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理論化学
化学講座 第28回:電気分解【さまざまな電気分解】

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② NaCl水溶液の電気分解(NaOH の製法、陽イオン交換膜法)

NaCl 水溶液の電気分解で、電極板に Pt を用いた場合に陽極と陰極で起こる反応を考えましょう。

陽極 : 極板は Pt ですから、陽極板の溶解は起こらず、Clが酸化されてCl2が生じます。
  2Cl → Cl2 + 2e
陰極 : Na+は反応しませんから、H2O が還元されてH2が生じます。
  2H2O + 2e → H2↑ + 2OH

この反応で、陰極付近には OHが発生します。また、Naは陰極付近に引き付けられますから、陰極付近の水溶液は、電気分解が進行すると NaOH 水溶液になっていきます。

したがって、陰極付近の水溶液を濃縮すれば、NaOH を得ることができます。しかし、この方法では、NaCl も不純物として混ざってしまい、純度の低い NaOH しか得ることができません。

そこで、陰極と陽極の中央を陽イオンしか通さない、陽イオン交換膜で仕切り、陰極側には薄い NaOH 水溶液、陽極側に濃度の高い NaCl 水溶液を入れて電気分解することにします。

すると、陰極では H2O が反応して OH が生じて溶液全体が負に帯電する一方で、陽極ではCl2が発生して陽イオンの Na が余り、溶液全体が正に帯電します。そこで、OH が陰極側から陽極側へ、Na が陽極側から陰極側へ移動しようとしますが、陽イオン交換膜は陰イオンを通しませんから、陽極側から陰極側へ Na が移動するだけになります。

この方法を使えば、陰極側に純粋な NaOH 水溶液を得ることができます。この方法を陽イオン交換膜法といい、我が国の NaOH の生産は、全てこの方法で行われています。

 
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