Даунс ячейка - Downs cell

В Процесс Даунов является электрохимический способ промышленного приготовления металлических магний, в котором расплав MgCl2 электролизуется в специальном аппарате, называемом Даунс ячейка. Ячейка Даунса была изобретена в 1922 г. (запатентована: 1924 г.) американским химиком Джеймсом Клойдом Даунсом (1885–1957).[1][2]

Как это устроено

В ячейке Дауна используется углерод анод и утюг катод. В электролит является хлорид магния который был нагрет до жидкого состояния. Хотя твердый хлорид магния плохо проводит электричество, при расплавлении магний и хлорид ионы мобилизуются, которые становятся носителями заряда и позволяют проводить электрический ток.

Немного хлорид кальция и / или хлориды из барий и стронций, а в некоторых процессах фторид магния[3] добавляются в электролит, чтобы снизить температуру, необходимую для сохранения жидкости электролита. Хлорид натрия плавится при 801 ° C (1074 Кельвина), но смесь солей может оставаться жидкой при температуре до 600 ° C в смеси, содержащей, по массе: 33,2% MgCl.2 и 66,8% CaCl2. Если используется чистый хлорид магния, в расплавленном MgCl образуется эмульсия металлического магния, которую невозможно отделить. Следовательно, один из вариантов - иметь MgCl2 (42%) и CaCl2 (58%) смесь.

Анодная реакция:

2Cl− → Cl2 (г) + 2e−

Катодная реакция:

Mg2+ + 2e− → Mg (л)

для общей реакции

Mg2+ + 2Cl− → Mg (l) + Cl2 (грамм)

Кальций не вступает в реакцию, потому что его потенциал сокращения -2,87 вольт ниже, чем у магния, который составляет -2,71 вольт. Следовательно, ионы магния восстанавливаются до металлической формы, а не кальция.[4] Если бы электролит содержал только ион кальция и не содержал магния, это был бы металлический кальций, полученный в качестве катодного продукта (именно так и производится металлический кальций).

Оба продукта электролиза, магний металл и хлор газа, менее плотны, чем электролит, и поэтому всплывают на поверхность. В ячейке расположены перфорированные железные перегородки (см. Схему рядом), чтобы направлять продукты в отдельные камеры, не соприкасаясь друг с другом.[5]

Хотя теория предсказывает, что потенциал чуть более 4 вольт должен быть достаточным для того, чтобы реакция продолжилась, на практике используются потенциалы до 8 вольт. Это делается для того, чтобы достичь полезной плотности тока в электролите, несмотря на присущее ему электрическое сопротивление. Перенапряжение и последующий резистивный нагрев способствует нагреву, необходимому для поддержания электролита в жидком состоянии.

Процесс Дауна также производит хлор в качестве побочного продукта, хотя хлор, полученный таким образом, составляет лишь небольшую часть хлора, производимого промышленно другими методами.[5]

Рекомендации

  1. ^ Даунс, Джеймс Клойд. «Электролитический процесс и ячейка». Патент США № 1 501 756 (подано 18 августа 1922 г .; выдано 15 июля 1924 г.).
  2. ^ Харди, Д. В. Ф. (1959). Электролитическое производство химикатов из соли. Оксфорд, Англия: Издательство Оксфордского университета. С. 14, 65.
  3. ^ Кепплер, Стивен Джон; Мессинг, Томас А .; Пру, Кевин Бернард; Джайн, Давендра Кумар (18 мая 2001 г.). "Электролиз расплавленных солей щелочных металлов, Патент США 6669836". Получено 2010-07-17.
  4. ^ «Производство магния методом электрохимического извлечения». коррозия-doctors.org. Получено 2007-12-20.
  5. ^ а б Полинг, Линус, Общая химия, 1970 изд. Dover Publications, стр. 539-540.