LEZIONE 7 CHIMICA

Preparazione della soda caustica.

I metodi di preparazione elettrolitici  per la produzione industriale della soda  caustica sono 2: il processo della cella a diaframma e il processo della soda a mercurio. Entrambe i metodi si basano sull’elettrolisi di una soluzione di cloruro di sodio al 28%.

Cella a diaframma:

Nel metodo cella a diaframma si usa un catodo di ferro e un anodo di graffite sui quali, durante l’elettrolisi di sviluppano rispettivamente idrogeno e cloro gassoso secondo le seguenti reazioni

Catodo di ferro          2 H₂O + 2e^- → H_2(g) + OH^-

Anodo di graffite       2 Cl^- → Cl_2(g) + 2e^-

Pertanto nella soluzione , accade che  essa si impoverisce di Cl^- che si scarica all’anodo come  Cl₂, mentre nella soluzione catodica  abbiamo la formazione di ione OH^-,  tutto questo si traduce nel fatto che  la soluzione si arricchisce  di Na⁺  e  OH^-

La zona anodica viene preventivamente separata con un diaframma poroso da quella catodica, per evitare che il cloro che si sviluppa vada a reagire con la soluzione basica vicino al catodo, cosi da dare vita a reazioni secondarie con la formazione di clorati o ipocloriti (inoltre il cloro a pH 8 da  inizio a processi di dismutazione),

Il diaframma usato è permeabile agli ioni  ma non alle molecole gassose di cloro.

Alcune considerazioni teoriche si possono fare osservando le possibili reazioni che avvengono al catodo:

Na⁺ + 1e^- → Na                        E° = - 2,71 V

2 H₂O + 2e^- → H_2(g) + OH^-       E° = - 0,83 V

Dal confronto dei potenziali , possiamo senz’altro affermare che l’idrolisi inizia con la riduzione catodica delle molecole di acqua e non del sodio che richiede un potenziale notevolmente maggiore.

Le reazioni al anodo invece sono:

2 H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e^-           E° = 1,229 V

2 Cl^- → Cl_2(g) + 2e^-                    E° = 1,36  V

In questo caso, studiando i potenziali, vediamo che sono molto vicini tra di loro, quindi in questo caso è necessario prendere il considerazione il fattore della sovratensione , la quale va sommata al potenziale del sistema . Per l’ossigeno la sovratensione la sovratensione richiede un potenziale aggiuntivo di 1,24 V mentre quello del cloro è trascurabile, ragion per cui , possiamo affermare che la reazione che avverrà all’anodo è l’ossidazione  dei cloruri a cloro gassoso.

Cella a mercurio:

Nel processo mediante cella a mercurio, conosciuto anche come processo Castner-Kellner,  la soluzione acquosa satura di cloruro di sodio viene elettrolizzata in una cella di ferro il cui fondo collegato al polo negativo di un generatore di corrente continua è percorso da uno strato di mercurio, mentre al polo positivo del generatore  sono collegate delle barre di grafite.

Sugli anodi della cella si sviluppa cloro gassoso per le stesse ragioni che abbiamo illustrato nel processo  cella a diaframma, mentre sul catodo di mercurio si riducono i cationi Na⁺ secondo la reazioni:

Na⁺ + 1e^- → Na

Il sodio metallico che si forma si scioglie nel mercurio formando con esso l’amalgama.

Na⁺ + nHg + e- → Na(Hg)_n

L'amalgama poi viene mandata in un secondo comparto, dove viene fatta reagire con l’acqua ottenendo idrogeno gassoso e soda caustica.

Na(Hg)_n + H₂0 → NaOH + ½ H₂ + nHg

Il mercurio viene quindi riutilizzato all'interno della cella elettrolitica. Le celle a mercurio sono state gradualmente eliminate a causa del loro alto impatto ambientale.

CON QUESTO HO TERMINATO LA MIA ESPOSIZIONE SUL CONCETTO GENERALE DI ELETTROCHIMICA:) AL PROSSIMO POST :)