💯 Объяснение производства гидроксида натрия

📢 Получайте еженедельные практические работы по комплексной математике БЕСПЛАТНО 😊
Перейдите по этой ссылке, чтобы получить: ▶️▶️▶️ https://iitutor.com/email-list/ ◀️◀️◀️

Гидрид натрия — белое полупрозрачное твёрдое вещество. Он расплывается, то есть поглощает воду из воздуха и растворяется в ней, образуя раствор. Он хорошо растворяется в воде. Гидроксид натрия — один из наиболее широко используемых промышленных химикатов и входит в десятку наиболее производимых химических веществ.

Промышленное производство гидроксида натрия из раствора хлорида натрия осуществляется электролизом. Для электролитического превращения концентрированного раствора хлорида натрия в гидроксид натрия, хлор и водород используются три различных метода: ртутный, диафрагменный и мембранный. В каждом из них используются различные методы физического разделения катодного и анодного отсеков, что обеспечивает разделение продуктов электролиза. Это необходимо, поскольку газообразный хлор реагирует с гидроксидом натрия и водородом. Одной из возможных реакций является образование гипохлорита натрия (отбеливающего вещества).

Ртутный процесс

В ртутном процессе используется электролитический процесс для преобразования хлорида натрия в гидроксид натрия, водород и хлор. Этот процесс получения гидроксида натрия также требует больших затрат энергии для протекания желаемой химической реакции. В данном случае химические реакции следующие:

Хлорид окисляется на титановом аноде:

При образовании металлического натрия на ртутном катоде образуется амальгама (сплав металлов), а затем натрий транспортируется во вторичный элемент и реагирует с водой с образованием гидроксида натрия и водорода, что является самопроизвольной реакцией:

В этом процессе водород и хлор образуются не одновременно из-за образующейся амальгамы, что позволяет избежать образования взрывоопасной смеси. Этот процесс имеет серьезные экологические проблемы: ртуть — тяжелый металл, который биоаккумулируется (накапливается в живых организмах), а ее соединения ядовиты для большинства растений и животных. Хотя этот процесс позволяет получать гидроксид натрия высокой чистоты, он очень энергоёмкий, гораздо более энергоёмкий, чем альтернативные методы. По этим причинам ртутный метод постепенно выводится из обращения и заменяется электролизерами.

Диафрагменный электролизер

Название происходит от диафрагмы, используемой для отделения раствора гидроксида натрия от хлора. В этом процессе исходный раствор (рассол) обрабатывается карбонатом натрия для удаления примесей кальция (Ca₂) и магния (Mg₂), которые могут засорить диафрагму, после чего очищенный рассол подкисляется соляной кислотой и помещается в электролизер.

Диафрагма изготовлена ​​из асбеста, осаждённого на стальном или железном катоде. Анод представляет собой инертный металлический или угольный стержень. Процесс включает образование газообразного хлора на аноде и гидроксида натрия и водорода на катоде. Общие реакции такие же, как в ртутном электролизере, но нет необходимости в образовании или транспортировке металлического натрия. Весь металлический натрий немедленно превращается в гидроксид натрия в присутствии воды.

Чтобы продать гидроксид натрия, его необходимо концентрировать путем выпаривания воды, что является дорогостоящим процессом. Однако диафрагменный процесс требует гораздо меньше энергии, чем ртутный, и не приводит к образованию вредных ртутных отходов. К сожалению, этот процесс не так эффективен, как ртутный, и не обеспечивает такой же чистоты продукта, как ртутный. Продукты обычно содержат около 1% непрореагировавшего хлорида натрия, что недостаточно для таких процессов, как производство искусственного шёлка. Ещё одной экологической проблемой является использование асбеста, известного раздражителя дыхательных путей, и возможные риски для здоровья, связанные с его использованием и утилизацией.

Мембранный элемент

Это самый последний разработанный процесс (1970-х годов). Мембранный элемент представляет собой диафрагменный элемент с усовершенствованной диафрагмой, называемой мембраной. Мембрана изготовлена ​​из политетрафторэтилена, модифицированного для включения анионных групп, что позволяет ей действовать как ионообменная мембрана. Через него проходят ионы натрия, но не хлорид- или гидроксид-ионы, что предотвращает загрязнение катодной части хлорид-ионами.

Этот процесс имеет три основных преимущества по сравнению с двумя другими:

• более низкое энергопотребление — значительно меньше, чем у ртутного элемента, и практически идентично диафрагменному;
• незначительное воздействие на окружающую среду — отсутствие токсичных отходов;
• получение чистого продукта — аналогичного ртутному элементу и значительно чище, чем диафрагменный, без испарения излишков воды.