Proceso Castner-Kellner
El proceso Castner-Kellner es un método de electrólisis en una solución acuosa de cloruro alcalino (generalmente solución de cloruro de sodio ) para producir el hidróxido alcalino correspondiente , [1] inventado por el estadounidense Hamilton Castner y el austriaco Carl Kellner en la década de 1890. [2] [3] Es un tipo de proceso cloro-álcali , pero en esta función está siendo reemplazado gradualmente por la electrólisis de membrana que tiene un menor costo energético y menos preocupaciones ambientales. [4]
Historia
La primera patente para la electrolisis de salmuera fue otorgada en Inglaterra en 1851 a Charles Watt. Sin embargo, su proceso no era un método económicamente viable para producir hidróxido de sodio porque no podía evitar que el cloro que se formaba en la solución de salmuera reaccionara con sus otros componentes. El químico e ingeniero estadounidense Hamilton Castner resolvió el problema de la mezcla con la invención de la celda de mercurio y obtuvo una patente estadounidense en 1894. [5] El químico austríaco Carl Kellner llegó a una solución similar casi al mismo tiempo. Para evitar una batalla legal se convirtieron en socios en 1895 y fundaron la Castner-Kellner Alkali Company, que construyó plantas que empleaban el proceso en toda Europa. El proceso de celda de mercurio continúa en uso hasta el día de hoy. [6] Las operaciones actuales de las plantas de celdas de mercurio son criticadas por la liberación de mercurio al medio ambiente [7] que conduce en algunos casos a una intoxicación grave por mercurio ( como ocurrió en Japón ). Debido a estas preocupaciones, las plantas de celdas de mercurio se están eliminando gradualmente y se está realizando un esfuerzo sostenido para reducir las emisiones de mercurio de las plantas existentes. [8]
Detalles del proceso
El aparato que se muestra está dividido en dos tipos de celdas separadas por paredes de pizarra . El primer tipo, que se muestra a la derecha y a la izquierda del diagrama, utiliza un electrolito de solución de cloruro de sodio, un ánodo de grafito (A) y un cátodo de mercurio (M). El otro tipo de celda, que se muestra en el centro del diagrama, utiliza un electrolito de solución de hidróxido de sodio , un ánodo de mercurio (M) y un cátodo de hierro (D). El electrodo de mercurio es común entre las dos celdas. Esto se logra haciendo que las paredes que separan las celdas se hundan por debajo del nivel de los electrolitos, pero aún así permitan que el mercurio fluya por debajo de ellos. [9]
La reacción en el ánodo (A) es:
- 2Cl − → Cl 2 + 2 e −
El gas de cloro resultante se ventila por la parte superior de las celdas externas, donde se recoge como subproducto del proceso. La reacción en el cátodo de mercurio de las celdas externas es
- Na ++ e− → Na (amalgama)
El sodio metálico formado por esta reacción se disuelve en el mercurio para formar una amalgama . El mercurio conduce la corriente desde las celdas externas hasta la celda central. Además, un mecanismo de balanceo (B mostrado por un punto de apoyo a la izquierda y un excéntrico giratorio a la derecha) agita el mercurio para transportar el sodio metálico disuelto desde las celdas externas hasta la celda central.
La reacción del ánodo en la celda central tiene lugar en la interfaz entre el mercurio y la solución de hidróxido de sodio.
- 2Na (amalgama) → 2Na + + 2e −
Finalmente en el cátodo de hierro (D) de la celda central la reacción es
- 2H 2 O + 2e − → 2OH − + H 2
El efecto neto es que la concentración de cloruro de sodio en las celdas externas disminuye y la concentración de hidróxido de sodio en la celda central aumenta. A medida que el proceso continúa, parte de la solución de hidróxido de sodio se retira de la celda central como producto de salida y se reemplaza con agua. Se agrega cloruro de sodio a las celdas externas para reemplazar lo que se ha electrolizado.
Véase también
Referencias
- ^ Pauling, Linus; Química general 1970 ed. págs. 539–541 Dover publishing
- ^ Trinder, Barrie Stuart; Stratton, Michael (2000). Arqueología industrial del siglo XX . Londres: E&FN Spon. págs. 80-81. ISBN 978-0-419-24680-0.
- ^ "La electrólisis de la salmuera". La sal y la revolución química. Asociación de fabricantes de sal. Archivado desde el original el 14 de mayo de 2007.
- ^ "Mercurio".
- ^ US 528322, Castner, HY, "Proceso y aparato para la descomposición electrolítica de sales alcalinas", publicado el 30 de octubre de 1984
- ^ Kiefer, David M. (abril de 2002). "Cuando la industria avanzó a toda velocidad". El químico de hoy en el trabajo . Crónicas de química. 11 (3). Sociedad Química Estadounidense: 9.
- ^ "Plantas de cloro: fuente importante y olvidada de contaminación por mercurio". Oceana. Archivado desde el original el 20 de julio de 2011.
- ^ "Conferencia del Consejo Mundial del Cloro sobre la Alianza Mundial sobre el Mercurio para la Reducción del Mercurio en el Sector Cloroálcali" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 25 de mayo de 2011.
- ^ Newell, Lyman C.; Química descriptiva p. 291; DC Heath y compañía, 1903
Enlaces externos
- Animación que muestra el proceso de la celda de mercurio.
- Producción de cloro en la industria cloro-álcali - IUPAC
- Ahora es un problema de salud
