Chlor Wasserstoff Natronlauge NatriumchloridLösung Quecksilber NatriumchloridLösung Wasser Pumpe Zersetzer Amalgam Cl– Na+ OH– Chlor Wasserstoff Zellenlauge Sole Cl2 H2 Diaphragma Cl– Na+ OH– Chlor Wasserstoff NatronlaugeSole Cl2 H2 Membran OH– Na+ Wasser Dünnsole Cl– (ca. 33%)H+ H+ 113Redoxreaktionen – Elektrochemie B4 Schema einer Diaphragma-Zelle B5 Schema einer Membran-Zelle B6 Schema einer Elektrolysezelle nach dem Amalgam-Verfahren mit Amalgam-Zersetzer Das Element Chlor Cl2 ist eine der wichtigsten Grundchemikalien. In vielen Produkten des täglichen Lebens ist Chlor in gebundener Form enthalten und zahlreiche chlorfreie Alltagsprodukte werden mithilfe von Chlor hergestellt. Rohstoff für die Produktion von Chlor ist Steinsalz, Natriumchlorid. Aus diesem werden jährlich ca. 4 Millionen Chlor durch Elektrolyse von Natriumchlorid-Lösung hergestellt. Man unterscheidet bei der Elektrolyse, die nach den Produkten als Chlor-Alkali-Elektrolyse be zeichnet wird, drei verschiedene Verfahren. Bei dem Diaphragma-Verfahren werden Anodenund Kathodenraum durch ein Diaphragma aus Asbest getrennt. Als Kathode dienen Eisennetze, als Anode Graphitoder Titanstäbe. Die Kochsalz-Lösung, Sole genannt, wird in den Anodenraum eingeleitet und die entstehende Natronlauge aus dem Kathodenraum abgezogen (B4). Das Diaphragma ist für Ionen durchlässig. Dadurch gelangen Chlorid-Ionen in den Kathodenraum, sodass die entstehende Natronlauge durch Natriumchlorid verunreinigt ist. Aufgrund der Asbestbelastung und der Tatsache, dass man keine konzentrierte und hochreine Natronlauge gewinnt, ist dieses Verfahren in den letzten Jahren rückläufig. Beim Membran-Verfahren, das dem Diaphrag ma-Verfahren ähnelt, sind Anodenund Kathodenraum durch eine Kunststoff-Membran getrennt, die nur für Natrium-Ionen Na+, nicht aber für Chlorid Cl– und Hydroxid-Ionen OH– durchlässig ist. Daher ist die entstehende Natron lauge rein, d.h. frei von Chlorid-Ionen Cl– (B5). Da Neuanlagen zur Chlorgewinnung zumeist nach dem Membran-Verfahren konstruiert werden, liegt der Chloranteil aus diesem Verfahren in Deutschland mittlerweile bei ca. 10%. Ein Teil des Chlors wird in Deutschland nach dem Amalgam-Verfahren produziert. Hierbei verwendet man als Kathode ein geneigtes Stahlblech, über das flüssiges Quecksilber fließt (B6). Die Besonderheit des Verfahrens liegt darin, dass sich auf dem kathodischen Quecksilber nicht Wasserstoff, sondern elementares Natrium abscheidet. Es bildet mit dem Quecksilber eine Legierung, das Natrium-Amalgam. Das gebildete Natrium-Amalgam fließt mit dem Quecksilber aus der Elektrolysezelle in einen Amalgam-Zersetzer. Dort wird das im Natrium-Amalgam enthaltene Natrium mit Wasser zu chloridfreier Natronlauge und Wasserstoff umgesetzt. Das Quecksilber wird dem Elektrolysevorgang wieder zugeführt. Da über das Amalgam-Verfahren etwa 1 g Quecksilber pro Tonne Chlor durch Emission in die Umwelt gelangt, wird dieses Verfahren zunehmend durch das umweltfreundlichere Membran-Verfahren ersetzt. Die technische Chlor-Alkali-Elektrolyse Aufgabe A1 Berechnen Sie, wie viele Tonnen Chlor täglich beim Amalgam-Verfahren produziert werden, wenn eine Stromstärke von 390 000 Ampere vorliegt. Fachbegriffe Chlor-Alkali-Elektrolyse, Diaphragma-, Membran-, Amalgam-Verfahren 3377_01_01_2012_Kap2_058_123 23.09.14 06:27 Seite 113 Nu r z u Pr üf zw ec ke n Ei g nt d e C .C . B uc hn er V er la gs