Ячейка Дауна - Downs cell
Процесс Даунса представляет собой электрохимический метод промышленного получения металлического магния , при котором расплавленный MgCl 2 подвергается электролизу в специальном аппарате, называемом ячейкой Дауна . Ячейка Даунса была изобретена в 1922 году (запатентована: 1924) американским химиком Джеймсом Клойдом Даунсом (1885–1957).
Как это устроено
В ячейке Дауна используются угольный анод и железный катод . Электролита является хлорид магния , который был нагрет до жидкого состояния. Хотя твердый хлорид магния является плохим проводником электричества, в расплавленном состоянии мобилизуются ионы магния и хлорида , которые становятся носителями заряда и позволяют проводить электрический ток.
Некоторые хлориды кальция , и / или хлориды из бария и стронция , а также , в некоторых процессах, магний фторид добавляют в электролит для снижения температуры , необходимых для поддержания электролита жидкости. Хлорид натрия плавится при 801 ° C (1074 Кельвина), но смесь солей может оставаться жидкой при температуре до 600 ° C в смеси, содержащей по массе: 33,2% MgCl 2 и 66,8% CaCl 2 . Если используется чистый хлорид магния, в расплавленном MgCl образуется эмульсия металлического магния, которую невозможно отделить. Следовательно, одним из вариантов является смесь MgCl 2 (42%) и CaCl 2 (58%).
Анодная реакция:
2Cl - → Cl 2 (г) + 2e -
Катодная реакция:
Mg 2+ + 2e - → Mg (л)
для общей реакции
Mg 2+ + 2Cl - → Mg (l) + Cl 2 (г)
Кальций не вступает в реакцию, потому что его восстановительный потенциал -2,87 вольт ниже, чем у магния, который составляет -2,38 вольт. Следовательно, ионы магния восстанавливаются до металлической формы, а не кальция. Если бы электролит содержал только ион кальция и не содержал магния, это был бы металлический кальций, полученный в качестве катодного продукта (именно так и производится металлический кальций).
Оба продукта электролиза, металлический магний и газообразный хлор , менее плотны, чем электролит, и поэтому всплывают на поверхность. В ячейке расположены перфорированные железные перегородки, которые направляют продукты в отдельные камеры, не соприкасаясь друг с другом.
Хотя теория предсказывает, что потенциал чуть более 4 вольт должен быть достаточным, чтобы вызвать реакцию, на практике используются потенциалы до 8 вольт. Это делается для того, чтобы достичь полезной плотности тока в электролите, несмотря на присущее ему электрическое сопротивление. Из-за перенапряжения и последующего резистивного нагрева выделяется тепло, необходимое для поддержания электролита в жидком состоянии.
Процесс Даунса также производит хлор в качестве побочного продукта, хотя хлор, полученный таким образом, составляет лишь небольшую часть хлора, производимого промышленно другими методами.