Komórka Downs - Downs cell

Proces Downsa to elektrochemiczna metoda komercyjnego otrzymywania metalicznego magnezu , w której stopiony MgCl 2 poddawany jest elektrolizie w specjalnym aparacie zwanym ogniwem Downsa . Komórka Downs została wynaleziona w 1922 r. (Opatentowana: 1924) przez amerykańskiego chemika Jamesa Cloyda Downsa (1885–1957).

Jak to działa

Ogniwo Downs wykorzystuje anodę węglową i katodę żelazną . Elektrolitem jest chlorek magnezu , które zostało podgrzane do temperatury w stanie ciekłym. Chociaż stały chlorek magnezu jest słabym przewodnikiem prądu elektrycznego, po stopieniu uruchamiane są jony magnezu i chloru , które stają się nośnikami ładunku i umożliwiają przewodzenie prądu elektrycznego.

Niektóre chlorek wapnia i / lub chlorków z baru i strontu , a w niektórych procesach, fluorku magnezu dodaje się do elektrolitu w celu obniżenia temperatury wymagane do utrzymania cieczy elektrolitu. Chlorek sodu topi się w 801 ° C (1074 Kelvina), lecz stosuje się mieszaninę soli może być ciekły w temperaturze tak niskiej jak 600 ° C w mieszaninie zawierającej wagowo: 33,2% MgCl 2 i 66,8% CaCl 2 . Jeśli stosuje się czysty chlorek magnezu, w stopionym MgCl tworzy się emulsja metalicznego magnezu, której nie można oddzielić. Dlatego jedną z opcji jest zastosowanie mieszaniny MgCl 2 (42%) i CaCl 2 (58%).

Reakcja anodowa to:

2 Cl - → Cl 2 (g) + 2e -

Reakcja katodowa to:

Mg 2+ + 2e - → Mg (l)

dla ogólnej reakcji

Mg 2+ + 2Cl - → Mg (l) + Cl 2 (g)

Wapń nie wchodzi w reakcję, ponieważ jego potencjał redukcyjny wynoszący -2,87 woltów jest niższy niż magnezu, który wynosi -2,38 wolta. Stąd jony magnezu są redukowane do postaci metalicznej, a nie wapnia. Gdyby elektrolit zawierał tylko jony wapnia i nie zawierał magnezu, byłby to metal wapniowy wytwarzany jako produkt katody (i tak właśnie jest wytwarzany metaliczny wapń).

Oba produkty elektrolizy, magnez metaliczny i chlor gazowy, mają mniejszą gęstość niż elektrolit i dlatego wypływają na powierzchnię. Perforowane żelazne przegrody są rozmieszczone w komorze, aby kierować produkty do oddzielnych komór bez ich stykania się ze sobą.

Chociaż teoria przewiduje, że potencjał nieco powyżej 4 woltów powinien wystarczyć do spowodowania postępu reakcji, w praktyce wykorzystuje się potencjały do ​​8 woltów. Odbywa się to w celu uzyskania użytecznej gęstości prądu w elektrolicie pomimo jego wrodzonej rezystancji elektrycznej. Przepięcie i w konsekwencji nagrzewanie rezystancyjne przyczynia się do wydzielania ciepła potrzebnego do utrzymania elektrolitu w stanie ciekłym.

Proces Downs również wytwarza chlor jako produkt uboczny, chociaż chlor wytwarzany w ten sposób stanowi tylko niewielki ułamek chloru produkowanego przemysłowo innymi metodami.

Bibliografia