Stoffe, Schulbuch

Natriumchlorid als chemischer Rohstoff 101 2 NaCl 2 Na + 2 Cl – 2 H 2 O 2 H 2 O + 2 e – H 2 + 2 OH – 2 Cl – Cl 2 + 2 e – 2 NaOH Solvay- Verfahren H 2 Cl 2 NaOH CaCO 3 Sole Elektrolyse CaCl 2 Trafo W&L Salz W&L Soda Herstellung von Natronlauge und Soda Über die Hälfte des Steinsalzes wird von der chemischen Industrie zur Herstellung von Natronlauge und Soda verbraucht. Die Natronlauge (als Feststoff Natriumhydroxid genannt) gewinnt man mit der Chloralkalielektrolyse . Das ist die Elektrolyse einer wässrigen Salzlösung (Versuch 101.2). An der Katode (negativer Pol) entsteht Wasserstoff aus dem Wasser. Zugleich entstehen Hydroxidionen (OH – -Ionen). An der Anode entsteht Chlor aus den Chloridionen des Natriumchlorids. Den Natriumionen passiert nichts. Es werden während der Elektrolyse in der Lösung also Chloridionen durch Hydroxidionen ersetzt. Aus Natriumchlo- rid entsteht Natriumhydroxidlösung. Chlor und Wasserstoff sind gasförmige Nebenprodukte (Abb. 101.1 und 2). In Versuch 101.2 sieht man, dass im Anodenraum der Indikator durch Chlor gebleicht wird, im Katodenraum zeigt er eine basische Reaktion durch die entstehenden stark basischen Hydroxidionen an. DieWeltproduktion an Natronlauge beträgt über 40Millionen Tonnen jährlich. Man benötigt NaOH zur Produktion von Seife, bei der Aluminiumgewinnung zur Erzreinigung und zur Herstellung der Viscosefasern. Geschirrspülmittel für Gewerbe- spüler enthalten Natronlauge, Glas-Mehrwegflaschen für Milch und Erfrischungsgetränke werden mit heißer, bis 10%iger Natronlauge gereinigt. Dabei werden fettige Verunreinigungen verseift. Leider entsteht bei der Natronlaugepro- duktion auch Chlor. Früher benötigte man es zur Herstellung von Chlorkoh- lenwasserstoffen als Lösungsmittel und von Fluorchlorkohlenwasserstoffen als Treibgase. Diese Verbindungen werden heute aus Umweltgründen nicht mehr eingesetzt. Sie sind schädlich für die Ozonschicht (Siehe Kapitel 8.3). Auch als Bleichmittel ist Chlor nicht mehr im Einsatz. Nur die Herstellung des Kunst- stoffs PVC verbraucht nennenswerte Chlormengen und auch dessen Pro- duktion ist rückläufig. Daher bereitet die Verwertung des Chlorüberschusses große Probleme. Das zweite Neben- produkt Wasserstoff dagegen benötigt man in großen Mengen. Ein weiteres Produkt aus Steinsalz ist Soda (Natriumcarbonat Na 2 CO 3 ). Es wird im Solvay-Verfahren produziert. Soda wird vor allem zur Glaserzeugung, zur technischen Wasserenthärtung und in Geschirrspül- und Waschmitteln ein- gesetzt. Die Sodaproduktion war im 18. Jahrhundert so wichtig, dass das englische Wort für Natrium heute noch sodium heißt. Abb. 101.1: Die Reaktionen der Chlor-Alkalielektrolyse Abb. 101.2: Kochsalz ist Rohstoff für die Chlor-Alkalielektrolyse (links) und das Solvay-Verfahren Mische in einem 250 mL Becherglas etwa 100 g zer- stoßenes Eis mit etwa 50 g Kochsalz. Miss mit einem Thermometer die Temperatur. Das Eis schmilzt zum Teil durch das Kochsalz. Das verbraucht Schmelzwärme, die Temperatur sinkt auf –21 °C. Man füllt ein U-Rohr mit Glasfritte mit Kochsalzlösung, die mit Univer- salindikator versetzt ist. Da Kochsalzlösung neutral ist, ist der Indika- tor grün. In die beiden Schenkel wird je eine Graphitelektrode gestellt und man elektrolysiert mit 10–20 V Gleichspannung. Beobachte. Nach spätestens einer Minute schaltet man den Strom ab, damit nicht zu viel Chlor entsteht! Versuch 101.2 (Lehrer/in) Elektrolyse einer Kochsalzlösung Versuch 101.1 Salz als Auftaumittel Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv