Elektroliza fuzji

Schemat elektrolizy topionego topnika do produkcji aluminium

Skondensowany sól elektrolizy jest proces elektrolizy nie wodnym, ale gorąco w stopionej soli służy jako elektrolit. Służy do produkcji lub ekstrakcji aluminium , wszystkich metali alkalicznych i większości metali ziem alkalicznych , a także niektórych tworzyw sztucznych. Proces zapewnia również fluor i chlor .

Ponieważ tak zwane metale „podstawowe”, potas , sód , magnez i glin znajdują się poniżej poziomu wody (H ₂ O) w szeregu elektrochemicznym , nie można ich oddzielić od roztworów wodnych metodą elektrolizy , ponieważ istnieje większe prawdopodobieństwo przekształcenia się wody w H ₂ + 2 OH ^- zostanie zmniejszona. Do stopienia soli potrzebne są bardzo wysokie temperatury: do produkcji aluminium z kriolitem potrzeba 960 ° C, dla sodu z chlorku sodu ok.620 ° C, dla magnezu z MgCl ₂ i dodatków ok.670 ° C. Nawet fluoru nie można oddzielić od wodnych roztworów fluorków za pomocą elektrolizy, ponieważ zamiast fluoru wytwarzany jest tlen .

Do produkcji m.in. Dlatego też w przypadku tych substancji stosuje się elektrolizę ze stopu ich soli, stąd nazwa tego procesu. Jako przykład opisano elektrolizę stopionej soli w procesie Hall-Héroulta .

Skala laboratoryjna

W skali laboratoryjnej stopione sole są czasami przeprowadzane w zakrzywionej rurce w kształcie litery V wykonanej z wysokotopliwego pyrexu, szkła jeeńskiego lub porcelany w piecu elektrycznym. Pręt żelazny może służyć jako materiał katody, a pręt żelazny lub węglowy ( grafit Acheson ) jest często używany jako anoda . Anody węglowe mogą zostać zaatakowane przez działanie tlenu lub fluoru podczas elektrolizy stopionej soli, w wyniku czego powstaje CO i CO ₂ lub związki fluoru, a elektroda ulega stopniowej erozji.

produkcja

W produkcji często stosuje się ogniwa elektrolityczne, w których jedna elektroda (głównie katoda) jest osadzona w ziemi, a druga elektroda (anoda) jest zanurzona w stopionej soli równolegle do tej pierwszej. Odpowiednimi materiałami komórkowymi są beton, kamionka, szamot, porcelana lub szkło. Węgiel lub żelazo mogą służyć jako materiały elektrod.

Warto zwrócić uwagę na elektrolizę topliwą

• Zamiast czystych soli często stosuje się mieszaniny soli, aby obniżyć często wysoką temperaturę topnienia (tworzenie się eutektyki ). Szczególnie popularnymi dodatkami do soli są chlorek potasu i fluorek wapnia .
• Oporności elektrycznej stopu powoduje stopu do pracy w tym samym czasie, co grzania oporowego , ten i inne straty prądu utrzymania temperatury topnienia, a także dostarczenie ciepła dla endotermicznej reakcji redukcji. Zmagazynowana energia ( entalpia reakcji ) jest uwalniana podczas egzotermicznej przeciwreakcji ( utleniania ) i stosowana i wykorzystywana w praktyce np. W mieszaninach termitów zawierających aluminium .
• Gęstość prądu w elektrolizie topionego topnika powinna być jak najwyższa. Jeśli prądy są zbyt niskie, konwersja Faradaya gwałtownie spada.
• Jeśli odległość między elektrodami jest bardzo mała (odległość mniejsza niż 1 cm), metal może migrować do anody jako „metalowa mgła” poprzez dyfuzję lub wiry i zmniejszyć konwersję. Mgiełkę metalu można często zredukować poprzez hermetyzację (pokrycie katody szkłem Pyrex lub porcelaną).
• Działa tylko z prądem stałym, a nie zmiennym.

Równania reakcji

Na przykładzie stopionego chlorku sodu:

Na dodatnio naładowanej anodzie zachodzi następująca reakcja:

${\ Displaystyle \ mathrm {2 \ Cl ^ {-} \ longrightarrow 2 \ e ^ {-} + Cl_ {2}}}$

Dwa jony chlorkowe są utleniane, tworząc chlor pierwiastkowy.

Na ujemnie naładowanej katodzie zachodzi następująca reakcja:

${\ Displaystyle \ mathrm {2 \ Na ^ {+} + 2 \ e ^ {-} \ longrightarrow 2 \ Na}}$

Dwa jony sodu są redukowane do sodu elementarnego.

Cała reakcja redoks wygląda następująco:

${\ Displaystyle \ mathrm {2 \ NaCl \ longrightarrow 2 \ Na + Cl_ {2}}}$

Jon chlorkowy oddaje elektrony, a jon sodu je absorbuje. W ten sposób następuje przeniesienie elektronu, co znajduje odzwierciedlenie w reakcji redoks .

Indywidualne dowody

1. ↑ Volkmar M. Schmidt: Elektrochemische Verfahrenstechnik , ISBN 978-3-527-62362-4
2. ↑ Scriptum Elektrochemie (PDF; 1,3 MB) of the University of Siegen, strona 184