Natrium en dichloor uit keukenzout, theoretisch bekeken

Natrium en dichloor uit keukenzout, theoretisch bekeken Wanneer je ooit de reactie tussen natriummetaal en water hebt gezien, weet je dat die vrij explosief is. De elektrolytische bereiding van natrium uit keukenzout zal dus nooit lukken in aanwezigheid van water. Dit geldt trouwens voor de bereiding van elke sterke reductoren en ook oxidator. Om Na te bereiden dien je te werken met keukenzout in de gesmolten toestand d.i. smeltelektrolyse.

Inhoud


Het element Na

Natrium is een alkalimetaal. Het heeft slechts 1 elektron op zijn buitenste schil en wil deze graag kwijt om alzo de stabiele octetstructuur te bereiken. Dit verklaart het sterk reducerend vermogen van natrium.

Normpotentialen E°

Een normpotentiaal geeft aan hoe sterk een oxidator of een reductor is.

De normpotentialen, terug te vinden in tabellenboeken, werden bepaald door elk redoxkoppel te koppelen met het referentie redoxkoppel (2H+/H2) in een galvanische cel.

Galvanische cel

Een galvanische cel is een chemische stroombron. De elektrische stroom wordt opgewekt door een redoxreactie. De twee deelreacties worden ondergebracht in twee gescheiden compartimenten. De spanning gemeten tussen de elektroden van beide compartimenten noemt men de elektromotorische kracht (EMK) van de cel. Aan het referentie redoxkoppel werd bij normomstandigheden een E◦-waarde toegekend van 0,00V.

Normpotentiaal bepalen
Uit de spanning over het galvanisch element kan dus de normpotentiaal van het andere redoxkoppel worden bepaald.
U = E°oxiderend systeemreducerend systeem

Positieve normpotentiaal

Indien het [ARTIKEL=200721]oxiderend vermogen[/ARTIEL] van de oxidator groter is dan het oxiderend vermogen van H+, dan wordt aan de normpotentiaal van het redoxkoppel een positieve waarde toegekend. Hoe groter het oxiderend vermogen van het redoxkoppel, hoe positiever de normpotentiaal is.

Negatieve normpotentiaal

Indien het oxiderend vermogen van de oxidator kleiner is dan H+, dan wordt aan de normpotentiaal van het redoxkoppel een negatieve waarde toegekend. Dit wil dus zeggen dat het reducerend vermogen van het redoxkoppel groter is dan het reducerend vermogen van H2. Hoe kleiner het oxiderend vermogen van het redoxkoppel of hoe groter het reducerend vermogen van het redoxkoppel, hoe negatiever de normpotentiaal is.

Normpotentiaal van het redoxkoppel Na+/Na

E°(Na+/Na) = -2.710 V

Deze lage normpotentiaal geeft aan dat natrium is een heel sterke reductor is en zijn geconjugeerde oxidator Na+ een erg zwakke oxidator.

Elektrolyse

Elektrolyse is een chemische omzetting die kan optreden door een elektrische stroom door een oplossing of smelt van elektrolyten te sturen. Een gelijkstroombron kan de elektrische energie leveren die de chemische reacties veroorzaakt.

Aan de anode, verbonden met de positieve pool van de stroombron gebeurt de oxidatie. Oxidatie is de toename van de oxidatietrap van een atoom in een verbinding. Dit komt neer op een afname van het aantal valentie-elektronen die aan het atoom in de verbinding toegekend worden.

Aan de kathode, verbonden met de negatieve pool van de stroombron gebeurt de reductie. Reductie is de afname van de oxidatietrap van een atoom in een verbinding. Dit betekent dat aan dit atoom meer valentie-elektronen toegekend worden.

Elektrolyse van een smelt

Door elektrolyse van gesmolten keukenzout maakt men op industriële schaal natriummetaal en chloorgas.

  • Kathodische reductie: Na+ + e- → Na
  • Anodische oxidatie: 2Cl- → Cl 2 +2e-

Globale redoxreactie: 2Na+ + 2Cl- → 2Na + Cl2

Elektrolyse van water

Smeltelektrolyse is de enige methode om deze bereiding uit te voeren. Bij aanwezigheid van water zal water geëlektrolyseerd worden en niet het keukenzout. Dit kan verklaard worden op basis van de normpotentialen van de betrokken koppels.

