Processo cloro-soda: differenze tra le versioni

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Il 'processo cloro-soda' è il processo chimico-industriale tamite il quale dal [[cloruro di sodio]] in soluzione [[Salamoia]] si ottengono per elettrolisi il [[cloro gassoso]] la [[soda caustica soluzione]] e [[l'idrogeno]].

Il '''processo cloro-soda''' è strettamente correlato all'[[elettrolisi]] del [[cloruro di sodio]] (di cui è costituito il comune sale da cucina). A seconda del metodo con cui viene esplicato il processo si ottengono diversi prodotti, oltre che l'[[idrogeno]] gassoso.<ref name=Ull2>{{Cita|Ullmann's}}</ref> Se i prodotti vengono isolati separatamente si ottengono [[cloro]] molecolare (Cl₂) e [[idrossido di sodio]] (soda caustica); se fuoriescono dal processo miscelati, a seconda della temperatura si ottengono [[ipoclorito di sodio]] o [[clorato di sodio]]: a temperature elevate il processo dà clorato di sodio, a temperature più basse si ottiene ipoclorito di sodio.

I prodotti possono all'interno dello stesso ciclo produttivo essere utilizzati per produrre prodotti derivati quali [[l'acido cloridrico]] (per reazione di combustione dell'idrogeno con il cloro) e [[l'ipoclorito di sodio]] (per reazione fra il cloro gassoso e la soda caustica soluzione).

PerIn analogia,luogo usandodel [[cloruro di calcio]]sodio può oessere utilizzato il [[cloruro di potassio]], inel prodottiqual contengonocaso [[Calciosi (elementoottiene chimico)|calcio]]la opotassa [[potassio]]caustica invecesoluzione chein [[sodio]]luogo della soda caustica soluzione.

La produzione cloro-soda su scala industriale ebbe inizio nel [[1892]].

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== Processo ==

Attualmente la produzione di soda e cloro gassoso viene effettuata attraverso due differenti metodi: il sistema a [[membrana semipermeabile]] e il metodo della [[cella a diaframma]]. In realtà esiste un terzo metodo, quello della [[cella a [[mercuriocatodo di (elemento)|mercurio]], che risulta tuttavia gravemente dannoso per l'ambiente. Infattia bastacausa pensaredelle cheproblematiche ildi normalesmaltimento ciclodei produttivoreflui genera(solidi, ogniliquidi annoe centinaiagassosi) dicontamintati chilogrammi didal mercurio che viene accumulato nella [[biosfera]]. Per di più il cloro e la soda prodotti col metodo a cella di mercurio sono contaminati da tracce di mercurio stesso. Per contro, il sistema a membrana semipermeabile e a diaframma non implicano l'utilizzo di mercurio, anche se l'idrossido di sodio che risulta contiene tracce di cloro, il quale viene rimosso alla fine del processo.

=== Cella a membrana ===

Il metodo più comune per la produzione di cloro e soda caustica è quello dell'elettrolisi di cloruro di sodio acquoso all'interno di una cella a membrana, costituita da due camere tenute separate da una membrana permeabile solo agli ioni sodio.

La [[soluzione satura]] di cloruro di sodio viene introdotta nella prima camera della cella, dove gli ioni cloruro si ossidano a cloro molecolare sull'[[anodo]].

=== Cella a membrana ===

Il metodo più comunemoderno per la produzione di cloro e soda caustica è quello dell'elettrolisi di cloruro di sodio acquoso all'interno di una cella a membrana, costituita da due camere (comparto anodico e comparto catodico) tenute separate da una membrana permeabile solo agli ioni sodiosemipermeabile.

La [[soluzionesalamoia satura]]concentrata di cloruro di sodio viene introdotta nella prima camera (comparto anodico) della cella, dove gli ioni cloruro si ossidano a cloro molecolare sull'[[anodo]].

:2 Cl^- → Cl₂ + 2 e^-

Dal comparto anodico fuoriesce anche la cosidetta salmoia depletta impoverita del cloruro reagito all'anodo e dal sodio migrato nel comparto catodico.

In realtà si dovrebbe considerare anche l'ossidazione dell'[[ossigeno]] acquoso a ossigeno gassoso.

Ma la concentrazione degli ossidrili (OH-) è così bassa nelle condizioni di conduzione del pH della cella che la reazione è ridotta al minimo.

:H₂O + e^- → ½ H₂ + OH^-

In realtà si dovrebbe considerare anche l'ossidazione dell'[[ossigeno]] acquoso a ossigeno gassoso

ma tale coppia ha un potenziale standard maggiore di quello della coppia riducente Cl^-/Cl₂, dunque questa scarica anodica non avviene.

Al [[catodo]] l'idrogeno dell'acqua si riduce ad idrogeno gassoso rilasciando in soluzione ioni ossidrili:

AlNel [[catodo]]comparto catodico viene alimentata soda diluita, l'idrogenoH+ presente dalla dissociazione dell'acqua si riducesiriduce ad idrogeno gassoso rilasciando in soluzione ioni ossidrili:

:H₂O + e^- → ½ H₂ + OH^-

Dal comparto esce quindi la soluzione di soda caustcia più concentrata rispetto qualla alimentata.

Analogamente all'ossidazione, si dovrebbe considerare anche la riduzione dello ione sodio a sodio elementare, ma avendo questa coppia un potenziale standard minore di quello della coppia acqua/idrogeno gassoso a causa della [[Sovratensione (elettrochimica)|sovratensione]] dell'idrogeno, tale scarica non avviene.

La membrana al centro della cellasemipermeabile permette agli ioni sodio di passare nelladal secondacomparto camera,anodico doveal reagendocomparto concatodico glimentra ossidriliimpedisce permettonoil lapassagio produzionedegli diioni sodaossidrili causticadal (NaOH).comparto Lacatodico reazioneal globalecomparto dell'elettrolisi del cloruro di sodio è:anodico.

Gli ioni sodio nel comparto anodico in soluzione con gli ossidrili permettono la produzione di soda caustica (NaOH). La reazione globale dell'elettrolisi del cloruro di sodio è:

:2 NaCl + 2 H₂O → Cl₂ + H₂ + 2 NaOH

La principale funzione della membrana semipermeabile è quella di tenere separati il cloruro e gli ioni ossidrili. Infatti se avviene la loro reazione, il cloro disproporziona a [[ione cloruro]] e [[ione ipoclorito]]

:Cl₂ + 2 OH^- → Cl^- + ClO^- + H₂O

Varianti del processo descritto possono produrre il clorato.

se la reazione avviene a freddo, mentre ad alte temperature (333K) si forma ione clorato

:3 Cl₂ + 6 OH^- → 5 Cl^- + ClO₃^- + 3 H₂O