Ծծմբաթթվի խտությունը և խտությունը. Ծծմբաթթվի խտության կախվածությունը մեքենայի մարտկոցի կոնցենտրացիայից

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 05:30

Նոսրած և խտացված ծծմբաթթուն այնքան կարևոր քիմիական նյութեր են, որ աշխարհն արտադրում է դրանցից ավելի շատ, քան ցանկացած այլ նյութ: Երկրի տնտեսական հարստությունը կարելի է չափել նրա արտադրած ծծմբաթթվի քանակով։

Դասոցացման գործընթաց

Ծծմբաթթուն օգտագործվում է տարբեր կոնցենտրացիաների ջրային լուծույթների տեսքով։ Այն ենթարկվում է դիսոցացման ռեակցիայի երկու փուլով՝ առաջացնելով H⁺ իոններ լուծույթում:

H₂SO₄ =H⁺ + HSO₄ ^-;

HSO₄^- =H ⁺ + SO₄ ^-2.

Ծծմբաթթուն ուժեղ է, և դրա տարանջատման առաջին փուլն այնքան ինտենսիվ է, որ գրեթե բոլոր սկզբնական մոլեկուլները քայքայվում են H⁺-իոնների և HSO_{-ի: 4}-1 ^{-իոններ (հիդրոսուլֆատ) լուծույթում: Վերջիններս մասամբ քայքայվում են՝ ազատելով ևս մեկ H}+^{-իոն և թողնելով սուլֆատ իոն (SO}4-2) լուծույթում: Սակայն ջրածնի սուլֆատը, լինելով թույլ թթու, դեռ գերակշռում է։լուծույթում H⁺ և SO⁴_-2 լուծույթում: Նրա ամբողջական տարանջատումը տեղի է ունենում միայն այն ժամանակ, երբ ծծմբաթթվի լուծույթի խտությունը մոտենում է ջրի խտությանը, այսինքն՝ ուժեղ նոսրացումով։

Ծծմբաթթվի հատկությունները

Այն առանձնահատուկ է նրանով, որ կարող է գործել որպես սովորական թթու կամ որպես ուժեղ օքսիդացնող նյութ՝ կախված իր ջերմաստիճանից և կոնցենտրացիայից: Ծծմբաթթվի սառը նոսր լուծույթը փոխազդում է ակտիվ մետաղների հետ՝ առաջացնելով աղ (սուլֆատ) և արտազատել ջրածնի գազ։ Օրինակ՝ սառը նոսրացած H₂SO₄ (ենթադրելով դրա ամբողջական երկաստիճան դիսոցացիա) և մետաղական ցինկի միջև ռեակցիան այսպիսի տեսք ունի.

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄+ H₂.

Տաք խտացված ծծմբաթթուն մոտ 1,8 գ/սմ խտությամբ³ կարող է հանդես գալ որպես օքսիդացնող նյութ՝ փոխազդելով այն նյութերի հետ, որոնք սովորաբար իներտ են թթուների նկատմամբ, ինչպիսիք են. ինչպես մետաղական պղնձը: Ռեակցիայի ընթացքում պղինձը օքսիդանում է, և թթվի զանգվածը նվազում է, ջրածնի փոխարեն առաջանում է պղնձի (II) սուլֆատի և գազային ծծմբի երկօքսիդի լուծույթ (SO₂), ինչը կարելի է սպասել, երբ թթուն փոխազդում է մետաղի հետ։

Cu + 2H₂SO₄ =CuSO₄ + SO_=CuSO4 _{+ SO} 2

+ 2H2 O.

Ինչպես է ընդհանուր առմամբ արտահայտվում լուծույթների կոնցենտրացիան

Իրականում ցանկացած լուծույթի կոնցենտրացիան կարող է արտահայտվել տարբեր կերպուղիներ, բայց ամենաշատ օգտագործվող քաշի կոնցենտրացիան: Այն ցույց է տալիս լուծված նյութի գրամների քանակը լուծույթի կամ լուծիչի տրված զանգվածում կամ ծավալում (սովորաբար 1000 գ, 1000 սմ³, 100 սմ^{3 և 1 dm} 3^{): Նյութի զանգվածի գրամների փոխարեն կարող եք վերցնել դրա քանակությունը արտահայտված մոլերով, այնուհետև ստանում եք մոլային կոնցենտրացիան 1000 գ-ում կամ 1 դմ}3 ^{լուծույթ:}

