Elektrolyse von Alkalimetallen

1. Alkalimetalle?
chemischen Elemente: Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Francium
1. Hauptgruppe, silbrig glänzende, reaktive Metalle, ein Valenzelektron
aber: Wasserstoff nicht weil nicht flüssig / metallig
Name Alkalimetalle: arabisch „al kalja“ für „Pottasche“, alte bezeichnung für Kaliumcarbonat

2. Elektrolyse
griechisch "mit strom trennen"

Schmelzflusselektrolyse
kein wässriges Medium, heiße Salzschmelze als Elektrolyt, dient zur Herstellung aller Alkalimetalle
wegen Hydroxidion

Lithium
früher aus Li_2O
jetzt aus LiCl

352°C: KCl + LiCl -> K + Li + Cl_2
52 gew% LiCl : 48 gew% KCl
korrosiv, nickel/spezialstahl


Natrium:

Chloralkali-Elektrolyse:
wichtige grundchemikalien: Chlor, Wasserstoff, Natronlauge aus Natriumchlorid (aus Steinsalz)
Reaktion Kathodenraum: 2H_2O + 2e- -> H_2 + 2 OH -
Reaktion Anodenraum: 2 Cl - -> Cl_2 + e-
______________________________________________________
2H_2O + 2NaCl -> H_2 + Cl_2 + 2 Na + 2 OH-

4 Verschiedene Methoden:

1. Diaphragmaverfahren
Kathode: Eisen / Stahl
Anode: Titan


2. Membranverfahren
Siehe Diaphragmaverfahren, allerdings höhere Konzentration von NaOH weil Cl- nicht durch die Membran kann.

3. Amalgam oder Quecksilberverfahren
Besteht aus 2 Schritten:

1. Amalgamerzeugnisszelle:

Kathode: Quecksilber, 2 Na+ - 2 e- -> 2 Na - Amalgam
Anode: Graphit, 2Cl- -> Cl_2 + 2e-

4. Glockenverfahren



2 Verschiedene Methoden zum Gewinnen von purem Na:
NaOH (Castner, T = 318°, 18 kWh / kg, aber indirekte NaCl gewinnung, weniger technische schwierigkeiten wegen < T)
NaCl (Downs, T = 808°, 11 kWh / kg)

Castner-Zelle: 
1890, bis 500 kg, eisenzylnder, kupferstab als kathode,
anode = nickelzylinder der die kathode umgibt, eisendrahtnetzzylinder verhindert vermischung von natrium (kathode) und anode (wasser)

Kathode: 2 Na2+ + 2e- -> 2 Na
Anode: OH- -> H_2O + 0.5 O2 + 2e-
____________________________________
2 NaOH -> 2 Na + H_2O + 0.5 O2

Downs-Zelle:
feuersten Steinen ausgemauerten Eisenkessel, Anode aus Graphit.
Anodisches Chlor über eisenblechglocke abgeleitet, ringförmiges diaphragma hängt davon herab,
graphitanode und diaphragma sind ringförmig von eisenkathode übergeben

schmelzpunkt durch ca 60% CaCl_2 zugabe auf 600°C heruntergebracht.. Höhere temperatur und Na löst sich auf und kann nicht getrennt werden...

Kathode: 2 Na+ + 2e- -> 2 Na
Anode: 2Cl- -> Cl_2 + 2e-
____________________________________
2 NaCl -> 2 Na + 2 Cl_2

gas entweicht und natrium wird als flüssiges metall erhalten

0,5 t Natrium / Tag bei 7V 35000A
pro kg 11 kWh