カストナー法

カストナー法

カストナー法は、金属ナトリウムを製造する際に用いられる技術で、主に約330°Cに加熱した水酸化ナトリウムを電気分解することによってナトリウムを取り出します。これは特に金属ナトリウムの産業製造において重要なプロセスとなっています。

プロセスの概要

カストナー法のプロセスでは、陶製のるつぼが鋼製の支柱によって吊るされています。このるつぼの中に薄く層状になった水酸化ナトリウムが入れられ、加熱されることで電解質となります。るつぼの中では、下部が低温で固体状態となり、上部は液体で高温となるため、金属ナトリウムはカソードで生成されます。このナトリウムは液体の電解質よりも軽いため、自然に浮かび上がってきます。

金属ナトリウムは線の細い金網によって、採取装置に導かれ、蓄えられるという仕組みです。カソード部では以下の化学反応が進行します：

$$
2 Na^+ + 2 e^- \rightarrow 2 Na
$$

さらにアノードでは、次のような反応が行われます：

$$
2 OH^- \rightarrow \frac{1}{2} O_2 + H_2O + 2 e^-
$$

高温にもかかわらず、水酸化ナトリウムの分解によって水が生成され、これは電解質内に拡散してしまいます。これにより、生成された金属ナトリウムと水が反応し、以下の化学反応が引き起こされます：

$$
Na + H_2O \rightarrow \frac{1}{2} H_2 + Na^+ + OH^-
$$

この反応で発生した水素ガスは、プロセスの効率を下げる要因となります。

歴史的背景

カストナー法は、1888年にハミルトン・カストナーによって開発されました。その当時の金属ナトリウムの用途としては、精製された鉱石からアルミニウムを抽出するための還元剤が主なものでした。それまでに存在した製法と比較すると、カストナー法はコスト面で優れた特徴を持でした。

具体的には、炭酸ナトリウムを用いた伝統的な製法では、金属ナトリウムの生産コストが高くついていましたが、カストナー法の導入によってこのコストが大きく削減されました。その結果、ナトリウム還元法を使ったアルミニウムの製造コストも低下しました。しかし、ホール・エルー法とは競争できるほどではなく、カストナー法のナトリウム生産が持続されていました。

1926年にはながらカストナー法はダウンズ法によってその地位を譲ることとなりますが、カストナー法は当時の産業における金属ナトリウムの生産方式として重要な役割を果たしました。

関連項目

• - 溶融塩電解
• - ダウンズ法

このように、カストナー法は金属ナトリウムの製造において歴史的な意義を持ち、その技術は現在でも多くの分野で影響を与えています。

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