Célula de Downs - Downs cell
O processo de Downs é um método eletroquímico para a preparação comercial de magnésio metálico , no qual o MgCl 2 fundido é eletrolisado em um aparelho especial denominado célula de Downs . A célula Downs foi inventada em 1922 (patenteada: 1924) pelo químico americano James Cloyd Downs (1885–1957).
Como funciona
A célula de Downs usa um ânodo de carbono e um cátodo de ferro . O eletrólito é o cloreto de magnésio que foi aquecido até o estado líquido. Embora o cloreto de magnésio sólido seja um mau condutor de eletricidade, quando derretidos os íons de magnésio e cloreto são mobilizados, os quais se tornam portadores de carga e permitem a condução da corrente elétrica.
Alguns cloreto de cálcio e / ou cloretos de bário e estrôncio e, em alguns processos, fluoreto de magnésio são adicionados ao eletrólito para reduzir a temperatura necessária para manter o eletrólito líquido. De sódio derrete cloreto em 801 ° C (1074 graus Kelvin), mas uma mistura de sal pode ser mantida líquida a uma temperatura tão baixa como 600 ° C na mistura contendo, em peso: 33,2% de MgCl 2 e 66,8% de CaCl 2 . Se o cloreto de magnésio puro for usado, uma emulsão de magnésio metálico é formada no MgCl fundido que é impossível de separar. Portanto, uma opção é ter uma mistura de MgCl 2 (42%) e CaCl 2 (58%).
A reação do ânodo é:
2Cl - → Cl 2 (g) + 2e -
A reação do cátodo é:
Mg 2+ + 2e - → Mg (l)
para uma reação geral de
Mg 2+ + 2Cl - → Mg (l) + Cl 2 (g)
O cálcio não entra na reação porque seu potencial de redução de -2,87 volts é menor que o do magnésio, que é -2,38 volts. Conseqüentemente, os íons de magnésio são reduzidos à forma metálica de preferência aos de cálcio. Se o eletrólito contivesse apenas íon cálcio e nenhum magnésio, seria o cálcio metálico produzido como o produto catódico (que de fato é como o cálcio metálico é produzido).
Ambos os produtos da eletrólise, magnésio metálico e cloro gasoso, são menos densos que o eletrólito e, portanto, flutuam para a superfície. Defletores de ferro perfurado são dispostos na célula para direcionar os produtos para câmaras separadas, sem que eles entrem em contato um com o outro.
Embora a teoria preveja que um potencial de pouco mais de 4 volts deva ser suficiente para causar o avanço da reação, na prática são usados potenciais de até 8 volts. Isso é feito para atingir densidades de corrente úteis no eletrólito, apesar de sua resistência elétrica inerente. A sobretensão e o consequente aquecimento resistivo contribuem para o calor necessário para manter o eletrólito no estado líquido.
O processo de Downs também produz cloro como subproduto, embora o cloro produzido dessa forma seja responsável por apenas uma pequena fração do cloro produzido industrialmente por outros métodos.