कास्टनर-केल्नर प्रक्रिया

कास्टनर-केल्नर प्रक्रिया संबंधित क्षार हीड्राकसीड  का उत्पादन करने के लिए जलीय क्षार क्लोराइड समाधान (आमतौर पर सोडियम क्लोराइड समाधान) पर  इलेक्ट्रोलीज़  की एक विधि है, 1890 के दशक में अमेरिकी हैमिल्टन कास्टनर और ऑस्ट्रियाई कार्ल केल्नर (रहस्यवादी) द्वारा आविष्कार किया गया था। कम ऊर्जा लागत और कम पर्यावरणीय चिंताओं के कारण, कास्टनर-केल्नर प्रक्रिया को धीरे-धीरे झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है।

इतिहास
इलेक्ट्रोलाइजिंग ब्राइन का पहला पेटेंट 1851 में इंग्लैंड में चार्ल्स वॉट को दिया गया था। यद्यपि उनकी प्रक्रिया सोडियम हाइड्रॉक्साइड के उत्पादन के लिए आर्थिक रूप से व्यवहार्य विधि नहीं थी क्योंकि यह नमकीन घोल में बनने वाले क्लोरीन को उसके अन्य घटकों के साथ प्रतिक्रिया करने से नहीं रोक सकती थी। अमेरिकी रसायनज्ञ और इंजीनियर, हैमिल्टन कास्टनर ने पारा सेल के आविष्कार के साथ मिश्रण की समस्या को हल किया और 1894 में उन्हें अमेरिकी पेटेंट प्रदान किया गया। ऑस्ट्रियाई रसायनज्ञ, कार्ल केल्नर (रहस्यवादी) लगभग उसी समय एक समान समाधान पर पहुंचे। कानूनी लड़ाई से बचने के लिए वे 1895 में भागीदार बने और कास्टनर-केल्नर अल्कली कंपनी की स्थापना की, जिसने पूरे यूरोप में इस प्रक्रिया को नियोजित करने वाले संयंत्रों का निर्माण किया। पारा सेल प्रक्रिया का उपयोग आज भी जारी है। वर्तमान समय में पारा सेल संयंत्र संचालन की पर्यावरणीय पारे की रिहाई के लिए आलोचना की जाती है कुछ मामलों में यह गंभीर पारा विषाक्तता (मिनमाटा रोग) की ओर ले जाता है। इन चिंताओं के कारण, पारा सेल संयंत्रों को चरणबद्ध तरीके से ख़त्म किया जा रहा है, और मौजूदा संयंत्रों से पारा उत्सर्जन को कम करने के लिए निरंतर प्रयास किया जा रहा है।

प्रक्रिया विवरण
दिखाया गया उपकरण स्लेट की दीवारों से अलग होकर दो प्रकार की कोशिकाओं में विभाजित है। पहला प्रकार, जो आरेख के दाएं और बाएं दिखाया गया है, सोडियम क्लोराइड समाधान के इलेक्ट्रोलाइट, एक ग्रेफाइट एनोड (ए), और एक पारा (तत्व) कैथोड (एम) का उपयोग करता है। आरेख के केंद्र में दिखाए गए अन्य प्रकार के सेल, सोडियम हाइड्रॉक्साइड समाधान के इलेक्ट्रोलाइट, एक पारा एनोड (एम), और एक लौह कैथोड (डी) का उपयोग करते हैं। पारा इलेक्ट्रोड दो कोशिकाओं के बीच आम है। यह तब प्राप्त होता है जब कोशिकाओं को अलग करने वाली दीवारें इलेक्ट्रोलाइट्स के स्तर से नीचे गिर जाती हैं लेकिन फिर भी पारे को अपने नीचे प्रवाहित होने देती हैं। एनोड (ए) पर प्रतिक्रिया है:


 * 2 सीएल−→ सीएल2 + 2 और−

परिणामस्वरूप क्लोरीन गैस बाहरी कोशिकाओं के शीर्ष पर प्रवाहित होती है जहां इसे प्रक्रिया के उपोत्पाद के रूप में एकत्र किया जाता है। बाहरी कोशिकाओं में पारा कैथोड पर प्रतिक्रिया होती है


 * ना++और−→ Na (मिश्रण)

इस प्रतिक्रिया से बनी सोडियम धातु पारे में घुलकर अमलगम (रसायन) बनाती है। पारा बाहरी कोशिकाओं से केंद्र कोशिका तक विद्युत धारा का संचालन करता है। इसके अलावा, एक रॉकिंग तंत्र (बाईं ओर फुलक्रम द्वारा दिखाया गया है और दाईं ओर घूर्णन सनकी द्वारा दिखाया गया है) बाहरी कोशिकाओं से केंद्र कोशिका तक घुलित सोडियम धातु को ले जाने के लिए पारा को उत्तेजित करता है।

केंद्र कोशिका में एनोड प्रतिक्रिया पारा और सोडियम हाइड्रॉक्साइड समाधान के बीच इंटरफेस पर होती है।


 * 2Na (मिश्रण) → 2Na++2e−

अंत में केंद्र कोशिका के लौह कैथोड (डी) पर प्रतिक्रिया होती है


 * 2एच2ओ + 2इ−→2OH−+एच2

शुद्ध प्रभाव यह होता है कि बाहरी कोशिकाओं में सोडियम क्लोराइड की सांद्रता कम हो जाती है और केंद्र कोशिका में सोडियम हाइड्रॉक्साइड की सांद्रता बढ़ जाती है। जैसे-जैसे प्रक्रिया जारी रहती है, कुछ सोडियम हाइड्रॉक्साइड घोल को आउटपुट उत्पाद के रूप में केंद्र कोशिका से निकाल लिया जाता है और पानी से बदल दिया जाता है। इलेक्ट्रोलाइज्ड की गई कोशिकाओं को बदलने के लिए बाहरी कोशिकाओं में सोडियम क्लोराइड मिलाया जाता है।

यह भी देखें

 * इलेक्ट्रोकेमिकल इंजीनियरिंग
 * कास्टनर मेडल
 * क्लोराल्कली प्रक्रिया

बाहरी संबंध

 * Animation showing the mercury cell process
 * Producing chlorine in the chlorine-alkali industry - IUPAC
 * now a health issue