saltoppløsningen fra å reagere med de andre bestanddelene. Amerikansk kjemiker og ingeniør, Hamilton Castner , løste blandingsproblemet med oppfinnelsen av kvikksølvcellen og ble tildelt et amerikansk patent i 1892 ( [1] ). Østerriksk kjemiker, Carl Kellner, kom frem til en lignende løsning omtrent samtidig. For å unngå en juridisk kamp ble de partnere i 1895 og grunnla Castner-Kellner Alkali Company, som bygde fabrikker som benytter prosessen i hele Europa. Kvikksølvcelleprosessen fortsetter i bruk den dag i dag. Dagens kvikksølvcelleanleggsvirksomhet kritiseres for utslipp av kvikksølv i miljøet som i noen tilfeller førte til alvorlig kvikksølvforgiftning ( slik det skjedde i Japan ). På grunn av disse bekymringene blir kvikksølvcelleanlegg faset ut, og det arbeides kontinuerlig med å redusere kvikksølvutslipp fra eksisterende anlegg.

Behandle detaljer

Castner – Kellner-apparater

Apparatet som vises er delt inn i to celletyper atskilt med skifervegger . Den første type, er vist på den høyre og venstre side av diagrammet, anvender en elektrolytt av natriumklorid oppløsning, en grafittanode (A), og en kvikksølv- katode (M). Den andre typen celle, vist i midten av diagrammet, bruker en elektrolytt av natriumhydroksydoppløsning , en kvikksølvanode (M) og en jernkatode (D). Kvikksølvelektroden er vanlig mellom de to cellene. Dette oppnås ved at veggene som skiller cellene faller under nivået av elektrolyttene, men fortsatt lar kvikksølv flyte under dem.

Reaksjonen ved anode (A) er:

2 Cl - → Cl 2 + 2 e -

Den klorgass som resulterer ventilerer på toppen av de ytre cellene hvor det oppsamles som et biprodukt av prosessen. Reaksjonen ved kvikksølvkatoden i de ytre cellene er

Na + + e - → Na (amalgam)

Den natrium- metall som dannes ved denne reaksjon oppløses i kvikksølv for å danne en amalgam . Kvikksølv leder strømmen fra de ytre cellene til sentercellen. I tillegg agiterer en vippemekanisme (B vist med støttepunkt til venstre og roterende eksentrisk til høyre) kvikksølv for å transportere det oppløste natriummetallet fra de ytre cellene til sentercellen.

Anodereaksjonen i sentercellen skjer ved grensesnittet mellom kvikksølv og natriumhydroksydoppløsningen.

2Na (amalgam) → 2Na + + 2e -

Til slutt ved reaksjonen på jernkatoden (D) i sentercellen

2 H 2 O + 2e - → 2-OH - + H 2

Nettoeffekten er at konsentrasjonen av natriumklorid i de ytre cellene reduseres og konsentrasjonen av natriumhydroksid i sentercellen øker. Etter hvert som prosessen fortsetter, trekkes noen natriumhydroksidoppløsninger ut av sentercellen som utgangsprodukt og erstattes med vann. Natriumklorid tilsettes de ytre cellene for å erstatte det som har blitt elektrolysert.

Se også

Referanser

  1. ^ Pauling, Linus; Generell kjemi 1970 utg. s. 539–541 Dover-publisering
  2. ^ Trinder, Barrie Stuart; Stratton, Michael (2000). 1900-tallets industrielle arkeologi . London: E&FN Spon. s. 80–81. ISBN 978-0-419-24680-0.
  3. ^ Salt Manufacturers 'Association: Salt and the Chemical Revolution Arkivert 14. mai 2007 på Wayback Machine
  4. ^ Kjemikrønikene
  5. ^ Klorplanter: Major, oversett kilde til kvikksølvforurensning, Oceana
  6. ^ WCC Innlevering til FNs miljøprogram om reduksjon av kvikksølv i kloralkalisektoren Arkivert 2011-05-25 på Wayback Machine
  7. ^ Newell, Lyman C .; Beskrivende kjemi s. 291; DC Heath and company, 1903

Eksterne linker