הצגת המקור של הדף "תהליך כלור-אלקלי"

[[קובץ:Hale - view from Hale Head - geograph.org.uk - 226569.jpg|ממוזער|250x250 פיקסלים|מפעל כלור-אלקלי בבריטניה.]]
'''תהליך כלור-אלקלי''' (ב[[אנגלית]]: '''chloralkali process''') הוא תהליך [[תעשייה|תעשייתי]] ל[[אלקטרוליזה]] של תמיסת [[מלח בישול|נתרן כלורי]] (NaCl, מלח בישול). בתהליך זה מייצרים [[כלור]] (Cl<sub>2</sub>), מימן (H<sub>2</sub>) ו[[נתרן הידרוקסידי]] (NaOH) שהם חומרי מוצא חשובים בתעשייה הכימית.

== חשיבות תעשייתית ==
תהליך כלור-אלקלי הוא השיטה הכמעט בלעדית לייצור של כלור ונתרן הידרוקסידי. היא אחראית לכ-95% מייצור הכלור העולמי, וכ-99.5% מייצור הנתרן ההידרוקסידי. המימן המיוצר בשיטה זו מהווה כ-4% מהייצור העולמי.{{הערה|שם=הערה מספר 20171011053952:0|{{צ-מאמר|מחבר=O’Brien, Thomas F., Tilak V. Bommaraju, and Fumio Hine.|שם=Overview of the Chlor-Alkali Industry|כתב עת=Handbook of Chlor-Alkali Technology: Volume I: Fundamentals (2005): 37-74}}}}

בשנת 2015 יוצרו בתהליך זה כ-65 מיליון טון כלור.{{הערה|שם=הערה מספר 20171011053952:0}}

=== תוצרי התהליך הכלור-אלקלי ===
{| class="wikitable"
!תמונה
!תוצרים
!שימושים
|-
|[[קובץ:Chlorine in bottle.jpg|לא ממוסגר|147x147 פיקסלים]]
|כלור (Cl<sub>2</sub>)
|
* מחמצן בתהליך ההפקה של [[ברום]] ו[[יוד]].
* ייצור חומרי חיטוי והלבנה (בדגש על [[אקונומיקה]]).
* ייצור של חומרי [[פלסטיק]] (בדגש על [[פוליוויניל כלוריד|PVC]]).
|-
|[[קובץ:Compressed hydrogen tube trailer.jpg|לא ממוסגר|110x110 פיקסלים]]
|[[מימן]] (H<sub>2</sub>)
|
* חומר גלם בתהליך הייצור של [[אמוניה]] ו[[מתנול]].
* יישום בתהליכי [[הידרוגנציה]] של פחממנים לא רווים.
|-
|[[קובץ:SodiumHydroxide.jpg|לא ממוסגר|110x110 פיקסלים]]
|נתרן הידרוקסידי (NaOH)
|
* [[בסיס (כימיה)|בסיס]] חזק למגוון יישומים תעשייתם.
* מגיב חשוב בתעשיית העץ וה[[נייר]].
* משמש בתהליך ההעשרה של [[אלומיניום]] מעפרותיו.
* מגיב חשוב ב[[סינתזה אורגנית]].
|}

== אלקטרוכימיה ==
התהליך הכלור-אלקלי מבוסס על תגובה אלקטרוכימית בה [[מים]] עוברים תהליך חיזור בקתודה לקבלת יוני הידרוקסיד (<sup>-</sup>OH), וגז [[מימן]] (H<sub>2</sub>):

<math>2H_2O + 2e^-\longrightarrow H_2+2OH^-</math> 

בנוסף, יוני כלור מתחמצנים באנודה לקבלת גז כלור (Cl<sub>2</sub>):

<math>2Cl^-\longrightarrow Cl_2 +2e^- </math>

כיוון שמקור יוני הכלור הוא בתמיסת ה-NaCl, ניתן לרשום את תגובת האנודה, בצורה הבאה:

<math>2NaCl\longrightarrow 2Na^+ +Cl_2 +2e^- </math>

התגובה הכוללת בתהליך היא:

