¿Solución de sal electrolítica del electrodo de mercurio de Kastner?
Ge Hong (283-363), un alquimista y farmacólogo de la dinastía Jin de mi país, escribió un libro médico "Recetas de emergencia" Volumen 5 "Recetas para comer carne", que registra: "Tome blanco Ceniza de carbón, ceniza de arroz glutinoso, etc., frita como ungüento. Esto no se debe prever y se pueden eliminar las manchas solares "La" prescripción carnívora "se refiere a la prescripción que corroe la piel. ¿Por qué corroer la piel? Probablemente sea la "eliminación de manchas solares" mencionada en el artículo. Las "manchas negras" se refieren a lunares en la piel humana. Según la superstición popular china, los lunares en ciertas partes de la cara traen mala suerte y deben eliminarse. La "ceniza de carbón blanca" es cal, es decir, óxido de calcio (Cao); la "ceniza de teja" es ceniza vegetal que contiene carbonato de potasio (K2CO3) y carbonato de sodio (Na2CO3). Después de agregar agua a los dos, el óxido de calcio reacciona rápidamente con el agua, liberando una gran cantidad de calor para generar hidróxido de calcio (Ca(OH)2), lo que hace que la solución acuosa hierva, lo que se denomina "decocción" en este artículo. El hidróxido de calcio producido al agregar óxido de calcio al agua reacciona con el carbonato de sodio y el carbonato de potasio contenidos en las cenizas de las plantas para formar hidróxido de sodio (NaOH) e hidróxido de potasio (KOH). Ambas sustancias se llaman álcalis cáusticos y corroerán la piel.
El hidróxido de potasio y el hidróxido de sodio generados absorberán el gas dióxido de carbono del aire y lo convertirán en carbonato de potasio (K2CO3) y carbonato de sodio (Na2CO3), por lo que "esto no es adecuado para la producción temprana y usted Tendrá que descansar el día 10." . ”
2 NaOH+CO2═na2co 3+H2O 2 KOH+CO2═k2co 3+H2O, lo que indica que nuestro país ha preparado soda cáustica desde muy temprano y ha reconocido algunos de sus propiedades.
En Europa, hasta finales del siglo XIX, la sosa cáustica se elaboraba a partir de cenizas vegetales, carbonato de sodio e hidróxido de calcio.
En 1773, el químico sueco Scheele hizo reaccionar una solución salina con óxido de plomo para obtener una solución de hidróxido sódico y pigmento amarillo de oxicloruro de plomo, convirtiendo el hidróxido sódico en carbonato sódico.
El método de las sales ferrosas apareció en Alemania en 1882. Mezcle carbonato de sodio seco y óxido de hierro triturado en una proporción de 1:3 y calcínelo en un horno para generar ferrita de sodio fundida;
na2co 3+fe2o 3·═·2 nafeo 2+ Cuando CO2 ↑ agua caliente actúa sobre la ferrita de sodio, se descompone para producir hidróxido de sodio y óxido de hierro;
2 nafeo 3+H2O══2 NaOH+fe2o 3 La leyenda de la batería inventada por el físico italiano Volta en 1800 Después de llegar a Inglaterra, el químico W. Cruickshank (-1810) electrolizó agua salada en una batería y detectó hidróxido de sodio en el cátodo.
No fue hasta la llegada de los motores eléctricos a finales de los años 60 que se obtuvo hidróxido de sodio mediante electrólisis de soluciones salinas baratas.
La electrólisis de la salmuera produce hidrógeno gaseoso en el cátodo, cloro gaseoso en el ánodo e hidróxido de sodio en la solución. Sin embargo, el cloro generado reaccionará con el hidróxido de sodio para formar cloruro de sodio e hipoclorito de sodio (NaClO):
Cl2+2 NaOH/NaClO+NaCl+H2O Para solucionar este problema, científicos y técnicos han buscado soluciones. Instalaron una capa de aislamiento entre los dos polos y dividieron la celda electrolítica en dos partes, una parte es la cámara catódica y la otra es la cámara anódica, para evitar la interacción de los productos de la electrólisis. La capa de aislamiento también debe permitir que los iones pasen libremente para que la electrólisis pueda desarrollarse normalmente.
En 1890, la fábrica química de Griesheim desarrolló conjuntamente con Matthes y Weber el electrolizador de membrana para cemento. En 1903, Hooker Electrochemical Company desarrolló un electrolizador de diafragma de amianto. Se ponen en producción varios diafragmas (Figura 5-1).
De esta forma, a finales del siglo XIX y principios del XX se preparaba una gran cantidad de hidróxido sódico en un tanque de diafragma para electrolizar salmuera.
Dado que la sal no se puede descomponer completamente en el tanque de diafragma, la solución de hidróxido de sodio preparada contiene una cierta cantidad de sal, que debe evaporarse y concentrarse para cristalizar la sal y obtener hidróxido de sodio puro.
En 1892, Kastner (1858-1898), un químico estadounidense que vivía en el Reino Unido, propuso utilizar mercurio como cátodo y grafito como ánodo para electrolizar salmuera para preparar hidróxido de sodio, y obtuvo una patente.
