Castner–Kellner process

The Castner–Kellner process is a method of electrolysis on an aqueousalkalichloride solution (usually sodium chloride solution) to produce the corresponding alkali hydroxide,^[1] invented by American Hamilton Castner and Austrian Carl Kellner in the 1890s.^[2][3] It is a type of chloralkali process, but in this role it is gradually being replaced by membrane electrolysis which has lower energy cost and fewer environmental concerns.^[4]

The first patent for electrolyzing brine was granted in England in 1851 to Charles Watt. His process was not an economically feasible method for producing sodium hydroxide though because it could not prevent the chlorine that formed in the brine solution from reacting with its other constituents. American chemist and engineer, Hamilton Castner, solved the mixing problem with the invention of the mercury cell and was granted a U.S. patent in 1894.^[5] Austrian chemist, Carl Kellner arrived at a similar solution at about the same time. In order to avoid a legal battle they became partners in 1895, founding the Castner-Kellner Alkali Company, which built plants employing the process throughout Europe. The mercury cell process continues in use to this day.^[6] Current-day mercury cell plant operations are criticized for environmental release of mercury^[7] leading in some cases to severe mercury poisoning (as occurred in Japan). Due to these concerns, mercury cell plants are being phased out, and a sustained effort is being made to reduce mercury emissions from existing plants.^[8]

ينقسم الجهاز الموضح إلى نوعين من الخلايا يفصل بينهما جدار من الأردواز . يستخدم النوع الأول، الموضح على يمين ويسار الرسم التخطيطي، محلول كلوريد الصوديوم كإلكتروليت، ومصعدًا من الجرافيت ( A)، ومهبطًا من الزئبق (M). أما النوع الآخر من الخلايا، الموضح في وسط الرسم التخطيطي، فيستخدم محلول هيدروكسيد الصوديوم كإلكتروليت، ومصعدًا من الزئبق (M)، ومهبطًا من الحديد (D). قطب الزئبق مشترك بين الخليتين. ويتحقق ذلك بجعل الجدران الفاصلة بين الخليتين منخفضة عن مستوى الإلكتروليت مع السماح للزئبق بالتدفق أسفلها. ^{[ 9 ]}

التفاعل عند المصعد (A) هو:

2 Cl ⁻ → Cl ₂ + 2 e ⁻

ينطلق غاز الكلور الناتج من أعلى الخلايا الخارجية حيث يُجمع كمنتج ثانوي للعملية. ويحدث التفاعل عند مهبط الزئبق في الخلايا الخارجية كما يلي:

Na ⁺ + e ⁻ → Na (الحشوة)

يذوب فلز الصوديوم الناتج عن هذا التفاعل في الزئبق مكونًا ملغمًا . ينقل الزئبق التيار من الخلايا الخارجية إلى الخلية المركزية. بالإضافة إلى ذلك، تعمل آلية اهتزازية (موضحة في الشكل B بنقطة ارتكاز على اليسار ومحور دوران لا مركزي على اليمين) على تحريك الزئبق لنقل فلز الصوديوم المذاب من الخلايا الخارجية إلى الخلية المركزية.

يحدث تفاعل الأنود في الخلية المركزية عند السطح الفاصل بين الزئبق ومحلول هيدروكسيد الصوديوم.

2Na (ملغم) → 2Na ⁺ + 2e ⁻

وأخيرًا، عند المهبط الحديدي (D) للخلية المركزية، يكون التفاعل

2H ₂ O + 2e ⁻ → 2OH ⁻ + H ₂

النتيجة النهائية هي انخفاض تركيز كلوريد الصوديوم في الخلايا الخارجية، وارتفاع تركيز هيدروكسيد الصوديوم في الخلية المركزية. ومع استمرار العملية، يُسحب جزء من محلول هيدروكسيد الصوديوم من الخلية المركزية كناتج نهائي، ويُستبدل بالماء. ويُضاف كلوريد الصوديوم إلى الخلايا الخارجية لتعويض ما تم تحليله كهربائيًا.

• الهندسة الكهروكيميائية
• ميدالية كاستنر
• عملية الكلور القلوي

• رسم متحرك يوضح عملية خلية الزئبق
• إنتاج الكلور في صناعة الكلور والقلويات - الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية
• أصبحت الآن مشكلة صحية