<math>2NaCl+2H_2O\longrightarrow2NaOH+H_2+Cl_2</math>

יש לשמור על הפרדה בין גז המימן לגז הכלור למנוע תגובת יצירת של [[חומצת מימן כלורי]] וכן למנוע מגע בין גז כלור לנתרן הידרוקסיד למנוע תגובת יצירה של [[נתרן תת-כלורי]] (NaOCl): <math>Cl_2+2OH^-\longrightarrow Cl^-+OCl^-+H_2O</math>

== נגזרות של התהליך ==
באופן מסורתי, תהליך הכלור-אלקלי עושה שימוש ב[[מלח בישול|נתרן כלורי]] (NaCl) כחומר המוצא, על כן, התוצר העיקרי המתקבל הוא נתרן הידרוקסידי (NaOH). אולם, ניתן להחליף את חומר המוצא במלחים אחרים ולקבל תרכובות אחרות, לדוגמה:
{| class="wikitable"
!חומר המוצא
!תוצרים
|-
|[[אשלגן כלורי]]
|[[אשלגן הידרוקסידי]], כלור, מימן
|-
|[[סידן כלורי]]
|[[סידן הידרוקסידי]], כלור, מימן
|-
|[[מגנזיום כלורי]]
|מגנזיום הידרוקסידי, כלור, מימן
|}
'''הערות:''' שני התהליכים האחרונים אינם מיושמים בקנה מידה גדול, בשל בעיות הקשורות למסיסות הנמוכה של הבסיסים.

== טכנולוגיות עיקריות ==
[[קובץ:Bundesarchiv Bild 183-22622-0890, Chemiekombinat Buna.jpg|ממוזער|300x300 פיקסלים|אולם הייצור הראשי במפעל כלור-אלקלי, גרמניה, שנות ה-50.]]
התהליך הכלור-אלקלי מיושם ברחבי העולם, בשלוש טכנולוגיות עיקריות: '''ממברנה''', '''מחיצה''' ו'''אמלגמה'''. הסבר על הטכנולוגיות השונות, וטבלה השוואתית מופיעה להלן:
{| class="wikitable"
! colspan="4" |השוואה בין הטכנולוגיות העיקריות בתהליך הכלור-אלקלי{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chem7234/Industrial%20Electrochem.pdf|הכותב=|כותרת=The chloralkali process|אתר=|תאריך=}}}}
|-
!
!ממברנה
!מחיצה
!אמלגמה
|-
|[[מתח חשמלי|מתח]] תאורטי (V)
|2.19
|2.19
|3.15
|-
|צפיפות זרם (KA/m2)
|3-5
|0.9-2.6
|8-13
|-
|מתח התא (V)
|3-3.6
|2.9-3.5
|3.9-4.2
|-
|בסיסיות (% משקלי של ההידרוקסידים)
|33
|12
|50
|-
|צריכת אנרגיה כוללת (ACkWh/t Cl2)
|2970
|3580
|3560
|}

=== שיטת הממברנה (Membrane cell) ===
בטכנולוגיה זו מוזרמת תמיסה מרוכזת של מלח בישול לתא המחולק ל-2 חלקים המופרדים באמצעות קרום שמאפשר מעבר יונים חיוביים אך לא שליליים. תמיסת המלח מוזרמת לתא האנודה שם נוצר גז הכלור על אלקטרודת טיטניום. הגז המופק באנודה מעורב בחמצן הנוצר בתגובה <math>4OH^-\longrightarrow 2H_2O +O_2+4e^-</math> כדי לנקות את התוצר מנזלים את הכלור באמצעות דחיסה בעוד החמצן נשאר גז.{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=http://www.chemguide.co.uk/inorganic/group7/diaphragmcell.html|הכותב=|כותרת=MANUFACTURING CHLORINE USING A DIAPHRAGM AND A MEMBRANE CELL|אתר=|תאריך=}}}}

בתא הקתודה נוצר על אלקטרודת [[פלדה]] גז מימן ותמיסה של NaOH בריכוז 30% שיוצאת מהתא, כדי לקבל תוצר בריכוז של 50% מנדפים חלק מהמים.

