مقدمه
فلز سدیم (Na) یکی از فلزات بسیار واکنش‌پذیر جدول تناوبی است که در طبیعت به‌صورت آزاد یافت نمی‌شود. برای تولید آن، از فرآیند برقکافت (الکترولیز) استفاده می‌شود. سدیم کلرید (NaCl) که همان نمک طعام است، در حالت مذاب می‌تواند منبعی برای تولید فلز سدیم و گاز کلر (Cl₂) باشد.
برقکافت چیست؟
برقکافت فرآیندی است که در آن با عبور جریان الکتریکی از یک ماده یونی، ترکیبات شیمیایی تجزیه می‌شوند. اگر سدیم کلرید را تا دمای ذوبش گرم کنیم، یون‌های Na⁺ و Cl⁻ می‌توانند آزادانه حرکت کرده و واکنش الکترولیز انجام دهند.
نحوه انجام برقکافت سدیم کلرید
برقکافت NaCl مذاب در سلول الکترولیتی انجام می‌شود. این سلول شامل موارد زیر است:
| بخش | نقش |
|---|---|
| الکترود کاتد (منفی) | جذب یون‌های Na⁺ و تولید فلز سدیم |
| الکترود آند (مثبت) | اکسایش یون‌های Cl⁻ و تولید گاز کلر |
| الکترولیت | سدیم کلرید مذاب (بدون آب) |
واکنش‌های الکتروشیمیایی در برقکافت سدیم کلرید مذاب
واکنش در کاتد (کاهش):
Na⁺ + e⁻ → Na(l)
واکنش در آند (اکسایش):
⁻2Cl⁻ → Cl₂(g) + 2e
معادله کلی:
2NaCl(l) → 2Na(l) + Cl₂(g)
چرا از سدیم کلرید مذاب استفاده می‌شود و نه محلول آبی؟
در محلول آبی NaCl، آب نیز حضور دارد و تجزیه‌پذیر است. در این حالت، به‌جای سدیم، گاز هیدروژن در کاتد تولید می‌شود چون آب راحت‌تر از یون سدیم کاهش می‌یابد. به همین دلیل، برای تهیه سدیم فلزی خالص باید از سدیم کلرید مذاب (بدون آب) استفاده کرد.
ویژگی‌های فلز سدیم تولیدشده
رنگ نقره‌ای مایل به خاکستری
بسیار نرم (با چاقو بریده می‌شود)
واکنش‌پذیر با آب و هوا
باید در نفت یا روغن نگهداری شود تا با اکسیژن واکنش ندهد
کاربردهای سدیم فلزی
تولید ترکیبات آلی خاص
ساخت داروها
صنایع شیمیایی و متالورژی
تولید سدیم پراکسید و سدیم هیدروکسید
عامل کاهنده در استخراج فلزات
نکات ایمنی در برقکافت NaCl
فلز سدیم بسیار واکنش‌پذیر است و تماس آن با آب می‌تواند باعث انفجار شود
گاز کلر تولیدشده سمی است و نیاز به تهویه و جمع‌آوری دقیق دارد
دمای بالای فرآیند (بالای 800 درجه سانتی‌گراد) نیازمند تجهیزات صنعتی مقاوم به حرارت است
جمع‌بندی
برقکافت سدیم کلرید مذاب یکی از اصلی‌ترین روش‌های تولید فلز سدیم خالص و گاز کلر در صنعت است. این فرآیند نمونه‌ای کاربردی از دانش الکتروشیمی در دنیای واقعی است که در تولیدات صنعتی نقش حیاتی دارد. درک این فرآیند برای دانش‌آموزان و دانشجویان شیمی، گامی مهم در مسیر فهم الکترولیز و رفتار فلزات فعال محسوب می‌شود.
