ЕЛЕКТРОЛІЗ розчином кухонної солі
Електроліз розчинів хлористого натрію проводиться в дуже великих масштабах для виробництва хлору і гідроксиду натрію. Він використовується також для виробництва гіпохлоритів і хлоратов.
Потенціал осадження натрію з водного розчину дорівнює - 2,71 В, так що на твердому катоді завжди переважно виділяється водень; одночасно утворюється один моль іонів гідроксилу в розрахунку на один Фарадей електрики:
Якщо ж катодом служить ртуть, то при розряді іонів натрію поверхневий Шар металевого натрію не утворюється, і тому вказане вище значення потенціалу осадження, рівне - 2,71 В, не досягається в даному процесі. Натрій утворює амальгаму і дифундує
з поверхні всередину ртутного електрода, а тому активність натрію на поверхні катода виключно мала. Дана обставина спільно з дуже великим перенапруженням водню (див.) На ртутному катоді, особливо при досить високій щільності струму, гарантує, що переважаючою реакцією буде розряд іонів натрію.
Первинною реакцією на аноді є розряд іонів хлору з виділенням газоподібного хлору. І в цьому випадку в силу термодинамічних співвідношень розряд кисню з води при мав би відбуватися легше, ніж розряд хлору. Але це не так, почасти через те, що при розряді кисню поблизу анода повинен утворитися шар з підвищеною кислотністю, в результаті чого розрахункове значення Е збільшиться на кілька десятих вольта, і частково через велику перенапруги кисню.
Якщо первинні продукти можуть змішуватися, то утворюється гіпохлорит по реакції
Якщо в цій реакції хлор витрачається повністю, то на освіту 1 благаючи гіпохлориту витрачається 2 фарадея електрики.
Подальша участь гіпохлориту в реакціях може проявлятися двояко. У підігрітому кислому розчині утворюється хлорат по реакції
причому на освіту 1 благаючи хлората витрачається 6 Фарадей електрики. При низьких температурах і в лужних розчинах ця реакція протікає дуже повільно; подальша реакція гіпохлориту відбувається на аноді:
Тут на освіту 4 молей хлората (і 3 молей кисню) витрачається 36 Фарадей електрики. Тому такий спосіб отримання хлората не дуже ефективний.
Все сказане лежить в основі таких процесів.
Виробництво гідроксиду натрію і хлору
а) електролізери з діафрагмою. У них використовуються сталеві катоди і графітові аноди. Гідроксильні іони можуть досягти анода за рахунок дифузії або електроміграціі. Щоб запобігти дифузію, катоди оточують діафрагмою з спеціальним чином обробленого азбесту. Електролітичний перенесення в основному обумовлений іонами хлору, присутніми у великій концентрації; але у гідроксильних іонів велика рухливість, і, щоб вони не могли потрапляти на анод, необхідно використовувати циркуляцію за принципом протитечії: соляний розчин безперервно подається в електролізер через анодні відсіки, з яких відводиться хлор, і витікає через катодні відсіки; випливає розчин концентрується, і залишився хлористий натрій викристалізовується. З катодних відсіків відводиться також водень.
Таким методом можна безпосередньо отримувати чисту концентровану гідроокис натрію, але при цьому буде потрібно більша напруга, ніж в електролізері з діафрагмою. Теоретично деяку частину цієї додаткової електричної енергії можна отримати назад при мимовільної реакції в апараті для розкладання амальгами, але на практиці це поки що не вдається здійснити. Амальгами лужних металів, одержувані в ртутних електролізерах, використовуються як реагенти для різних органічних синтезів.
виробництво гіпохлориту
Піддають електролізу розчин хлористого натрію, причому зазвичай користуються графітовими електродами. Щоб звести до мінімуму утворення хлората, підтримують низьку температуру. Електроди розташовують на малій відстані один від іншого, але так, щоб забезпечувалося інтенсивне перемішування розчину. Однак гіпохлорит, що досягає катода, буде відновлюватися. Тому на великих заводах зараз зазвичай спочатку отримують в електролізерах з діафрагмою, а потім вже гіпохлорит шляхом змішування цих речовин.
Там, де є морська вода, електроліз виявляється ефективним методом очищення стічних вод. Стічну воду змішують з морською і пропускають через електролізер. Очищення стічної води здійснюється завдяки реакції утворюється гіпохлориту з домішками і випадання виходять з'єднань в осад. Процесу осадження сприяє студенистая гідроокис магнію, що утворюється в лужному розчині.
виробництво хлората
Піддають електролізу розчин хлористого натрію в електролізері зі сталевими катодами і графітовими анодами. Температура підтримується близько 313 К (при більш високих температурах графіт окислюється), а pH - близько 6. Виходить концентрований розчин хлорату, який при охолодженні кристалізується.