डाउन्स सेल

डाउन्स प्रक्रिया धात्विक सोडियम की व्यावसायिक तैयारी के लिए एक इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री विधि है, जिसमें पिघले हुए NaCl को डाउन्स सेल नामक एक विशेष उपकरण में इलेक्ट्रोलाइज किया जाता है। डाउन्स सेल का आविष्कार 1923 में (पेटेंट: 1924) अमेरिकी रसायनज्ञ जेम्स क्लोयड डाउंस (1885-1957) द्वारा किया गया था।

संचालन
डाउन्स सेल एक कार्बन एनोड और एक आयरन कैथोड का उपयोग करता है। इलेक्ट्रोलाइट सोडियम क्लोराइड है जिसे तरल अवस्था में गर्म किया गया है। यद्यपि ठोस सोडियम क्लोराइड विद्युत का कुचालक है, पिघला हुआ होने पर सोडियम और क्लोराइड आयन एकत्रित हो जाते हैं, जो आवेश वाहक बन जाते हैं और विद्युत धारा के संचालन की अनुमति देते हैं।

कुछ कैल्शियम क्लोराइड और/या बेरियम क्लोराइड के क्लोराइड (BaCl2) और स्ट्रोंटियम क्लोराइड (SrCl2), और, कुछ प्रक्रियाओं में, सोडियम फ्लोराइड (NaF) इलेक्ट्रोलाइट तरल को बनाए रखने के लिए आवश्यक तापमान को कम करने के लिए इलेक्ट्रोलाइट में मिलाया जाता है। सोडियम क्लोराइड (NaCl) 801°C (1074 केल्विन) पर पिघलता है, लेकिन नमक मिश्रण को 600°C से कम तापमान पर तरल रखा जा सकता है, जिसमें वजन के अनुसार मिश्रण होता है: 33.2% NaCl और 66.8% CaCl2. यदि शुद्ध सोडियम क्लोराइड का उपयोग किया जाता है, तो पिघले हुए NaCl में एक धात्विक सोडियम इमल्शन बनता है जिसे अलग करना असंभव है। इसलिए, एक विकल्प NaCl (42%) और CaCl होना है2 (58%) मिश्रण.

एनोड प्रतिक्रिया है:


 * 2सीएल−→ सीएल2 (जी) + 2ई−

कैथोड प्रतिक्रिया है:
 * 2Na++2e− → 2Na (एल)

की समग्र प्रतिक्रिया के लिए


 * 2Na++2सीएल− → 2Na (एल) + सीएल2 (जी)

कैल्शियम प्रतिक्रिया में प्रवेश नहीं करता है क्योंकि इसकी कमी क्षमता -2.87 वोल्ट सोडियम की तुलना में कम है, जो -2.38 वोल्ट है। इसलिए कैल्शियम की तुलना में सोडियम आयन धात्विक रूप में अपचयित हो जाते हैं। यदि इलेक्ट्रोलाइट में केवल कैल्शियम आयन होते हैं और कोई सोडियम नहीं होता है, तो कैल्शियम धातु को कैथोड उत्पाद के रूप में उत्पादित किया जाएगा (जो वास्तव में धातु कैल्शियम का उत्पादन होता है)।

इलेक्ट्रोलिसिस के दोनों उत्पाद, सोडियम धातु और क्लोरीन गैस, इलेक्ट्रोलाइट की तुलना में कम घने होते हैं और इसलिए सतह पर तैरते हैं। उत्पादों को एक-दूसरे के संपर्क में आए बिना अलग-अलग कक्षों में निर्देशित करने के लिए सेल में छिद्रित लोहे के बाफ़ल की व्यवस्था की जाती है। यद्यपि सिद्धांत भविष्यवाणी करता है कि 4.07 वोल्ट से थोड़ी अधिक की क्षमता प्रतिक्रिया को आगे बढ़ाने के लिए पर्याप्त होनी चाहिए, व्यवहार में 8 वोल्ट तक की क्षमता का उपयोग किया जाता है। यह अंतर्निहित विद्युत प्रतिरोध के बावजूद इलेक्ट्रोलाइट में उपयोगी वर्तमान घनत्व प्राप्त करने के लिए किया जाता है। ओवरवॉल्टेज और परिणामी प्रतिरोधक ताप इलेक्ट्रोलाइट को तरल अवस्था में रखने के लिए आवश्यक ताप में योगदान देता है।

डाउंस प्रक्रिया उपोत्पाद के रूप में क्लोरीन का भी उत्पादन करती है, हालांकि इस तरह से उत्पादित क्लोरीन अन्य तरीकों से औद्योगिक रूप से उत्पादित क्लोरीन का केवल एक छोटा सा अंश होता है।