Magmaattinen natriumkloridielektrolyysi. Suolan elektrolyysi

Tekstissä "Magmainen elektrolyysi”, Selitettiin, että tämä prosessi tapahtuu, kun sähkövirta johdetaan sulassa aineessa (nestemäisessä tilassa) ilman vettä, ja tällä tavalla kationi vastaanottaa elektroneja ja anioni luovuttaa elektroneja siten, että molempien sähkövaraus on nolla ja energia kertynyt.

Jotta voisimme ymmärtää paremmin, kuinka magminen elektrolyysi tapahtuu, katsotaanpa yksi tärkeimmistä esimerkkeistä tämän tyyppisistä prosesseista, natriumkloridin tai pöytäsuolan (NaCl) elektrolyysi.

Natriumkloridi muodostuu luonnossa siirtämällä elektroni natriumista (Na) klooriin (Cl) alla olevan reaktion mukaisesti:

2Na (s) + 1Cl₂(g) → 2NaCl (s)

Tämä prosessi on spontaani, mutta tämän reaktion käänteinen prosessi ei ole spontaani, toisin sanoen kloorikaasun (Cl₂(g) - alla oleva kuva) ja metallinen natrium (Na (s)) ei esiinny luonnossa. Jos haluamme tämän tapahtuvan, meidän on aloitettava prosessi.

Tämä voidaan tehdä magmaelektrolyysillä. Suola kuumennetaan yli 800,4 ° C: n lämpötilaan, joka on sen sulamispiste; ja tällä tavalla se sulautuu ja siirtyy kiinteästä aineesta nesteeseen. Tässä fyysisessä tilassa Na-ionisi

⁺ ja Cl^- ovat vapaita.

Sulatettu suola asetetaan sitten astiaan, elektrolyyttiastiaan ja kaksi inerttiä platina- tai grafiittielektrodia kastetaan natriumkloridiin. Nämä elektrodit on kytketty lähteeseen, joka tuottaa tasaista sähkövirtaa, kuten akkuun tai kennoon.

Sähkövirran kulkiessa tapahtuu seuraavaa:

• Akun tai kennon negatiivinen napa syöttää elektroneja yhteen elektrodeista, josta tulee katodi;
• Katodi: vastaanottaa elektroneja solusta ja siitä tulee negatiivinen napa, joka houkuttelee Na-kationeja⁺, koska vastakkaiset maksut houkuttelevat. Nämä ionit vastaanottavat elektroneja elektrodista (katodi) ja niiden pelkistyminen tapahtuu muodostaen metallista natriumia:

Vähennys:Klo⁺_(ℓ) + ja^- → Sisään_s

Metallinen natrium kerrostuu elektrodin päälle ja lähetetään säiliöön.

• Anodi: tulee positiivisesti varautunut houkuttelemalla Cl-anioneja^- (siksi sitä kutsutaan anodiksi). Nämä ionit menettävät elektroninsa joutuessaan kosketuksiin anodin kanssa, ja siksi ne hapettuvat muodostaen klooriatomeja, jotka välittömästi yhdistyvät kaksi kerrallaan muodostamaan kloorikaasua:

Hapetus:2Cl^-_(ℓ) → 2 ja^- + 1Cl₂(g)

Tämä kaasu kuplii anodin ympärillä ja se kerätään järjestelmään sovitetulla lasiputkella.

Siten tässä tapauksessa tapahtuva kokonaisreaktio saadaan:

Katodi: 2Na⁺_(ℓ) + 2e^- → 2Na_s
Anodi: 2Cl^-_(ℓ) → 2 ja^- + 1Cl₂g) ____________
Globaali reaktio: 2Na⁺_(ℓ) + 2Cl^-_(ℓ) → 2Na_s + 1Cl₂(g)

Toinen tärkeä huomioitava näkökohta, joka korostettiin mainitun tekstin lopussa (Igneous Electrolysis), on se, että sähkövirran tuottamiseen käytetyn kennon tai pariston ddp: n (potentiaaliero) on oltava yhtä suuri tai suurempi kuin reaktio.

Tarkastellaan tätä tarkasteltavana olevan natriumkloridielektrolyysin tapauksessa. Tämän reaktion potentiaalisen eron selvittämiseksi riittää, että katodin standardipelkistyspotentiaalia pienennetään anodilla. Tämä selitetään tekstissä. Akun mahdollinen ero .

Standardipelkistyspotentiaalien taulukon (E⁰punainen), tiedämme, että:

Klo⁺_(ℓ) + ja^- → Sisään_s JA⁰punainen = -2,71
2Cl^-_(ℓ) → 2 ja^- + 1Cl₂g) JA⁰punainen = +1,36

Pienennä vain näitä arvoja, jotta tiedät globaalin reaktion potentiaalisen eron:

Ja⁰ = JA⁰_{punainen (katodi)}  - JA⁰_{punainen (anodi)}
Ja⁰ = -2,71 – (+ 1,36)
Ja⁰ = - 4,07 V

Siksi tämä tarkoittaa, että käytetyn kennon tai pariston jännitteen on oltava vähintään 4,07 V natriumkloridin magmaelektrolyysin suorittamiseksi.

Negatiivinen arvo osoittaa vain, että kyseessä on ei-spontaani prosessi.. Akkujen tapauksessa, joka on spontaani prosessi, sähkömoottorin voiman arvo (∆E⁰) antaa aina positiivisen.

Kirjailija: Jennifer Fogaça
Valmistunut kemian alalta

Lähde: Brasilian koulu - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-Ignea-cloreto-sodio.htm