יתרונה של שיטה זו היא צריכת אנרגיה נמוכה ביחס לשיטות האחרות ובהיותה ידידותית לסביבה (ללא שימוש ב[[אזבסט]] או [[כספית]]); חסרונה בצורך להשתמש בתמיסת מלח נקייה מאוד כחומר גלם ואיכות נמוכה של הכלור המתקבל.
[[קובץ:תא ממברנה.jpg|מרכז|ממוזער|סכמה של פעולת תא ממברנה בתהליך כלור-אלקלי|400x400 פיקסלים]] 

=== שיטת המחיצה (Diaphragm cell) ===
בשיטה זו תא התגובה מופרד באמצעות מחיצת [[אזבסט]] או [[טפלון]] המאפשרת מעבר יונים ומונעת מעבר גז כלור מתא האנודה לתא הקתודה. כדי למנוע מעבר של תמיסת נתרן הידרוקסידי מחצי תא הקתודה לחצי תא האנודה (ותגובה לא רצויה ליצירת נתרן תת-כלורי <sup>-</sup>OCl) יש לשמור על זרימה רצופה של הנוזל בתא ומפלס הנוזל בחצי תא האנודה גבוה מבחצי תא הקתודה.

יתרונה של שיטה זו היא ביכולת להשתמש בתמיסת מלח בדרגת ניקיון נמוכה. חסרונה הוא זיהום תמיסת הנתרן ההידרוקסידי ב-NaCl, בצורך בתהליך נוסף להגדיל ריכוז התוצר והשימוש באזבסט.
[[קובץ:תא מחיצה 2.jpg|מרכז|ממוזער|סכמה של פעולת תא מחיצה Diaphragm Cell בתהליך כלור-אלקלי|400x400 פיקסלים]] 

=== שיטת אמלגמה (גם תא כספית, Mercury cell) ===
בטכנולוגיה זו שפותחה ב[[שנות ה-90 של המאה ה-19]]. הקתודה היא [[כספית]] נוזלית בקרקעית המכל ובה מתבצעת תגובת חיזור יוני נתרן לנתרן מתכתי שיוצר [[אמלגם]] עם הכספית:

<math>Na^+_{(aq)} +e^-\longrightarrow Na</math> 

באנודות נוצר גז כלור היוצא מהמערכת כתוצר.

את הכספית בה מומס הנתרן מזרימים לתא שני בה היא נחשפת למים ומתרחשת התגובה:

<math>2Na\cdot Hg_{x(l)} +2H_2O_{(l)}\longrightarrow 2NaOH_{(aq)} +H_{2(g)} +2xHg_{(l)}</math> 

יתרונה של שיטה זו, שהייתה הטכנולוגיה הראשונה בשימוש הוא בריכוז הגבוה של תמיסת הנתרן ההידרוקסידי המתקבלת כך שאין צורך בשלב נוסף של נידוף מים ובניקיון התוצר (מעט תגובה צדדית לקבלת נתרן תת-כלורי); חסרונה הוא השימוש בכספית רעילה שעלולה להתנדף או לזהם את התוצרים, כ-0.9 גרם כספית מתנדפת לסביבה לכל טון כלור המיוצר בשיטה זו.{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=http://www.eurochlor.org/media/10677/annualreview-2010-hd.pdf|הכותב=|כותרת=Chlorine Industry Review|אתר=|עמודים=12|תאריך=|תאריך_וידוא=2017-10-07|archive-date=2016-03-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20160304030653/http://www.eurochlor.org/media/10677/annualreview-2010-hd.pdf|url-status=dead}}}}
[[קובץ:Chloralkali.svg|מרכז|ממוזער|סכמה של פעולת תא כספית בתהליך כלור-אלקלי|600x600 פיקסלים]]

==קישורים חיצוניים==
{{ויקישיתוף בשורה}}
* [https://www.youtube.com/watch?v=R-BVMKTlHJg&t=5s תהליך כלור-אלקלי], [[החברה המלכותית לכימיה]]
* [https://www.youtube.com/watch?v=_e82vzsIn9c התעשייה הכלור-אלקלית בבריטניה], סרט תיעודי קצר

==הערות שוליים==
{{הערות שוליים}}

[[קטגוריה:ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה]]
[[קטגוריה:תהליכים כימיים תעשייתיים|כלור-אלקלי]]
[[קטגוריה:כימיה אי-אורגנית]]
[[קטגוריה:אלקטרוכימיה]]
[[קטגוריה:כלור]]