Proceso Castner-Kellner - Castner–Kellner process
El proceso Castner-Kellner es un método de electrólisis en una solución acuosa de cloruro alcalino (generalmente solución de cloruro de sodio ) para producir el hidróxido alcalino correspondiente , inventado por el estadounidense Hamilton Castner y el austriaco Karl Kellner en la década de 1890.
Historia
La primera patente para electrolizar salmuera se concedió en Inglaterra en 1851 a Charles Watt . Sin embargo, su proceso no era un método económicamente viable para producir hidróxido de sodio porque no podía evitar que el cloro que se formaba en la solución de salmuera reaccionara con sus otros componentes. El químico e ingeniero estadounidense Hamilton Castner resolvió el problema de la mezcla con la invención de la celda de mercurio y obtuvo una patente estadounidense en 1892 ( [1] ). El químico austríaco Carl Kellner llegó a una solución similar aproximadamente al mismo tiempo. Para evitar una batalla legal, se asociaron en 1895 y fundaron Castner-Kellner Alkali Company, que construyó plantas empleando el proceso en toda Europa. El proceso de la celda de mercurio continúa en uso hasta el día de hoy. Las operaciones actuales de las plantas de celdas de mercurio son criticadas por la liberación ambiental de mercurio que en algunos casos conduce a una intoxicación grave por mercurio ( como ocurrió en Japón ). Debido a estas preocupaciones, las plantas de celdas de mercurio se están eliminando gradualmente y se está haciendo un esfuerzo sostenido para reducir las emisiones de mercurio de las plantas existentes.
Detalles del proceso
El aparato que se muestra está dividido en dos tipos de celdas separadas por paredes de pizarra . El primer tipo, que se muestra a la derecha e izquierda del diagrama, usa un electrolito de solución de cloruro de sodio, un ánodo de grafito (A) y un cátodo de mercurio (M). El otro tipo de celda, que se muestra en el centro del diagrama, usa un electrolito de solución de hidróxido de sodio , un ánodo de mercurio (M) y un cátodo de hierro (D). El electrodo de mercurio es común entre las dos celdas. Esto se logra haciendo que las paredes que separan las celdas se sumerjan por debajo del nivel de los electrolitos pero aún permitan que el mercurio fluya por debajo de ellas.
La reacción en el ánodo (A) es:
- 2 Cl - → Cl 2 + 2 e -
El gas de cloro resultante se ventila en la parte superior de las celdas exteriores donde se recolecta como un subproducto del proceso. La reacción en el cátodo de mercurio en las celdas externas es
- Na + + e - → Na (amalgama)
El sodio metálico formado por esta reacción se disuelve en el mercurio para formar una amalgama . El mercurio conduce la corriente desde las celdas exteriores hasta la celda central. Además, un mecanismo de balanceo (B mostrado por un punto de apoyo a la izquierda y excéntrico giratorio a la derecha) agita el mercurio para transportar el sodio metálico disuelto desde las celdas exteriores a la celda central.
La reacción del ánodo en la celda central tiene lugar en la interfaz entre el mercurio y la solución de hidróxido de sodio.
- 2Na (amalgama) → 2Na + + 2e -
Finalmente, en el cátodo de hierro (D) de la celda central, la reacción es
- 2H 2 O + 2e - → 2OH - + H 2
El efecto neto es que la concentración de cloruro de sodio en las celdas exteriores disminuye y la concentración de hidróxido de sodio en la celda central aumenta. A medida que continúa el proceso, se extrae algo de solución de hidróxido de sodio de la celda central como producto de salida y se reemplaza con agua. Se agrega cloruro de sodio a las celdas externas para reemplazar lo que se ha electrolizado.
Ver también
Referencias
- ^ Pauling, Linus; Química general 1970 ed. págs. 539–541 Dover publishing
- ^ Trinder, Barrie Stuart; Stratton, Michael (2000). Arqueología industrial del siglo XX . Londres: E&FN Spon. págs. 80–81. ISBN 978-0-419-24680-0.
- ^ Asociación de fabricantes de sal: la sal y la revolución química Archivado el 14 de mayo de 2007 en la Wayback Machine.
- ^ Crónicas de química
- ^ Plantas de cloro: principales, fuente ignorada de contaminación por mercurio, Oceana
- ^ Presentación del CMI al Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente sobre la reducción del mercurio en el sector cloro-álcali Archivado el 25 de mayo de 2011 en la Wayback Machine.
- ^ Newell, Lyman C .; Química descriptiva p. 291; DC Heath y compañía, 1903