  • E°(2H+ /H2) = 0 V
  • E°(Na+ /Na) = -2.710 V

Natrium is een veel sterkere reductor dan H2. Het is dus veel eenvoudiger om uit water H2 te vormen dan uit keukenzout Na.

  • E° (O2 /H2O) = 1.229 V
  • E° (Cl2 /2Cl-) = 1.358 V

Chloorgas is een sterkere oxidator dan zuurstofgas. Het is dus eenvoudiger om uit water O2 te vormen dan uit keukenzout Cl2. Daar hier het verschil tussen beide normpotentialen minder uitgesproken is, zal er bij de elektrolyse van een keukenzout-oplossing toch een beetje chloorgas worden gevormd.

Algemeen kan gesteld worden dat indien een keukenzout-oplossing geëlektrolyseerd wordt, er zo goed als alleen elektrolyse van water zal optreden. Er zal een klein beetje chloorgas worden gevormd maar de vorming van natriummetaal is volledig uitgesloten.

Smeltpuntsverlaging

Het is dus noodzakelijk om een elektrolyse van de smelt te doen. Het smeltpunt van zuiver natriumchloride is 800◦C maar door toevoeging van CaCl2 kan men een vloeibaar mengsel krijgen bij 600◦C. Door toevoeging van CaCl2 wordt de productiekost dus verlaagd.

Er is een hoge spanning nodig om natriummetaal te verkrijgen. Om de vorming van calcium te voorkomen mag de spanning echter niet te hoog zijn.

E° (Ca2+ /Ca) = -2.868 V
E° (Na+ /Na) = -2.710 V

Ca is een net iets sterkere reductor dan Na. Het vraagt dus een iets hogere spanning om Ca2+ om te zetten naar Ca dan om Na+ om te zetten naar Na. Door de spanning op de juiste waarde te zetten, zal CaCl2 dus louter optreden als smeltpuntsverlager en zal het niet deelnemen aan het productieproces.
© 2020 Guust2016, het auteursrecht (tenzij anders vermeld) van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Kwantitatieve elektrolyse als analytische methodeKwantitatieve elektrolyse als analytische methodeWanneer men door een elektrolytoplossing of -smelt een gelijkstroom stuurt, zal er aan de negatieve pool een gedwongen r…
Metalen zuiveren met behulp van elektriciteitMetalen zuiveren met behulp van elektriciteitMet behulp van elektrolyse kan je een ruw (verontreinigd) metaal zuiveren. Je laat het metaal hierbij anodisch oxideren…
Kryoliet als katalysator bij de bereiding van aluminiumKryoliet als katalysator bij de bereiding van aluminiumKryoliet (natriumaluminiumfluoride Na3AlF6) heeft een dubbele functie bij de industriële bereiding van aluminium uit bau…
Ontharing met elektrolyse - Ervaringen en resultatenHet ontharingsapparaat Epiliss van Babyliss maakt gebruik van een zwakke elektrische stroom, elektrolyse genaamd, om een…

De Li-ionbatterij, klein maar krachtigDe Li-ionbatterij, klein maar krachtigIn 2019 ging de Nobelprijs voor de scheikunde naar de uitvinders van de Li-ionbatterij. Li is dankzij zijn kleine massa…
Bleekwater en zure ontkalker, een gevaarlijke chloorcocktailBleekwater en zure ontkalker, een gevaarlijke chloorcocktailBleekwater (of javel) bevat hypochlorietionen (ClO-) die als sterke oxidator fungeren t.o.v. kleurstoffen (bleekwater) e…
Bronnen en referenties

Reageer op het artikel "Natrium en dichloor uit keukenzout, theoretisch bekeken"

Plaats als eerste een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Ik ga akkoord met de privacyverklaring en ben bekend met de inhoud hiervan
Infoteur: Guust2016
Laatste update: 08-11-2020
Rubriek: Wetenschap
Subrubriek: Scheikunde
Bronnen en referenties: 1
Schrijf mee!