Суюлтулган жана концентрленген күкүрт кислотасы ушунчалык маанилүү химиялык заттар болгондуктан, дүйнөдө аларды башка заттарга караганда көбүрөөк өндүрөт. Өлкөнүн экономикалык байлыгын ал өндүргөн күкүрт кислотасынын көлөмү менен өлчөөгө болот.
Ажырашуу процесси
Күкүрт кислотасы түрдүү концентрациядагы суу эритмелери түрүндө колдонулат. Ал эритмеде H+ иондорун пайда кылып, эки баскычта диссоциациялануу реакциясынан өтөт.
H2SO4 =H+ + HSO4 -;
HSO4- =H + + SO4 -2.
Күкүрт кислотасы күчтүү жана анын диссоциациясынын биринчи этабы ушунчалык күчтүү болгондуктан, дээрлик бардык баштапкы молекулалар H+-иондоруна жана HSO ажырайт. 4-1 -иондор (гидросульфат). Акыркысы жарым-жартылай ажыроо менен дагы бир H+-ионду бөлүп, сульфат ионун калтырат (SO4-2) эритмеде. Бирок, алсыз кислота болгон суутек сульфаты дагы эле басымдуулук кылат. H+ жана SO4-2 үстүнөн чечимде. Анын толук диссоциацияланышы күкүрт кислотасынын эритмесинин тыгыздыгы суунун тыгыздыгына жакындаганда гана болот, башкача айтканда, күчтүү суюлтуу менен.
Күкүрт кислотасынын касиеттери
Температурасына жана концентрациясына жараша нормалдуу кислота же күчтүү кычкылдандыруучу агент катары иштей ала тургандыгы менен өзгөчө. Күкүрт кислотасынын муздак суюлтулган эритмеси активдүү металлдар менен реакцияга кирип, туз (сульфат) пайда кылып, суутек газын бөлүп чыгарат. Мисалы, муздак суюлтулган H2SO4 (анын толук эки баскычтуу диссоциациясын эске алганда) менен металлдык цинктин ортосундагы реакция төмөнкүдөй болот:
Zn + H2SO4 = ZnSO4+ H2.
Ысык концентраттуу күкүрт кислотасы, тыгыздыгы болжол менен 1,8 г/см3, кычкылдандыруучу агент катары иш алып барып, адатта кислоталарга инерттүү болгон материалдар менен реакция жасай алат, мисалы металл жез сыяктуу. Реакцияда жез кычкылданып, кислотанын массасы азайып, суутектин ордуна жез (II) сульфатынын суудагы эритмеси жана газ түрүндөгү күкүрт кычкыл газы (SO2) пайда болот, бул кислота металл менен реакцияга киргенде күтүлөт.
Cu + 2H2SO4 =CuSO4 + SO 2 + 2H2 O.
Эритмелердин концентрациясы жалпысынан кандайча чагылдырылат
Чынында, ар кандай эритменин концентрациясы ар кандай түрдө көрсөтүлүшү мүмкүнжолдору, бирок эң көп колдонулган салмак концентрациясы. Ал эритменин же эриткичтин берилген массасындагы же көлөмүндөгү эриген заттын грамм санын көрсөтөт (адатта 1000 г, 1000 см3, 100 см3 жана 1 dm 3). Заттын граммдагы массасынын ордуна, анын моль менен көрсөтүлгөн өлчөмүн ала аласыз - анда 1000 г же 1 дм үчүн молярдык концентрацияны аласыз3 эритме.
Эгерде молярдык концентрация эритменин өлчөмүнө эмес, жалаң эриткичке карата аныкталса, анда ал эритменин молярдуулугу деп аталат. Ал температурадан көз карандысыздыгы менен мүнөздөлөт.
Көп учурда салмактын концентрациясы 100 г эриткичке грамм менен көрсөтүлөт. Бул көрсөткүчтү 100% га көбөйтсөңүз, сиз аны салмактык пайыз менен аласыз (пайыздык концентрация). Дал ушул ыкма көбүнчө күкүрт кислотасынын эритмелерин колдонууда колдонулат.
