Die Schmelzflusselektrolyse zur Darstellung unedler Metalle

Bereits die Übersetzung des Wortes „Elektrolyse“ erklärt einfach, was unter diesem Begriff zu verstehen ist. Der Begriff „Elektrolyse“ lässt sich auf seinen griechischen Ursprung zurückführen und bedeutet soviel wie „Zerlegung durch Strom“ (lyse bedeutet immer Spaltung bzw. Zerlegung). Mit Hilfe des elektrischen Stroms (also mit Elektronen) können Verbindungen in einzelne Elemente zerlegt werden. Im Allgemeinen versteht man daher unter Elektrolyse die Zerlegung einer Verbindung unter Zuführung von elektrischen Strom. Im Unterschied zu anderen „Reaktionstypen“ handelt es sich bei der Elektrolyse um eine Redoxreaktion. Bekanntestes Beispiel für eine Elektrolysereaktion ist die Elektrolyse von Wasser, wobei diese in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird.

Die Schmelzflusselektrolyse

Wenn wir an eine typische Elektrolysereaktion denken, denken wir in der Regel immer an die Elektrolyse einer wässrigen Lösung. Sind in einer Lösung mehr „Stoffe“ vorhanden, die durch Elektrolyse reduziert werden können, wird immer nur ein „Stoff“ reduziert, gemäß dem Potential der elektrochemischen Spannungsreihe. Sind beispielsweise zwei Kationen in Lösung, wird nur eine Ionenart reduziert.

Beispielsweise ist es aufgrund des Potentials unmöglich aus einer wässrigen Natriumsalzlösung durch Elektrolyse elementares Natrium zu gewinnen. Na/Na+ hat ein negativeres Potential, als im Vergleich H2O/H+. Daher ist es auch unmöglich, unedle Metalle (Metalle mir negativem Potential) aus einer wässrigen Lösung durch Stromdurchfluss die elementaren Metalle darzustellen.

Daher hat man bereits vor gut zwei Hundert Jahren mit verschiedenen „Elektrolyseverfahren“ experimentiert. Der Forscher Davy war einer der ersten, der nicht nur Elektrolyse an (Salz) Lösungen durchführt, sondern auch an geschmolzenen Salzen. Er war daher der erste, der unedle Metalle mit Hilfe eines speziellen Elektrolyseverfahrens darstellen könnte. Diese Elektrolyseverfahren, also die Einwirkung von elektrischem Strom auf Salzschmelzen, wird heute als Schmelzflusselektrolyse bezeichnet

Die Schmelzflusselektrolyse ist heute ein wichtiges, industrielles Verfahren zur Herstellung von unedlen Metallen wie Natrium, Kalium oder Aluminium. Der „Vorteil“ an diesem Elektrolyseverfahren liegt daran, dass eine flüssige Salzschmelze als Elektrolyt verwendet wird und keine wässrige Salzlösung. Mit Hilfe der Schmelzflusselektrolyse können aber nicht nur unedle Metalle dargestellt werden, sondern auch beispielsweise Fluor oder Chlor. Der Nachteil der Schmelzflusselektrolyse liegt dar, dass die Darstellung der Metalle mit einem hohen Energieaufwand verbunden ist.

Die Schmelzflusselektrolyse läuft ansonsten genauso ab, wie eine „normale“ Elektrolyse einer wässrigen Salzlösung. Durch Zufuhr elektrischer Energie wird eine Redoxreaktion mit dem Elektrolyten erzwungen. Die Zufuhr elektrischer Energie in/durch die Salzschmelze ist möglich, da diese ebenso elektrisch leitfähig ist, wie eine wässrige Salzlösung. Entsprechend einer „normalen“ Elektrolyse wandern durch das Anlegen einer Spannung die Ionen des Elektrolyten zu den Elektroden. Daher kann eine Schmelzflusselektrolyse (wie auch eine normale Elektrolyse) nur mit Gleichspannung durchgeführt werden. Ein schneller Wechsel der Anode und Kathode, durch die wechselnde Polung, würde eine Migration der Ionen im elektrischen Feld stark beeinträchtigen.