Եթե մոլային կոնցենտրացիան որոշվում է ոչ թե լուծույթի քանակի, այլ միայն լուծիչի նկատմամբ, ապա այն կոչվում է լուծույթի մոլալություն։ Այն բնութագրվում է ջերմաստիճանից անկախությամբ։

Հաճախ քաշի կոնցենտրացիան նշվում է գրամներով 100 գ լուծիչի դիմաց: Այս ցուցանիշը 100%-ով բազմապատկելով՝ ստացվում է քաշային տոկոսով (տոկոսային կոնցենտրացիա): Հենց այս մեթոդն է առավել հաճախ օգտագործվում ծծմբաթթվի լուծույթների կիրառման համար:

Տվյալ ջերմաստիճանում որոշված լուծույթի կոնցենտրացիայի յուրաքանչյուր արժեք համապատասխանում է դրա հատուկ խտությանը (օրինակ՝ ծծմբաթթվի լուծույթի խտությանը): Հետեւաբար, երբեմն լուծումը բնութագրվում է հենց դրանով։ Օրինակ, H₂SO₄ լուծույթը, որը բնութագրվում է 95,72% տոկոսային կոնցենտրացիայով, ունի 1,835 գ/սմ խտություն: 3 ^{t=20 °С: Ինչպե՞ս որոշել նման լուծույթի կոնցենտրացիան, եթե տրված է միայն ծծմբաթթվի խտությունը: Նման համապատասխանություն պարունակող աղյուսակը ընդհանուր կամ անալիտիկ քիմիայի ցանկացած դասագրքի անբաժանելի մասն է։}

Կենտրոնացման փոխակերպման օրինակ

Փորձենք շարժվել կենտրոնացվածության արտահայտման մեկ եղանակիցլուծում մյուսին. Ենթադրենք, մենք ունենք H₂SO₄ լուծույթ ջրի մեջ 60% տոկոսային կոնցենտրացիայով: Նախ որոշում ենք ծծմբաթթվի համապատասխան խտությունը։ Ստորև ներկայացված է H₂SO₄ (չորրորդ սյունակ) տոկոսային կոնցենտրացիաները (առաջին սյունակ) և դրանց համապատասխան խտությունները պարունակող աղյուսակը:

Նրանից որոշում ենք ցանկալի արժեքը, որը հավասար է 1, 4987 գ/սմ³: Այժմ հաշվարկենք այս լուծույթի մոլարությունը: Դրա համար անհրաժեշտ է որոշել H₂SO₄ -ի զանգվածը 1 լիտրում. լուծույթը և թթվի համապատասխան մոլերի քանակը։

Ծավալը զբաղեցրեց 100 գ հիմնական լուծույթը:

100 / 1, 4987=66,7 մլ.

Քանի որ 60% լուծույթի 66,7 միլիլիտրը պարունակում է 60 գ թթու, դրա 1 լիտրը կպարունակի՝

(60 / 66, 7) x 1000=899,55

Ծծմբաթթվի մոլային զանգվածը 98 է: Այսպիսով, նրա 899,55 գ գրամում պարունակվող մոլերի թիվը կլինի՝

899, 55 / 98=9, 18 մոլ.

Ծծմբաթթվի խտության կախվածությունը կոնցենտրացիայից ներկայացված է նկ. ստորև։

Օգտագործելով ծծմբաթթու

Կիրառվում է տարբեր ոլորտներում։ Երկաթի և պողպատի արտադրության մեջ այն օգտագործվում է մետաղի մակերեսը մաքրելու համար, նախքան այն պատելը այլ նյութով, այն մասնակցում է սինթետիկ ներկերի, ինչպես նաև այլ տեսակի թթուների, ինչպիսիք են հիդրոքլորային և ազոտային թթուները: Նա նույնպեսօգտագործվում է դեղագործական, պարարտանյութերի և պայթուցիկ նյութերի արտադրության մեջ, ինչպես նաև կարևոր ռեագենտ է նավթի վերամշակման արդյունաբերության մեջ նավթից կեղտերը հեռացնելու համար:

