Buňka Downs - Downs cell
The proces Downs' je elektrochemická metoda pro komerční přípravu kovového hořčíku , ve které roztavený MgCl 2 elektrolyzuje ve speciálním zařízení zvané Downs buňka . Buňka Downs byla vynalezena v roce 1922 (patentováno: 1924) americkým chemikem Jamesem Cloyd Downsem (1885–1957).
Jak to funguje
Downsova buňka používá uhlíkovou anodu a železnou katodu . Elektrolyt je chlorid hořečnatý , který byl ohřát do kapalného stavu. Ačkoli pevný chlorid hořečnatý je špatným vodičem elektřiny, při roztavení se mobilizují ionty hořčíku a chloridu , které se stávají nosiči náboje a umožňují vedení elektrického proudu.
Některé chlorid vápenatý a / nebo chloridy z baria a stroncia , a, v některých procesech, hořčík fluoridových jsou přidány do elektrolytu pro snížení teploty nutné k udržení kapalného elektrolytu. Chlorid sodný se taví při 801 ° C (1074 Kelvina), ale o směs solí může být kapalné při teplotě až 600 ° C při této směsi obsahuje, uvedeno hmotnostně: 33,2% MgCl 2 a 66,8% CaCI 2 . Pokud se použije čistý chlorid hořečnatý, vytvoří se v roztaveném MgCl kovová emulze hořčíku, kterou nelze oddělit. Proto je jednou z možností je, že mají MgCl 2 (42%) a CaCl 2 (58%) směsi.
Anodová reakce je:
2Cl - → Cl 2 (g) + 2e -
Katodová reakce je:
Mg 2+ + 2e - → Mg (l)
pro celkovou reakci
Mg 2+ + 2C - → Mg (l) + Cl 2 (g)
Vápník nevstupuje do reakce, protože jeho redukční potenciál -2,87 voltů je nižší než potenciál hořčíku, který je -2,38 voltů. Proto jsou ionty hořčíku přednostně redukovány na kovovou formu před ionty vápníku. Pokud by elektrolyt obsahoval pouze iont vápníku a žádný hořčík, byl by to kovový vápník vyráběný jako katodový produkt (což je skutečně způsob výroby kovového vápníku).
Oba produkty elektrolýzy, kovový hořčík a plynný chlor , jsou méně husté než elektrolyt, a proto vyplují na povrch. V komoře jsou uspořádány přepážky z perforovaného železa, které směrují produkty do samostatných komor, aniž by docházelo ke vzájemnému kontaktu.
Ačkoli teorie předpovídá, že by měl být dostatečný potenciál o něco více než 4 volty, aby reakce mohla pokračovat, v praxi se používá potenciál až 8 voltů. To se provádí za účelem dosažení užitečné hustoty proudu v elektrolytu i přes jeho vlastní elektrický odpor. Přepětí a následné odporové zahřívání přispívá k teplu potřebnému k udržení elektrolytu v kapalném stavu.
Downsův proces také produkuje chlór jako vedlejší produkt, ačkoli takto vyrobený chlór představuje pouze malou část chloru vyrobeného průmyslově jinými metodami.