تولید صنعتی هیدروکسید سدیم
در این متن می آموزیم که چگونه هیدروکسید سدیم با استفاده از فرآیند کاستنر-کلنر، دیافراگم نلسون و سلول های غشایی تولید می شود. همچنین معادلات شیمیایی را بررسی خواهیم کرد.
تولید صنعتی
کاغذ، صابون و (برخی) لباس چه وجه مشترکی دارند؟ برای ساختن آنها باید از هیدروکسید سدیم (NaOH) استفاده کنیم! از سال 2004، ما سالانه 60 میلیون تن متریک در سراسر جهان تولید می کنیم! همانطور که می توانید حدس بزنید، فرآیندهای صنعتی برای هیدروکسید سدیم بنابراین بسیار کارآمد شده اند.
بیایید نگاهی به اولین روش استفاده شده برای ایجاد آن بیندازیم، به معادلات مربوطه نگاه کنیم و برخی از روش های جدیدتر را نیز بررسی کنیم.
پخش خودکار خط زمانی را ذخیره کنید
دوره مسابقه ویدیویی
24K بازدید
سلول کاستنر-کلنر
در اواسط دهه 1800 پایه و اساس فرآیند کاستنر-کلنر ایجاد شد. سلول مورد استفاده برای این فرآیند را در تصویر زیر مشاهده می کنید:
سلول کاستنر-کلنر
سلول کاستنر-کلنر
بخش راست و چپ دارای محلول کلرید سدیم با یک آند گرافیت (A) و یک کاتد جیوه (M) هستند. بخش میانی دارای محلول هیدروکسید سدیم، همان آند جیوه (M) و یک کاتد آهن (D) است.
این سلول دارای یک الکترود مثبت و یک الکترود منفی در داخل یک مخزن بود. واکنش‌ها در فرآیند کاستنر-کلنر به شرح زیر است:
آب نمک کلرید سدیم (آب نمک) داخل مخزن قرار می گیرد.
الکترود مثبت (آند) کلرید را از سدیم دور می کند.
کلرید جمع می شود و ترکیب می شود و گاز کلر (یک ضدعفونی کننده عالی) را تشکیل می دهد. اما اکنون یون های سدیم آزاد داریم که در اطراف پرسه می زنند.
آب با الکترود منفی (کاتد) به یون های هیدروژن و هیدروکسید (OH) تجزیه می شود.
سپس هیدروکسید و سدیم با هم ترکیب می شوند و هیدروکسید سدیم را تشکیل می دهند.
در ابتدا این روش چندان مؤثر نبود زیرا سدیم (که در کاتد ایجاد می شود) به واکنش با کلر در آند یا سایر اجزاء ادامه می دهد. اما در اواخر دهه 1800، این مشکل با استفاده از جیوه به عنوان کاتد، که با سدیم ترکیب شد، برطرف شد.
نام کاستنر-کلنر به این دلیل به وجود آمد که دو مرد به نام‌های همیلتون کاستنر در ایالات متحده و کارل کلنر از اتریش تقریباً به طور همزمان روش جیوه را توسعه دادند. به جای مبارزه بر سر حقوق، تصمیم گرفتند با هم کار کنند و نام هر دوی خود را روی آن بگذارند.
چگونه آب را از هم جدا کنیم
در واقعیت، واکنش هایی که اتفاق می افتد بسیار پیچیده تر است. در یک محیط الکتریکی، کلرید سدیم به راحتی از هم جدا می شود، زیرا پیوندهای یونی آن به راحتی جدا می شوند. اما شکستن پیوندهای کووالانسی آب بسیار دشوارتر است.
در آب، یک اتم اکسیژن به دو اتم هیدروژن پیوند دارد. اکسیژن دارای دو جفت تنها (4 الکترون) است، بنابراین در کل مولکول 8 الکترون وجود دارد.
به هشت الکترون موجود در یک مولکول آب توجه کنید.
مولکول آب
برای جدا کردن آن باید از 2 مولکول آب برای تشکیل 1 مولکول گاز هیدروژن (H2) و 2 مولکول هیدروکسید (2OH) استفاده کنیم.
گاز هیدروژن 2 الکترون و هیدروکسید 16 الکترون (8 الکترون از هر کدام) می آورد، بنابراین در مجموع 18 الکترون به دست می آوریم. چگونه با 16 الکترون شروع می کنیم و به 18 می رسیم؟
این فقط به صورت جادویی اتفاق نمی افتد. بیایید به تولید گاز کلر نگاه کنیم. هنگامی که کلر و سدیم از هم جدا می شوند، کلر با یک الکترون اضافی (در مجموع 8 الکترون ظرفیتی) خارج می شود زیرا یک الکترون از سدیم دور می کند. ترکیب 2 اتم کلر در مجموع برابر با 16 الکترون است در صورتی که فقط به 14 الکترون نیاز داریم. 2 الکترون اضافی بیرون کشیده شده و برای جدا کردن آب استفاده می شود.
بنابراین، آند به عنوان یک اکسید کننده برای کلر (الکترون ها را از دست می دهد) و کاتد به عنوان یک کاهنده برای آب (الکترون می گیرد) تسهیل می کند. اما چرا سدیم به سادگی به کاتد نمی رود و کاهش نمی یابد؟ بار مثبت دارد، شما فکر می کنید که می خواهد کاهش یابد. اما سدیم در واقع با بار مثبت بسیار پایدار است بنابراین کاهش نمی یابد.
تولید هیدروکسید سدیم
اکنون که می دانیم این واکنش چگونه رخ می دهد، اجازه دهید کمی دقیق تر به معادلات نگاه کنیم:
معادله کامل
اما در واقع این به عنوان یک سری مراحل رخ می دهد. ابتدا 2 کلرید سدیم به یون تجزیه می شوند، همانطور که در اینجا می بینید:
معادله کلرید سدیم
سدیم به عنوان یک یون مثبت کاملاً پایدار است بنابراین بیشتر کاهش نمی یابد یا اکسید نمی شود. اما گاز کلر بیشتر در آند اکسید می شود.
منبع
https://study.com/academy/lesson/industrial-production-of-sodium-hydroxide-processes-equations.html