Elemente und Moleküle, Schulbuch

90 5 GRoSSteCHNISCHe CHeMIe Natriumhydroxid und Chlor Dass zwei so unterschiedliche Stoffe wie Natriumhydroxid und Chlor im Zusammenhang gesehen werden müssen, liegt an der Herstellungsme- thode. Bei der Elektrolyse wässriger Natriumchlorid-Lösung ( Chloralka- li-Elektrolyse ) entsteht sowohl Chlor als auch Natronlauge (wässrige Natriumhydroxid-Lösung). Beide Stoffe werden heute fast ausschließlich elektrolytisch hergestellt. Die Chloralkali-Elektrolyse – Membran-Verfahren: Bei diesem Verfahren wird eine etwa 27%ige NaCl-Lösung (Sole) einge - setzt. Als Anodenmaterial dient Titan, als Katodenmaterial Stahl. An der Anode scheidet sich Chlor ab, da der Sauerstoff am Elektroden- material eine beträchtliche Überspannung hat. Geringe Verunreinigun- gen des Chlors durch Sauerstoff sind allerdings nicht zu vermeiden. An der Katode scheidet sich Wasserstoff direkt ab. In der Praxis ist eine Spannung von etwa 3,5 V nötig, damit der Prozess rasch genug verläuft. Die Stromstärke beträgt dabei bis zu 150 000 A. Das Natrium-Ion wird nicht umgesetzt. Im Anodenraum werden Chlorid-Ionen verbraucht, dafür im Katodenraum Hydroxid-Ionen gebildet. (Abb. 90.2) Katoden- und Anodenraum sind durch eine Membran getrennt, die für Natrium-Ionen weitgehend durchlässig ist, also den Stromkreis in der Zelle nicht unterbricht, Hydroxid-Ionen aber nicht durchlässt. Man ver - hindert durch dieses Verfahren, dass der pH-Wert im Anodenraum an- steigt und Chlor dadurch zu Chlorid und Hypochlorit disproportioniert. Die Konzentration der gebildeten Natronlauge im Katodenraum beträgt ca. 30 %. Da aber in der Industrie häufig Natronlauge mit höherer Kon - zentration benötigt wird (zB Zellstofferzeugung), wird die Lauge meist noch aufkonzentriert bis ca. 50 %. Die Donau-Chemie in Brückl (Kärnten) hat 1999 ihre Anlage auf dieses Membranverfahren umgerüstet. Natronlauge benötigt man in großen Mengen zur Herstellung von Sei- fe, zur Erzeugung von Cellulose aus Holz, zur Herstellung von Viskose- fasern (siehe auch Schwefelsäure), bei der Aluminiumherstellung zur Reinigung des Bauxits, zum Regenerieren von Ionenaustauschern zur Wasserenthärtung, als Wasserenthärter und vor allem als Reinigungs - mittel. Da heiße Natronlauge Fett zu Seife umwandelt, ist sie ein aus- gezeichnetes Reinigungsmittel für fettige Verunreinigungen und wird in Spülmitteln für Gewerbegeschirrspüler und zur Reinigung von Mehr - wegmilchflaschen in der Molkerei verwendet. Dies bewirkt beträchtliche Mengen basischer Abwässer, die umfangreiche Neutralisations- und Kläranlagen erforderlich machen. Auch Abflussreiniger und Backrohr- reiniger enthalten hochkonzentrierte Natronlauge. Brezel werden vor dem Backen in 4%ige Natronlauge getaucht. Dadurch erhalten sie beim Backen ihre charakteristisch braune Oberfläche („Lau- gengebäck“). Der bei der Chloralkali-Elektrolyse entstehende Wasserstoff wird natür - lich ebenfalls verwertet. Da Wasserstoff sowohl in der anorganischen Industrie (zB Ammoniakherstellung) als auch in der organisch-chemi- schen Industrie (Erdölverarbeitung, Margarineherstellung) in großen Mengen benötigt wird, bietet seine Verwertung keine Probleme. Zunehmend schwieriger wird die Verwertung des bei der Natronlauge- produktion entstehenden Chlors. Festpunkt 322 °C Kochpunkt 1388 °C Dichte 2,13 g/cm 3 Wässrige Lösung: Natronlauge Abb. 90.1: Eigenschaften von Natriumhydroxid Abb. 90.3: Verwendung der Produkte der Chlor-Alkali-Elektrolyse Abb. 90.2: Schema des Membran-Verfahrens NaOH 2 Na + 2 Cl 2 e – + Cl 2 2 H 2 O + 2 e – 2 OH – + H 2 2 NaOH H 2 Cl 2 NaOH H 2 O NaCl 30% NaOH 50% Reinsole Sole im Kreislauf Ionentauscher Na + Na + OH – Cl – Konzentrieren NaOH Cl 2 H 2 Natronlauge 50 % NaOH Bleichlauge 13,5 % Aktivchlor Chlor flüssig Salzsäure 33 % Wasserstoff Zellwolle Kunstseide Papier/Cellulose Seifen/Waschm. Ionentauscher Papier/Cellulose Textilindustrie Seifen Waschmittel Metallurgie PVC Papier/Cellulose Pestizide Holzschutzmittel Textilindustrie Metallurgie Papier/Cellulose Lebensmittel Textilindustrie Pharmazeutika Ammoniak Hydrocracken Methanol Fetthärtung Reduktionsmittel Nur zu Prüfzwecken – Eigentum d s Verlags öbv