En el electrodo de mercurio, los iones de sodio (Na+) se descargan más fácilmente que los iones de hidrógeno (H+), y ganan electrones en el electrodo para generar sodio metálico. El sodio y el mercurio forman amalgama de sodio (amalgama de sodio);
Na++Hg+e-══Na(Hg)
Coloque la aleación en un tanque de fusión de mercurio, sodio El El electrodo reacciona con el agua para generar hidróxido de sodio, libera hidrógeno y deja mercurio;
2na (Hg)+2h2o ═ NaOH+H2 ↑+Hg El mercurio restante se devuelve a la celda electrolítica para su reciclaje (Figura 5-2).
De esta forma no es necesaria ninguna capa separadora en la celda electrolítica y la solución de hidróxido sódico obtenida tiene una alta concentración.
Kastner era un estudiante de la Escuela Americana de Minas sin título. Posteriormente trabajó en la producción química y luego se fue a Inglaterra a trabajar en una planta de fundición de metales. Inicialmente, se preparó sodio metálico para reducir el cloruro de aluminio y obtener aluminio metálico. Alguien propuso utilizar mercurio como cátodo para electrolizar el agua y obtener sodio metálico, pero lo que se obtuvo fue hidróxido de sodio.
Sin embargo, el ingeniero austriaco K. Kellner (1851-1905) fue el primero en adoptar este método de preparación del sodio metálico.
Patentó este método antes que Kastner. Sin litigio, colaboraron para formar Kastner-Cherna Alkali Company en 1895 y establecieron plantas en las Cataratas del Niágara, EE. UU., y Runcorn, Cheshire, Inglaterra, en 1896 y 1897, respectivamente. Las Cataratas del Niágara tienen un gran suministro de electricidad. La ciudad de Runcorn está cerca del Mar de Irlanda y tiene abundante suministro de sal. En 1898, la fábrica de la ciudad de Longgang produciría 20 toneladas de hidróxido de sodio y 40 toneladas de polvo blanqueador por día. El polvo blanqueador se elabora utilizando cal hidratada para absorber el cloro gaseoso producido por la electrólisis.
El hidróxido de sodio preparado mediante electrodos de mercurio tiene alta concentración y bajo contenido de sal, no requiere evaporación ni concentración y puede usarse directamente en industrias químicas con mayores requisitos de hidróxido de sodio. Sin embargo, durante el proceso de producción de electrólisis del electrodo de mercurio, se escapa vapor de mercurio, lo que es muy perjudicial para la salud de los operadores. La emisión de escoria de mercurio contamina el medio ambiente y los costos de operación son altos. En la década de 1960, la empresa estadounidense DuPont desarrolló una membrana de iones de ácido perfluorosulfónico. Este diafragma de electrólisis es selectivo y solo permite el paso de una pequeña cantidad de moléculas de agua que contienen Na+, mientras que el Cl- se bloquea, lo que reduce el contenido de cloruro de sodio en la solución de hidróxido de sodio del producto catódico, convirtiéndose en el tercer método de electrolisis de salmuera.
El cloro gaseoso obtenido por electrólisis se utilizaba originalmente para elaborar polvo blanqueador. No fue hasta 1912 que Kastner-Cerna Alkali Company desarrolló el uso de la quema de cloro en hidrógeno para generar gas cloruro de hidrógeno, que se disolvía en agua para generar ácido clorhídrico.
De esta forma se obtienen tres productos de la electrólisis de la salmuera: hidróxido sódico, sodio metálico y ácido clorhídrico.
El ácido clorhídrico fue producido ya en el siglo VII por el alquimista árabe Gerber cuando elaboraba agua regia (una mezcla de 1 volumen de ácido nítrico y 3 volúmenes de ácido clorhídrico). En aquella época, se elaboraba destilando vitriolo verde (cristales hidratados de sulfato ferroso) para obtener ácido sulfúrico, y luego añadiendo salitre (nitrato de potasio) y cloruro de amonio natural (NH4Cl). Cuando el químico alemán Johann Glauber's Salt (1604-1670) descubrió la sal de Glauber (Na2SO4) en 1658, la sal reaccionó con ácido sulfúrico para generar sulfato de sodio y ácido clorhídrico al mismo tiempo. 2NaCl+H2SO4=Na2SO4+2HCl reaccionaron en hidrógeno; Respecto a la síntesis directa de gas cloruro de hidrógeno con cloro gaseoso, en 1897 los profesores de química franceses Armand Emile Justin Grautier (1837-1880) y H. Helier publicaron un informe en el que afirmaban que no se producía ningún cambio después de mezclar los dos gases y dejarlos en la oscuridad. durante 15 a 16 meses. Se combinan lentamente bajo luz normal, reaccionan rápidamente bajo luz intensa y explotan bajo luz solar. En 1902, los químicos británicos Mailer (1869-1938) y E.J. Russell descubrieron que estos dos gases no explotarían cuando se mezclaran a la luz del sol después de haber sido presecados. Por lo tanto, la síntesis directa de gas cloruro de hidrógeno a partir de hidrógeno y cloro debe realizarse previamente. .
El cloro se quema en hidrógeno para sintetizar cloruro de hidrógeno. El quemador consta de dos tubos de acero concéntricos. El hidrógeno seco ingresa por el tubo exterior y el cloro seco ingresa por el tubo interior. Si el tubo exterior se llena con cloro y el tubo interior se llena con hidrógeno, el cloro permanecerá después de quemarse, lo que afectará la salud de los trabajadores y será perjudicial para los residentes y los cultivos cercanos a la fábrica. Se libera una gran cantidad de calor cuando se sintetizan hidrógeno y cloro, y el gas cloruro de hidrógeno generado es absorbido por el agua en ácido clorhídrico después del enfriamiento.