- گروه شیمی - https://www.chemgroup.ir -

تولید سدیم به وسیله الکترولیز نمک در سلول دانز + ویدئو

سلول دانز (Downs cell) که با نام فرایند دانز نیز شناخته می‌شود، یک ابزار الکترولیز است که نخستین بار در سال ۱۹۲۱ توسط شرکت دوپونت برای تولید فلز سدیم خالص ابداع گردید.

در این سلول الکتروشیمیایی، سدیم کلرید مذاب در تماس با دو الکترود گرافیتی (آند) و آهنی (کاتد) به دو عنصر سدیم (به صورت مذاب) و کلر (به صورت گاز) الکترولیز می‌شود.

در الکترولیز سدیم کلرید غلیظ و رقیق نمی توان Na(s) تولید کرد. در صنعت فلز سدیم را از طریق الکترولیز سدیم کلرید مذاب در سلول دانز تهیه می کنند. در این جا به بررسی نحوه ی کار این سلول الکتروشیمیایی برای تولید Na(s) می پردازیم.

فلز سدیم به حالت آزاد در طبیعت وجود ندارد اما در ترکیب های شیمیایی گوناگون به صورت یون سدیم مشاهده می شود. برای مثال 7/2 درصد جرمی آب دریا را سدیم کلرید تشکیل می دهد. به واکنش زیر توجه کنید:

2Na (s) + Cl2 (g) → 2NaCl (s)             ΔH = -822kj

اگر بخواهیم از تجزیه ی گرمایی NaCL فلز سدیم را به طور خود به خودی یعنی بدون استفاده از فرایند الکترولیز بدست آوریم، به دمای بسیار بالایی در حدود 4267 °c (فقط کمی کمتر از دمای سطح خورشید) نیاز داریم. تأمین چنین دمایی ساده نبوده و در دماهای پایین تر، این فرایند خود به خودی نیست. به طور طبیعی دمای ذوب سدیم کلرید خالص ۸۰۱ درجه سانتی گراد است اما در این فرایند، با افزودن مقداری کلسیم کلرید دمای ذوب تا ۵۸۷ درجه سانتی گراد کاهش می‌یابد که این روش از نظر اقتصادی و مصرف انرژی مقرون به صرفه تر است. از طرفی برای تهیه فلزهای گروه اول و دوم نمی توان از الکترولیز محلول آبی نمک ها استفاده کرد زیرا E° کاتیون های گروه اول و دوم کوچکتر از E° آب است.

راه حل مناسب برای تولید سدیم، الکترولیز سدیم کلرید مذاب در سلول دانز است. سلول دانز یک سلول الکتروشیمیایی الکترولیتی بوده که نخستین بار در سال 1921 توسط شرکت دوپون طراحی، ساخته و استفاده می شود. در این سلول به کمک یک آند گرافیتی و یک کاتد آهنی، فلز سدیم خالص تهیه می شود.

در سلول دانز یون های CL به سمت آند رفته و در آنجا اکسایش یافته و تبدیل به گاز کلر می شوند. این گاز از قسمت فوقانی سلول خارج می گردد. یون های Na+(aq) به طرف کاتد رفته و با گرفتن الکترون کاهش یافته و تبدیل به فلز سدیم می شوند. به دلیل حرارت بالای دستگاه فلز سدیم به صورت مذاب بوده و از خروجی های دیواره ی دستگاه خارج می شود.

نکته: در سلول دانز آب وجود ندارد.

 

در زیر سازوکار واکنش شیمیایی اتفاق افتاده در این سلول نشان داده شده است:

 

نیم واکنش آند:

2Cl (l) → Cl2 (g) + 2e

نیم واکنش کاتد:

2Na+ (l) + 2e → 2Na (l)

واکنش کلی:

2Na+ (l) + 2Cl (l) → 2Na (l) + Cl2 (g)