Helmichs Chemie-Lexikon

Chloralkali-Elektrolyse

Die Chloralkali-Elektrolyse ist ein industrielles Verfahren zur Herstellung von Natronlauge mit den Nebenprodukten Chlor und Wasserstoff. Die beiden wichtigsten Verfahren sind das Membranverfahren und das Diaphragmaverfahren. Auf dieser Seite soll das Membranverfahren näher erläutert werden.

Das Membranverfahren

Das Membranverfahren der Chloralkalielektrolyse
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende

Bei dem Membranverfahren wird Kochsalzlösung in die eine Hälfte des Reaktionsgefäßes gespült. Je zwei Chlorid-Ionen geben an dem Pluspol ihre Elektronen ab und werden dann zu einem Chlor-Molekül:

$2 \ Cl^{-} \to Cl_2 \uparrow + 2 \ e^{-}$

Die Natrium-Ionen diffundieren durch die Membran in die andere Hälfte des Gefäßes; für die Chlorid-Ionen sind die Poren der Membran zu klein, es passen nur die sehr kleinen Na+-Ionen durch die Membran.

Nun könnte man denken, dass die Na+-Ionen am Minuspol ein Elektron aufnehmen und zu Na-Atomen werden, die dann sofort mit dem Wasser zu NaOH reagieren, so wie in der Reaktionsgleichung oben. Das ist aber nicht der Fall. Vielmehr reagieren Wasser-Moleküle an dem Pluspol zu Hydroxid-Ionen und Wasserstoff. Diese Reaktion erfolgt in zwei Schritten. Durch die Autoprotolyse entstehen aus Wasser-Molekülen zunächst Hydroxid-Ionen und Protonen:

$2 \ H_2 O \to 2 \ OH^{-} + 2 \ H^{+}$

Die Protonen nehmen am Minuspol nun je ein Elektron auf und werden dadurch zu gasförmigen Wasserstoff:

$2 \ H^{+} + 2 e^{-} \to H_2 \uparrow$

Die Hydroxid-Ionen bilden nun zusammen mit den Na+-Ionen, die von der anderen Hälfte des Gefäßes herüber gewandert sind, das Endprodukt Natronlauge NaOH.

Als "Nebenprodukte" entstehen bei der Chloralkalielektrolyse Wasserstoff und Chlor. Hier muss man aufpassen, denn beide Gase zusammen bilden das berüchtigte Chlorknallgas, das durch Licht oder Wärme zu einer heftigen Explosion führen kann, bei der dann Chlorwasserstoff entsteht, das Ausgangsprodukt für Salzsäure.

Hier nun die Gesamtgleichung der Chloralkalielektrolyse nach dem Membranverfahren:

$2 \ NaCl + 2 \ H_2O \to Cl_2 \uparrow + H_2 \uparrow + 2 \ NaOH$

Neben diesem Membranverfahren gibt es noch das Diaphragmaverfahren und ein paar andere Verfahren, auf die hier aber nicht eingegangen werden soll.