Obraz (2523)

254

itp. Najczęściej barwi się w ten sposób powierzchnie aluminium i jego stopów, a proces przebiega zazwyczaj w trzech etapach:

1) etap roztwarzania metalu pod kontrolą faradajowską:

Al -* AJ³⁺ + 3e    (18.17)

w czasie którego zmienia się skład anolitu (roztworu elektrolitu w objętości otaczającej anodę), wzbogacając go w zawartość siarczanów.

2)    etap chemicznej reakcji osadzania siarczanu glinu:

2 Al³* + 3SOi* — A1₂(S0J,    (18.18)

silnie higroskopijnego i „chwytającego” w swoją objętość cząsteczki wody, tworząc gąbczastą warstwę powierzchniową.

3)    etap elektrochemicznego utleniania i powstawanie porowatej warstwy AUOj z warstwy powierzchniowej AJ_;fSO_a)₃ wytworzonej w drugim etapie.

Powstała w ten sposób warstwa tlenku glinu poddawana jest barwieniu przeważnie barwnikami eloksalowymi.

18.5. Otrzymywanie chloru, bromu, jodu i ciężkiej wody na drodze elektrolizy

Chlor, brom i jod są jednymi z ważniejszych pierwiastków w chemii, szczególnie w chemii organicznej. Otrzymuje się je poprzez anodowe utlenianie odpowiednich halogenków, z zastosowaniem elektrolizerów „dzwonowych” (rys. 18.3).

Prod ukcja chloru i wodorotlenku sodu metodą elektrolityczną na drodze elektrolizy wodnego roztworu chlorku sodu jest, obok produkcji aluminium, jednym z ważniejszych procesów wykorzystujących metody elektrolizy technologicznej. Wobec dużego kosztu zużycia energii elektrycznej (rzędu 10¹¹ MWh/rok), zapotrzebowania przemysłu na gazowy chlor oraz ze względu na niebezpieczeństwo zatrucia środowiska, technologia elektrolitycznego otrzymywania chloru rozwinęła się w ostatnim dwudziestoleciu w kierunku zmniejszenia kosztów produkcji, zastosowania nowych materiałów elektrodowych, membran i stosowania obiegów zamkniętych.

Chlor jest używany - jak wiadomo - w 90% w syntezie organicznej chlorku winylu z monomeru polichlorku winylu, 1 ^-dichloroetanu, czterochlorku węgla czy chloroformu. Stosuje się go powszechnie do produkcji herbicydów, insektycydów, do bielenia włókien i papieru oraz produkcji środków powierzchni o wo-czynnych i czystościowych preparatów gospodarstwa domowego.

Reakcja podstawowa ma postać:

2cr — a₂(g) + ||    08.19)

i konkuruje ona z reakcją utleniania wody:

2H_zO -*■ 0₂ + 4H • + 4e    08.20,

a jej potencjał równowagowy jest zależny od pil roztworu NaCI (najczęściej stosuje się roztwory o pH 4).

Na katodzie żelazowej zachodzi utlenianie wodoru:

2H_zO + 2e —* H₂ + 20H”    (18.21 j

a stosowane pH katolitu wynosi 14, przy potencjale równowagMjfifc E_eq = - 0,84 V_rte.

Dla odmiany, stosując elektrolizery o katodzie rtęciowej, otrzymuje B amalgamat sodu:

Na⁺(aq) + e - ”^ł ► Na(Hg) £_M = - 1,85

Oczywiste jest, że równanie (18.22) jest równaniem sumarycznym i H oddaje opisu powstawania produktów pośrednich.

Anody stosowane do produkcji elektrolitycznej gazowego chloru zbudowane są przeważnie z metali stałych pokrytych warstwami ich tlenków (Pb/PbO, Ti/TiO_z) lub pokryciami zawierającymi katalizujące domirnki Nb₂O_s, Ta₂O_s lub Zr0₂.

Nowoczesne rozwiązania wprowadzają do produkcji elektrolizery z dia-fragmą (szkła porowate, polimery porowate) lub z membranami jMK wymiennymi, takimi jak Nafion®.

Stosowanie rtęciowej katody pozwala na równoczesne otrzymywanie amalgamatu sodu. Inne technologie proponują tutaj mniej toksyczne ruten, ruten pokryty tlenkami palladu lub tytan pokryty tlenkami platjay. W wielu technologiach otrzymywania wolnych halogenów stosuje H różnego typu diafragmy oddzielające katodowe i anodowe przestanie elektrolizerów pracujących z reguły w szeregowo-równolegle połączoujMb bateriach.

Jeśli już otrzymaliśmy wolny chlor, to łatwe jest dalsze jego wykongfl^l do chlorowania związków organicznych lub otrzymywania podchlaepjH (środki bielące w przemyśle tekstylnym) i otrzymywanie chloranów | ujM chloranów (środki wybuchowe):