VIII.8.6. Electroliza soluției de clorură de sodiu.

În industria clorosodică, procesul de bază este electroliza soluţiei de clorură de sodiu NaCl, din care se obţine clor Cl₂, hidrogen H₂ şi hidroxid de sodiu NaOH.

În soluţia apoasă concentrată de clorură de sodiu se găsesc ionii Na⁺ şi Cl^–, rezultaţi prin dizolvarea NaCl şi molecule de apă.

La catod are loc reacția de reducere a apei cu degajare de H₂, deoarece apa are potențialul de reducere (E⁰_red = -0,83 V) mai mare decât cationii de Na⁺ (E⁰_red = -2,71 V).

La anod are loc reacția de oxidare a anionilor de Cl^– cu degajare de Cl₂, deoarece Cl^– are potențialul de oxidare (E⁰_ox = -1,36 V) mai mare decât apa (E⁰_ox = -2,02 V).

Reacțiile de la electrozi sunt :

• la catod C(–) : 2H₂O (l) + 2ē → H₂ (g) + 2HO^– (aq)
• la anod A(+) : 2 Cl^– (aq) → Cl₂ (g) + 2ē

Reacția globală este :
2NaCl (aq) + 2H₂O (l) → Cl₂ (g) + H₂ (g) + 2NaOH (aq)

Clorul şi hidroxidul de sodiu rezultate pot reacţiona, obţinându-se hipoclorit de sodiu NaClO, clorură de sodiu şi apă. Pentru a evita aceste reacții secundare există două procedee tehnologice:

- Procedeul cu diafragmă foloseşte pentru separarea spaţiului anodic de cel catodic un perete poros numit diafragmă, care împiedică difuzarea gazelor şi amestecarea soluţiilor din cele două compartimente, dar permite trecerea ionilor, ce asigură trecerea curentului electric. Prin electroliza soluţiei de clorură de sodiu cu procedeul cu diafragmă, se obţin hidrogen, clor şi o soluţie apoasă de NaOH şi NaCl, care conţine 16% NaOH.

- Procedeul cu catod din mercur se bazează pe proprietatea Na de a forma cu mercurul un aliaj (numit amalgam), solubil în exces de mercur. În acest procedeu se folosesc cuve din beton acoperite care conţin în partea inferioară un strat de mercur, ce constituie catodul. Anozii din titan sunt legaţi de capac, la câţiva centimetri de catod. La catod se formează sodiu metalic, care se dizolvă în mercur, formând amalgamul de sodiu NaHg. Amalgamul de sodiu, conţinând 1,5% Na, curge într-o altă cuvă numită dezamalgator, unde sodiul din amalgam reacţionează cu apa, cu formarea NaOH și H₂.

Prin acest procedeu se obține o soluție de NaOH de concentrație înaltă (70%). Principalul dezavantaj este dat de poluarea cu Hg. În plus, H₂ rezultat este impurificat cu vapori de Hg și nu mai poate fi folosit la obținerea HCl.

Clorul, hidrogenul şi hidroxidul de sodiu obţinute pe cale electrolitică din soluția de NaCl au multiple utilizări:

• Clorul este folosit la sterilizarea apei potabile, obţinerea acidului clorhidric HCl şi a policlorurii de vinil PVC, obţinerea dezinfectanţilor menajeri şi a decoloranţilor pentru rufe, obţinerea pesticidelor, obţinerea vopselelor şi a coloranţilor etc.

• Hidrogenul este utilizat ca reactiv de hidrogenare, combustibil pentru pilele de combustie, obţinerea amoniacului, obţinerea fibrelor poliamidice, obţinerea margarinei etc.

• Hidroxidul de sodiu este folosit ca reactiv de neutralizare, obţinerea carbonatului de sodiu, obţinerea mătăsii artificiale, fabricarea săpunului, rafinarea uleiurilor vegetale comestibile etc.

👀 Experiment: Electroliza sării de bucătărie

Materiale necesare:
Sursă de alimentare (baterie electrică de 9V sau alimentator), bec 3,5V, electrozi de grafit (mine mai groase de creion mecanic - se pot procura de la o baterie de 4,5V uzată) , suport electrozi confecţionat din carton , conductoare de legătură, apă (de preferat, distilată), sare de bucătărie, linguriţă şi pahar.

Descrierea experimentului:

• Fixează electrozii de grafit în suport, pune apă în pahar şi aşază suportul pe pahar.
• Realizează un circuit serie legând un electrod la o bornă a bateriei, celălalt electrod la o bornă a becului şi cu cealaltă bornă a becului închide circuitul la a doua bornă a bateriei.
• Introdu electrozii în apă
• Ce observi ?

  Becul nu se aprinde.

• Scoate cartonul cu electrozi şi toarnă în apa din pahar o lingură cu sare de bucătărie (amestecând-o) şi repetă experimentul, lăsând circa cinci minute să treacă curentul prin saramură .
• Ce observi ?

  Becul se aprinde. La electrodul legat la borna pozitivă(+) a bateriei (anod), se simte mirosul specific al clorului.

Concluzia experimentului:

Apa pură(distilată) este izolatoare electrică.

Apa în care se dizolvă săruri devine conductoare electrică.

Soluţiile (sau topiturile) de săruri, acizi sau baze se numesc electroliţi. La această electroliză, ionul negativ de clor din soluţie s-a deplasat către anod, unde s-a neutralizat. Un atom de clor s-a unit cu altul, rezultând molecula de Cl₂, adică binecunoscutul gaz clor, cu mirosul lui specific. La catod, s-a neutralizat ionul de sodiu. Atomul de sodiu, fiind foarte reactiv, s-a combinat cu apa din soluţie, dând hidroxidul de sodiu (dacă ai picura fenolftaleină în pahar, soluţia s-ar înroşi imediat).