نحوه تولید صنعتی هیدروکسید سدیم: فرآیندها و معادلات

تولید صنعتی هیدروکسید سدیم: فرآیندها و معادلات

ما می توانیم هیدروکسید سدیم را به عنوان یک باز قوی که هیدروکسید یک فلز قلیایی است تعریف کنیم. هیدروکسید سدیم کاربردهای متنوعی از جمله استفاده در ساخت صابون، مواد شوینده، کاغذ و بسیاری دیگر از مواد شیمیایی مختلف دارد. همچنین در پالایش نفت، در آزمایشگاه ها، یا در تصفیه سنگ معدن آلومینیوم، بوکسیت و بسیاری موارد دیگر استفاده می شود. این منجر به تولید NaOH شده است.

در این مقاله قصد داریم فرآیندها و معادلات تولید صنعتی هیدروکسید سدیم، از جمله سلول کاستنر-کلنر، نحوه تجزیه آب و روش‌های تولید مدرن را بررسی کنیم.

مراحل تولید صنعتی NaOH

• تطهیر

آبی که برای حل کردن نمک استفاده می شود باید تصفیه و نرم شود
ناخالصی های موجود در محلول آب نمک اشباع با فرآیند رسوب گیری حذف می شود.
رسوب تشکیل شده به صورت لجن خارج می شود

• الکترولیز

محلول آب نمک تصفیه شده برای تولید NaOH و سایر گازها مانند Cl2 و H2 تحت الکترولیز قرار می گیرد.
یون های کلر موجود در محلول آب نمک اکسید شده و گاز کلر را تشکیل می دهند و آب موجود در محلول آب نمک برای تشکیل یون های هیدروکسید و گاز هیدروژن احیا می شود.
الکترون ها از یون های کلر از بین می روند و این الکترون ها توسط مولکول های آب به دست می آیند

در ادامه به بررسی معادلات مربوط به تولید هیدروکسید سدیم می پردازیم:

• سلول کاستنر-کلنر

در اواسط دهه 1800 پایه و اساس فرآیند کاستنر-کلنر ایجاد شد. سلول مورد استفاده برای این فرآیند را در تصویر زیر مشاهده می کنید:

بخش راست و چپ دارای محلول کلرید سدیم با آند گرافیت (A) و کاتد جیوه (M) هستند. بخش میانی یک محلول هیدروکسید سدیم، همان آند جیوه (M) و یک کاتد آهن (D) دارد.

این سلول دارای یک الکترود مثبت و یک الکترود منفی در داخل یک مخزن بود. واکنش‌ها در فرآیند کاستنر-کلنر به شرح زیر است:

1. آب نمک کلرید سدیم (آب نمک) داخل مخزن قرار می گیرد.
2. الکترود مثبت (آند) کلرید را از سدیم دور می کند.
3. کلرید جمع می شود و ترکیب می شود و گاز کلر (یک ضدعفونی کننده عالی) را تشکیل می دهد. اما ما اکنون یون های سدیم آزاد داریم که در اطراف پرسه می زنند.
4. آب با الکترود منفی (کاتد) به یون های هیدروژن و هیدروکسید (OH) تجزیه می شود.
5. سپس هیدروکسید و سدیم با هم ترکیب می شوند و هیدروکسید سدیم را تشکیل می دهند.
6. در ابتدا این روش چندان مؤثر نبود زیرا سدیم (که در کاتد تشکیل می شود) به واکنش با کلر در آند یا سایر اجزاء ادامه می داد. اما در اواخر دهه 1800، این مشکل با استفاده از جیوه به عنوان کاتد، که با سدیم ترکیب شد، برطرف شد.

نام کاستنر-کلنر به این دلیل به وجود آمد که دو مرد به نام‌های همیلتون کاستنر در ایالات متحده و کارل کلنر از اتریش تقریباً به طور همزمان روش جیوه را توسعه دادند. به جای مبارزه بر سر حقوق، آنها تصمیم گرفتند با هم کار کنند و نام هر دو را روی آن بگذارند.

چگونه آب را از هیدروکسید سدیم جدا کنیم؟

در واقعیت، واکنش هایی که اتفاق می افتد بسیار پیچیده تر است. در یک محیط الکتریکی، کلرید سدیم به راحتی از هم جدا می شود، زیرا پیوندهای یونی آن به راحتی جدا می شوند. اما شکستن پیوندهای کووالانسی آب بسیار دشوارتر است.

در آب، یک اتم اکسیژن به دو اتم هیدروژن پیوند دارد. اکسیژن دو جفت تنها (4 الکترون) دارد، بنابراین در کل مولکول 8 الکترون وجود دارد.

برای جدا کردن آن باید از 2 مولکول آب برای تشکیل 1 مولکول گاز هیدروژن (H2) و 2 مولکول هیدروکسید (2OH) استفاده کنیم.

گاز هیدروژن 2 الکترون و هیدروکسید 16 الکترون (8 الکترون از هر کدام) می آورد، بنابراین در مجموع 18 الکترون به دست می آوریم. چگونه با 16 الکترون شروع می کنیم و به 18 می رسیم؟

بیایید به تولید گاز کلر نگاه کنیم. هنگامی که کلر و سدیم از هم جدا می شوند، کلر با یک الکترون اضافی (در مجموع 8 الکترون ظرفیت) از سدیم خارج می شود. ترکیب 2 اتم کلر در مجموع برابر با 16 الکترون است در حالی که ما فقط به 14 الکترون نیاز داریم. 2 الکترون اضافی بیرون کشیده شده و برای تجزیه آب استفاده می شود.

بنابراین، آند به عنوان یک اکسید کننده برای کلر (الکترون ها را از دست می دهد) و کاتد به عنوان یک کاهنده برای آب تسهیل می کند (الکترون می گیرد). اما چرا سدیم به سادگی به کاتد نمی رود و کاهش نمی یابد؟ زیرا سدیم بار مثبت دارد، بنابراین تصور می‌کنید بار آن می‌خواهد کم شود اما سدیم در واقع با بار مثبت بسیار پایدار است بنابراین کاهش نمی یابد.

سخن آخر

برای خرید و سفارش کاستیک سودا، هیدروکسید سدیم، سود سوزآور و … از شرکت پرک بندر امام، با ما از طریق راه های ارتباطی زیر در تماس باشید و یا از طریق وب سایت پرک بندر امام، سایر مقالات مرتبط با سود پرک را مطالعه نمایید.