Այս քիմիական նյութը աներևակայելի օգտակար է տանը և հեշտությամբ հասանելի է որպես ծծմբաթթվի լուծույթ, որն օգտագործվում է կապարաթթվային մարտկոցներում (ինչպես մեքենաներում հայտնաբերվածները): Նման թթվի կոնցենտրացիան սովորաբար կազմում է մոտ 30% -ից մինչև 35% H₂SO ₄ ըստ քաշի, մնացածը ջուր է:

Բազմաթիվ տնային ծրագրերի համար 30% H₂SO₄-ն ավելի քան բավարար կլինի ձեր կարիքները բավարարելու համար: Այնուամենայնիվ, արդյունաբերությունը պահանջում է նաև ծծմբաթթվի շատ ավելի բարձր կոնցենտրացիա: Սովորաբար, արտադրության գործընթացում, առաջին հերթին պարզվում է, որ այն բավականին նոսրացած է և աղտոտված է օրգանական կեղտերով։ Խտացված թթուն ստացվում է երկու փուլով. սկզբում այն հասցվում է 70%-ի, այնուհետև՝ երկրորդ փուլում այն հասցվում է 96-98%-ի, ինչը տնտեսապես կենսունակ արտադրության սահմանն է։

։

Ծծմբաթթվի խտությունը և դրա աստիճանները

Չնայած ծծմբաթթվի գրեթե 99% կարելի է ստանալ կարճ եռալով, SO₃ -ի հետագա կորուստը եռման կետում նվազեցնում է կոնցենտրացիան մինչև 98,3%: Ընդհանուր առմամբ, 98% սորտը ավելի կայուն է պահեստավորման մեջ:

Թթվի առևտրային կարգերը տարբերվում են իր տոկոսային կոնցենտրացիայով, և նրանց համար ընտրվում են այն արժեքները, որոնց դեպքում բյուրեղացման ջերմաստիճանը նվազագույն է: Դա արվում է ծծմբաթթվի բյուրեղների տեղումները նվազեցնելու համար:նստվածք տեղափոխման և պահպանման ընթացքում. Հիմնական սորտերն են՝

• Աշտարակ (ազոտային) - 75%. Այս կարգի ծծմբաթթվի խտությունը 1670 կգ/մ է³: Ստացեք այսպես կոչված: ազոտային մեթոդ, որի դեպքում ծծմբի երկօքսիդ պարունակող SO₂ առաջնային հումքի թրծման ժամանակ ստացված գազը շարված աշտարակներում (այստեղից էլ՝ սորտի անվանումը) մշակվում է ազոտով (սա նաև H₂ SO₄ է, բայց դրանում լուծված ազոտի օքսիդներով): Արդյունքում ազատվում են թթու և ազոտի օքսիդներ, որոնք գործընթացում չեն սպառվում, բայց վերադարձվում են արտադրական ցիկլ։
• Կապ - 92, 5-98, 0%. Այս դասի 98% ծծմբաթթվի խտությունը 1836,5 կգ/մ է³: Այն նաև ստացվում է SO₂ պարունակող գազ բովելուց, և գործընթացը ներառում է երկօքսիդի օքսիդացումը անհիդրիդ SO₃ , երբ այն շփվում է (հետևաբար, սորտի անվանումը) պինդ վանադիումի կատալիզատորի մի քանի շերտերով։
• Օլեում - 104,5%. Նրա խտությունը կազմում է 1896,8 կգ/մ³։ Սա SO₃ -ի լուծումն է H₂SO₄-ում, որի առաջին բաղադրիչը պարունակում է 20 %, իսկ թթուները՝ ուղիղ 104,5%.
• Բարձր տոկոս օլեում - 114,6%: Նրա խտությունը 2002 կգ/մ է³.
• Մարտկոց - 92-94%.

