Celda Downs - Downs cell
El proceso de Downs es un método electroquímico para la preparación comercial de magnesio metálico , en el que el MgCl 2 fundido se electroliza en un aparato especial llamado celda Downs . La celda Downs fue inventada en 1922 (patentada: 1924) por el químico estadounidense James Cloyd Downs (1885-1957).
Cómo funciona
La celda Downs utiliza un ánodo de carbono y un cátodo de hierro . El electrolito es cloruro de magnesio que se ha calentado hasta el estado líquido. Aunque el cloruro de magnesio sólido es un mal conductor de la electricidad, cuando se funden los iones de magnesio y cloruro se movilizan, los cuales se convierten en portadores de carga y permiten la conducción de la corriente eléctrica.
Se añaden al electrolito algo de cloruro de calcio y / o cloruros de bario y estroncio y, en algunos procesos, fluoruro de magnesio para reducir la temperatura requerida para mantener el electrolito líquido. El cloruro de sodio se funde a 801 ° C (1074 Kelvin), pero una mezcla de sal se puede mantener líquida a una temperatura tan baja como 600 ° C en la mezcla que contiene, en peso: 33,2% de MgCl 2 y 66,8% de CaCl 2 . Si se usa cloruro de magnesio puro, se forma una emulsión de magnesio metálico en el MgCl fundido que es imposible de separar. Por lo tanto, una opción es tener una mezcla de MgCl 2 (42%) y CaCl 2 (58%).
La reacción del ánodo es:
2Cl - → Cl 2 (g) + 2e -
La reacción del cátodo es:
Mg 2+ + 2e - → Mg (l)
para una reacción general de
Mg 2+ + 2Cl - → Mg (l) + Cl 2 (g)
El calcio no entra en la reacción porque su potencial de reducción de -2,87 voltios es menor que el del magnesio, que es de -2,38 voltios. Por tanto, los iones magnesio se reducen a forma metálica con preferencia a los de calcio. Si el electrolito contuviera solo iones de calcio y no magnesio, sería calcio metal producido como producto del cátodo (que de hecho es como se produce el calcio metálico).
Ambos productos de la electrólisis, magnesio metálico y cloro gaseoso, son menos densos que el electrolito y, por lo tanto, flotan hacia la superficie. Los deflectores de hierro perforado están dispuestos en la celda para dirigir los productos a cámaras separadas sin que entren en contacto entre sí.
Aunque la teoría predice que un potencial de poco más de 4 voltios debería ser suficiente para hacer que la reacción avance, en la práctica se utilizan potenciales de hasta 8 voltios. Esto se hace para lograr densidades de corriente útiles en el electrolito a pesar de su resistencia eléctrica inherente. La sobretensión y el consiguiente calentamiento resistivo contribuyen al calor necesario para mantener el electrolito en estado líquido.
El proceso de Downs también produce cloro como subproducto, aunque el cloro producido de esta manera representa solo una pequeña fracción del cloro producido industrialmente por otros métodos.