Берилген температурада аныкталган эритменин концентрациясынын ар бир мааниси анын өзгөчө тыгыздыгына туура келет (мисалы, күкүрт кислотасынын эритмесинин тыгыздыгы). Ошондуктан, кээде чечим аны менен мүнөздөлөт. Мисалы, 95,72% пайыздык концентрациясы менен мүнөздөлгөн H2SO4 эритмесинин тыгыздыгы 1,835 г/см 3 t=20 °С. Эгерде күкүрт кислотасынын тыгыздыгы гана берилсе, мындай эритменин концентрациясын кантип аныктоого болот? Мындай кат алышууну көрсөткөн таблица жалпы же аналитикалык химия боюнча бардык окуу китептеринин ажырагыс бөлүгү болуп саналат.
Концентрациялоонун мисалы
Келгиле, концентрацияны билдирүүнүн бир ыкмасынан өтүүгө аракет кылалыбашкага чечим. Бизде H2SO4 сууда 60% пайыздык концентрациядагы эритме бар дейли. Биринчиден, күкүрт кислотасынын тиешелүү тыгыздыгын аныктайбыз. Төмөндө H2SO4 (төртүнчү мамыча) суудагы эритмесинин пайыздык концентрацияларын (биринчи тилке) жана алардын тиешелүү тыгыздыктарын камтыган таблица көрсөтүлгөн.
Андан биз каалаган маанини аныктайбыз, ал 1, 4987 г/см3 барабар. Эми бул эритменин молярдуулугун эсептеп көрөлү. Бул үчүн 1 литрдеги H2SO4 массасын аныктоо керек. эритме жана кислотанын тиешелүү моль саны.
Көлөмү 100 г кампа эритмесин ээлеген:
100 / 1, 4987=66,7 мл.
60% эритменин 66,7 миллилитринде 60 г кислота бар болгондуктан, анын 1 литринде төмөнкүлөр болот:
(60 / 66, 7) x 1000=899,55
Күкүрт кислотасынын молярдык салмагы 98. Демек, анын 899,55 г граммындагы молдордун саны:
899, 55 / 98=9, 18 мол.
Күкүрт кислотасынын тыгыздыгынын концентрацияга көз карандылыгы 1-сүрөттө көрсөтүлгөн. төмөндө.
Күкүрт кислотасын колдонуу
Ал ар түрдүү тармактарда колдонулат. Чоюн жана болот өндүрүүдө башка зат менен капталганга чейин металлдын бетин тазалоо үчүн колдонулат, синтетикалык боёкторду, ошондой эле туз жана азот сыяктуу кислоталардын башка түрлөрүн түзүүгө катышат. Ал дагыфармацевтикалык каражаттарды, жер семирткичтерди жана жардыргыч заттарды өндүрүүдө колдонулат, ошондой эле нефтини кайра иштетүү өнөр жайында мунайдан кирлерди тазалоодо маанилүү реагент болуп саналат.
Бул химиялык зат үйдө укмуштуудай пайдалуу жана коргошун-кислота аккумуляторлорунда (автоунаалардагылар сыяктуу) колдонулган күкүрт кислотасынын эритмеси катары жеткиликтүү. Мындай кислотанын концентрациясы адатта 30%дан 35%ке чейин H2SO 4, калганы суу болот.
Көптөгөн үй колдонмолору үчүн 30% H2SO4 муктаждыктарыңызды канааттандыруу үчүн жетиштүү болот. Бирок, өнөр жай да күкүрт кислотасынын бир топ жогору концентрациясын талап кылат. Адатта, өндүрүш процессинде, биринчи жолу, ал органикалык аралашмалар менен абдан суюлтулган жана булганган болуп чыгат. Концентрацияланган кислота эки этапта алынат: адегенде 70%ке чейин жеткирилет, андан кийин - экинчи этапта - 96-98%ке чейин көтөрүлөт, бул экономикалык жактан пайдалуу өндүрүштүн чеги болуп саналат.
Күкүрт кислотасынын тыгыздыгы жана анын сорттору
Дээрлик 99% күкүрт кислотасын кайнатуу жолу менен кыска убакытта алууга болот, бирок кайноо температурасында SO3 жоготуу концентрациясын 98,3%ке чейин төмөндөтөт. Жалпысынан алганда, 98% сорт сактоодо туруктуураак.
