Цей електролізний процес, названий хлорощелочним, вивчався ще X. Деві (1803 г.), а в 1879 р російський вчений Н. Глухів запатентував отримання хлору електрохімічним способом з розчину хлориду натрію NaCl. В даний час електроліз кухонної солі є одним з найдешевших електрохімічних процесів: і хлор, і їдкий натр, які виходять в результаті електролізу, - основні компоненти в багатьох хімічних виробничих процесах.
З хлору отримують соляну кислоту, хлорне вапно, фосген, Тетрахлорметан (чотирихлористий вуглець), полівінілхлорид. За його участю синтезується ряд пластмас, інсектицидів, фунгіцидів, очищається і дезінфікується вода та ін. Їдкий натр - каустична сода, як її часто називають в побуті - знаходить найширше застосування в хімічній промисловості. Вона використовується в миловарній, фармацевтичної та целюлозно-паперової промисловості, а також для виробництва штучного шовку, фарбуванні тканин. Розчини їдкого натру використовують для очищення продуктів переробки нафти, мінеральних і рослинних масел. Ні, напевно, хімічної лабораторії, де б не використовувався їдкий натр.
Початковою сировиною для хлорощелочного електролізу є легкодоступна кухонна сіль. Вона надходить в електролізних ванни у вигляді концентрованого розчину (305-310 г / л). Існують ванни двох типів - з твердим залізним катодом і з рідким ртутним. Хімічні реакції, що відбуваються на цих катодах, різні, але на аноді в обох випадках виділяється хлор. На залізному катоді виділяється водень, і катодного простір збагачується їдким натром, а на ртутному катоді виділяється металевий натрій. Він з'єднується з ртуттю, і утворюється амальгама натрію. Здогадуєтеся, що створює умови для виділення водню або натрію, чи не так?
- Так, перенапруження водню на ртутному катоді. У цьому принципова відмінність між двома типами електролізних ванн.
Ми вже говорили, що в ваннах з твердим катодом на останньому виділяється водень, а на аноді - хлор, а електроліт збагачується їдким натром. Складність полягає в тому, що хлор активно взаємодіє з їдким натром.
Утворюються хлорид і гіпохлорит натрію. Гіпохлорит також цінну речовину, але все-таки він використовується не так широко, як NaOH. Тому необхідно запобігати його освіту. Найпростіше це зробити, якщо анодна і катодного простір розділити діафрагмою. Принципове пристрій такої ванни не складне. Отриманий їдкий натр разом з розклалися ще кухонною сіллю постійно відводиться в нижню частину ванни. Хлор відводиться з анодного простору. Його можна використовувати відразу в якомусь процесі або зберегти; для цього його зріджують в балони.
При хлорощелочном електролізі з ртутним катодом діафрагма не потрібна. Вона складається з двох окремих частин. В одній з них - електролізаторе - з хлориду натрію утворюються хлор і амальгама натрію. В іншій частині - в посудині - амальгама обробляється гарячою водою. Тут протікає звичайна хімічна реакція. Натрій амальгами взаємодіє з водою, утворюються їдкий натр і водень. Ртуть відновлюється, стікає по похилому дну і після цього насосом знову подається в електролізатор. Продуктами електролізу, так само як в попередньому випадку, є водень, хлор і їдкий натр, але всі вони кращої якості - чистіші. І це не єдина перевага даного способу. У ньому їдкий натр утворюється більш високої концентрації 650-700 г / л, в той час як в методі з використанням діафрагми концентрація NaOH становить лише 120-130 г / л. А процес концентрації розчинів і виділення твердої каустичної соди пов'язаний з додатковою витратою енергії. Разом з тим у ртутного методу є і недоліки: використовувані в ньому електролізних ванни дорожче, а робота зі ртуттю небезпечна для здоров'я.
У нас, в Болгарії, хлорощелочной електроліз проводиться на господарському хімічному комбінаті в Девно. Там можна побачити і розташовані в ряд ванни, і пористі діафрагми, і графітові електроди. А що виділився хлор йде на виробництво вінілхлориду і соляної кислоти.
Приклад з хлорощелочним електролізом показує, що мета електролізного процесу - це не завжди отримання чистих хімічних елементів: металів, водню, кисню, хлору та ін. В електролізних ваннах отримують і багато інші хімічні сполуки. Можливості електролізу набагато ширше. Давайте зараз поговоримо більш докладно