Ինչպես է աշխատում մեքենայի մարտկոցը

Այս ամենահզոր էլեկտրական սարքերից մեկի աշխատանքը հիմնված է էլեկտրաքիմիական գործընթացների վրա, որոնք տեղի են ունենում ծծմբաթթվի ջրային լուծույթի առկայության դեպքում:

Մեքենայի մարտկոցը պարունակում է նոսր ծծմբաթթվի էլեկտրոլիտ ևդրական և բացասական էլեկտրոդներ մի քանի թիթեղների տեսքով: Դրական թիթեղները պատրաստված են կարմրավուն շագանակագույն նյութից՝ կապարի երկօքսիդից (PbO₂), իսկ բացասական թիթեղները՝ մոխրագույն «սպունգավոր» կապարից (Pb):

Քանի որ էլեկտրոդները պատրաստված են կապարից կամ կապար պարունակող նյութից, մարտկոցների այս տեսակը հաճախ կոչվում է կապարաթթվային մարտկոց: Դրա կատարումը, այսինքն՝ ելքային լարման մեծությունը, ուղղակիորեն որոշվում է ծծմբական թթվի ընթացիկ խտությամբ (կգ/մ3 կամ գ/սմ³), որը լցված է մարտկոցում որպես էլեկտրոլիտ:

Ինչ է տեղի ունենում էլեկտրոլիտի հետ, երբ մարտկոցը լիցքաթափվում է

Կապարաթթվային մարտկոցի էլեկտրոլիտը մարտկոցի ծծմբաթթվի լուծույթ է քիմիապես մաքուր թորած ջրի մեջ 30% կոնցենտրացիայով, երբ լրիվ լիցքավորված է: Մաքուր թթուն ունի 1,835 գ/սմ խտություն³, էլեկտրոլիտը՝ մոտ 1,300 գ/սմ³: Երբ մարտկոցը լիցքաթափվում է, դրանում տեղի են ունենում էլեկտրաքիմիական ռեակցիաներ, ինչի արդյունքում էլեկտրոլիտից վերցվում է ծծմբաթթու։ Լուծույթի կոնցենտրացիայի խտությունը կախված է գրեթե համամասնորեն, ուստի այն պետք է նվազի էլեկտրոլիտի կոնցենտրացիայի նվազման պատճառով:

Քանի դեռ լիցքաթափման հոսանքը հոսում է մարտկոցի միջով, նրա էլեկտրոդների մոտ գտնվող թթուն ակտիվորեն օգտագործվում է, և էլեկտրոլիտը դառնում է ավելի ու ավելի նոսր: Թթվի դիֆուզիան ամբողջ էլեկտրոլիտի ծավալից և դեպի էլեկտրոդային թիթեղները պահպանում է քիմիական ռեակցիաների մոտավորապես հաստատուն ինտենսիվությունը և, որպես հետևանք, ելքը.լարում.

Լիցքաթափման գործընթացի սկզբում էլեկտրոլիտից թթվի տարածումը թիթեղների մեջ արագ է տեղի ունենում, քանի որ ստացված սուլֆատը դեռ չի խցանել էլեկտրոդների ակտիվ նյութի ծակոտիները: Երբ սուլֆատը սկսում է ձևավորվել և լրացնել էլեկտրոդների ծակոտիները, դիֆուզիան ավելի դանդաղ է տեղի ունենում:

Տեսականորեն, դուք կարող եք շարունակել լիցքաթափումը այնքան ժամանակ, մինչև ամբողջ թթուն սպառվի, և էլեկտրոլիտը մաքուր ջուր լինի: Այնուամենայնիվ, փորձը ցույց է տալիս, որ արտանետումները չպետք է շարունակվեն այն բանից հետո, երբ էլեկտրոլիտի խտությունը իջել է մինչև 1,150 գ/սմ³:

Երբ խտությունը իջնում է 1,300-ից մինչև 1,150, դա նշանակում է, որ ռեակցիաների ընթացքում առաջացել է այնքան սուլֆատ, և այն լցնում է թիթեղների ակտիվ նյութերի բոլոր ծակոտիները, այսինքն՝ ծծմբական թթվի գրեթե ամբողջ ծավալը: Խտությունը համամասնորեն կախված է կոնցենտրացիայից, և նույն կերպ մարտկոցի լիցքը կախված է խտությունից։ Նկ. Մարտկոցի լիցքավորման կախվածությունը էլեկտրոլիտի խտությունից ներկայացված է ստորև։