Кислоталардын коммерциялык сорттору анын пайыздык концентрациясы боюнча айырмаланат жана алар үчүн кристаллдашуу температурасы минималдуу болгон маанилер тандалат. Бул күкүрт кислотасынын кристаллдарынын чөгүшүн азайтуу үчүн жасалат.ташууда жана сактоодо чөкмө. Негизги сорттор:
- Мунара (азот) - 75%. Бул сорттогу күкүрт кислотасынын тыгыздыгы 1670 кг/м3. Аны алгыла. азоттук ыкма, мында күкүрт диоксиди SO2 камтыган алгачкы чийки заттарды куурууда алынган куурулган газды капталган мунараларда (сорттун аталышы ушундан) азот менен иштетет (бул ошондой эле H2 SO4, бирок анда эриген азот оксиддери менен). Натыйжада кислота жана азот оксиддери бөлүнүп чыгат, алар процессте сарпталбай, өндүрүш циклине кайтарылат.
- Байланыш - 92, 5-98, 0%. Бул сорттогу 98% күкүрт кислотасынын тыгыздыгы 1836,5 кг/м3. Ал ошондой эле SO2 камтыган газды кууруп алуудан алынат жана процесс диоксиддин SO3 менен тийгенде ангидридине кычкылданышын камтыйт (ошондуктан сорттун аталышы) катуу ванадий катализаторунун бир нече катмары менен.
- Олеум - 104,5%. Анын тыгыздыгы 1896,8 кг/м3. Бул H2SO4 ичиндеги SO3 чечими, анын биринчи компоненти 20 %, жана кислоталар - так 104,5%.
- Жогорку пайыздык олеум - 114,6%. Анын тыгыздыгы 2002 кг/м3.
- Батарея - 92-94%.
Унаанын аккумулятору кандай иштейт
Бул эң массалык электрдик түзүлүштөрдүн иштеши толугу менен күкүрт кислотасынын суудагы эритмеси катышкан электрохимиялык процесстерге негизделген.
Унаанын аккумуляторунда суюлтулган күкүрт кислотасы электролит жанабир нече пластинка түрүндөгү оң жана терс электроддор. Оң плиталар кызыл-күрөң материалдан жасалган - коргошун диоксидинен (PbO2), ал эми терс плиталар боз «губка» коргошундан (Pb).
Электроддор коргошун же коргошун камтыган материалдан жасалгандыктан, батареянын бул түрү көбүнчө коргошун-кислота батареясы деп аталат. Анын иштеши, б.а., чыгуу чыңалуусунун чоңдугу, электролит катары аккумуляторго толтурулган күкүрт кислотасынын учурдагы тыгыздыгы (кг/м3 же г/см3) менен түздөн-түз аныкталат.
Батарея заряды түгөнгөндө электролит эмне болот
Коргошун-кислота аккумуляторунун электролити – бул толук заряддалганда 30% концентрациядагы химиялык таза дистилденген суудагы аккумулятордун күкүрт кислотасынын эритмеси. Таза кислотанын тыгыздыгы 1,835 г/см3, электролит 1,300 г/см3. Аккумулятордун заряды бүткөндө анда электрохимиялык реакциялар жүрүп, анын натыйжасында электролиттен күкүрт кислотасы алынат. Эритме концентрациясынын тыгыздыгы дээрлик пропорционалдуу көз каранды, андыктан электролит концентрациясынын азайышынан улам ал төмөндөшү керек.
Разряд агымы аккумулятор аркылуу өткөнчө, анын электроддорунун жанындагы кислота активдүү колдонулат, ал эми электролит барган сайын суюлуп барат. Кислотанын бүт электролиттин көлөмүнөн жана электрод плиталарына диффузиясы химиялык реакциялардын болжолдуу туруктуу интенсивдүүлүгүн сактайт жана натыйжадачыңалуу.
Разряд процессинин башталышында кислотанын электролиттен пластинкаларга диффузиясы тез жүрөт, анткени пайда болгон сульфат электроддордун активдүү материалындагы тешикчелерди али бүтө элек. Сульфат пайда болуп, электроддордун тешикчелерин толтура баштаганда, диффузия жайыраак жүрөт.
Теориялык жактан алганда, бардык кислота түгөнүп, электролит таза суу болмоюнча разрядды уланта берсеңиз болот. Бирок, тажрыйба көрсөткөндөй, электролиттин тыгыздыгы 1,150 г/см3 чейин төмөндөгөндөн кийин разряддар уланбашы керек.
Когда плотность падает от 1, 300 до 1, 150, это означает, что столько сульфата было сформировано в процессе реакций, и он заполняет все поры в активных материалах на пластинах, т. е. из раствора уже отобрана почти вся күкүрт кислотасы. Тыгыздык концентрацияга пропорционалдуу көз каранды, ошондой эле батареянын заряды тыгыздыгына жараша болот. fig боюнча. Батарея зарядынын электролит тыгыздыгынан көз карандылыгы төмөндө көрсөтүлгөн.
Электролиттин тыгыздыгын өзгөртүү аккумулятордун зарядсыздануу абалын аныктоонун эң жакшы жолу, эгерде ал туура колдонулса.
Электролиттин тыгыздыгына жараша унаанын аккумуляторунун зарядсыздануу даражасы
Анын тыгыздыгы ар бир эки жумада өлчөнүп, көрсөткүчтөр келечекте маалымат алуу үчүн үзгүлтүксүз жазылып турушу керек.
Электролит канчалык тыгыз болсо, анын курамында кислота ошончолук көп жана батарейка ошончолук көп заряддалган. Тыгыздыгы 1,300-1,280г/см3толук зарядды көрсөтөт. Эреже катары, электролиттин тыгыздыгына жараша батареянын разрядынын төмөнкү даражалары бөлүнөт:
- 1, 300-1, 280 - толук кубатталган:
- 1, 280-1, 200 - жарымынан көбү бош;
- 1, 200-1, 150 - жарымынан азыраак толгон;
- 1, 150 - дээрлик бош.
Толук заряддалган аккумулятор унаа тармагына туташтырылганга чейин ар бир клетканын чыңалуусу 2,5-2,7 вольт болот. Жүк туташтырылаар замат чыңалуу үч же төрт мүнөттүн ичинде болжол менен 2,1 вольтко чейин тез төмөндөйт. Бул терс электрод плиталарынын бетинде жана коргошун пероксид катмары менен оң плиталардын металлынын ортосунда коргошун сульфатынын жука катмарынын пайда болушу менен шартталган. Автоунаа тармагына туташкандан кийин уячанын чыңалуусунун акыркы мааниси болжол менен 2,15-2,18 вольт.
Иштин биринчи саатында аккумулятор аркылуу ток өтө баштаганда, чыңалуу 2 В чейин төмөндөйт, бул клеткалардын ички каршылыгынын жогорулашынан улам көбүрөөк сульфаттын пайда болушуна байланыштуу, пластинкалардын тешикчелери, электролиттен кислотаны алып салуу. Токтун агымынын башталышына аз калганда электролиттин тыгыздыгы максималдуу жана 1,300 г/см3 барабар. Адегенде анын сейрек кездешүүсү тез болот, бирок андан кийин плиталардын жанындагы кислотанын тыгыздыгы менен электролиттин негизги көлөмүнүн ортосунда тең салмактуу абал түзүлөт, электроддор менен кислотаны алып салуу электроддордун жаңы бөлүктөрүн берүү менен колдоого алынат. электролиттин негизги бөлүгүндөгү кислота. Бул учурда электролиттин орточо тыгыздыгысүрөттө көрсөтүлгөн көз карандылыкка жараша тынымсыз төмөндөөнү улантууда. жогору. Баштапкы түшүүдөн кийин чыңалуу жайыраак төмөндөйт, батарейканын жүгүнө жараша төмөндөө ылдамдыгы. Разряд процессинин убакыт графиги сүрөттө көрсөтүлгөн. төмөндө.
Батареядагы электролиттин абалын көзөмөлдөө
Тығыздыкты аныктоо үчүн ареометр колдонулат. Ал ылдыйкы учу ок же сымап менен толтурулган кеңейиши бар кичинекей мөөр басылган айнек түтүктөн жана үстүнкү жагында градирленген масштабдан турат. Бул шкала 1.100дөн 1.300гө чейин белгиленет, алардын ортосунда ар кандай маанилер бар. төмөндө. Бул ареометрди электролитке салса, ал белгилүү бир тереңдикке чөгүп кетет. Муну менен ал электролиттин белгилүү бир көлөмүн жылдырып, тең салмактуулук абалына жеткенде, жылытылган көлөмдүн салмагы жөн эле гидрометрдин салмагына барабар болот. Электролиттин тыгыздыгы анын салмагынын көлөмгө болгон катышына барабар болгондуктан жана ареометрдин салмагы белгилүү болгондуктан, анын эритмеге чөмүлүүсүнүн ар бир деңгээли белгилүү бир тыгыздыкка туура келет.
Кээ бир гидрометрлерде тыгыздык маанилери бар шкала жок, бирок төмөнкү жазуулар менен белгиленет: "Заряддалган", "Жарым разряд", "Толук разряд" же ушул сыяктуу.