Էլեկտրոլիտի խտությունը փոխելը մարտկոցի լիցքաթափման վիճակը որոշելու լավագույն միջոցն է, եթե այն ճիշտ օգտագործվի:

Մեքենայի մարտկոցի լիցքաթափման աստիճանները՝ կախված էլեկտրոլիտի խտությունից

Դրա խտությունը պետք է չափվի յուրաքանչյուր երկու շաբաթը մեկ, և ցուցումները պետք է շարունակաբար գրանցվեն հետագա հղումների համար:

Որքան ավելի խիտ է էլեկտրոլիտը, այնքան ավելի շատ թթու է պարունակում, և այնքան ավելի լիցքավորված է մարտկոցը: Խտությունը 1,300-1,280 գ/սմ ³ցույց է տալիս լրիվ լիցքավորում: Որպես կանոն, կախված էլեկտրոլիտի խտությունից տարբերվում են մարտկոցի լիցքաթափման հետևյալ աստիճանները՝

• 1, 300-1, 280 - լրիվ լիցքավորված:
• 1, 280-1, 200 - կեսից ավելի դատարկ;
• 1, 200-1, 150 - կիսով չափ պակաս;
• 1, 150 - գրեթե դատարկ:

Լիովին լիցքավորված մարտկոցն ունի 2,5-ից 2,7 վոլտ լարում մեկ բջջի մեջ՝ նախքան մեքենայի ցանցին միանալը: Հենց որ բեռը միանում է, լարումը արագորեն իջնում է մինչև մոտ 2,1 վոլտ երեք-չորս րոպեի ընթացքում: Դա պայմանավորված է կապարի սուլֆատի բարակ շերտի ձևավորմամբ բացասական էլեկտրոդի թիթեղների մակերեսին և կապարի պերօքսիդի շերտի և դրական թիթեղների մետաղի միջև: Ավտոմեքենայի ցանցին միանալուց հետո բջջային լարման վերջնական արժեքը կազմում է մոտ 2,15-2,18 վոլտ:

Երբ մարտկոցի միջով հոսանքը սկսում է հոսել աշխատանքի առաջին ժամին, տեղի է ունենում լարման անկում մինչև 2 Վ, ինչը պայմանավորված է բջիջների ներքին դիմադրության բարձրացմամբ՝ ավելի շատ սուլֆատի ձևավորման պատճառով, որը լցվում է: թիթեղների ծակոտիները և էլեկտրոլիտից թթվի հեռացումը: Ընթացքի հոսքի մեկնարկից կարճ ժամանակ առաջ էլեկտրոլիտի խտությունը առավելագույնն է և հավասար է 1,300 գ/սմ³: Սկզբում դրա հազվադեպությունը տեղի է ունենում արագ, բայց հետո հավասարակշռված վիճակ է հաստատվում թիթեղների մոտ թթվի խտության և էլեկտրոլիտի հիմնական ծավալի միջև, էլեկտրոդների միջոցով թթվի հեռացումն ապահովվում է նոր մասերի մատակարարմամբ: թթու էլեկտրոլիտի հիմնական մասից: Այս դեպքում էլեկտրոլիտի միջին խտությունըշարունակում է անշեղորեն նվազել՝ համաձայն Նկ. ավելի բարձր: Նախնական անկումից հետո լարումը նվազում է ավելի դանդաղ, նվազման արագությունը կախված է մարտկոցի բեռից: Լիցքաթափման գործընթացի ժամանակի գրաֆիկը ներկայացված է նկ. ստորև։

Մարտկոցում էլեկտրոլիտի վիճակի մոնիտորինգ

Խտությունը որոշելու համար օգտագործվում է հիդրոմետր։ Այն բաղկացած է մի փոքրիկ կնքված ապակե խողովակից, որի ստորին ծայրում ընդլայնումն է, որը լցված է կրակոցով կամ սնդիկով, իսկ վերին ծայրում՝ աստիճանավոր սանդղակով: Այս սանդղակը պիտակավորված է 1,100-ից մինչև 1,300 տարբեր արժեքներով, ինչպես ցույց է տրված Նկ. ստորև. Եթե այս հիդրոմետրը տեղադրվի էլեկտրոլիտի մեջ, այն կսուզվի որոշակի խորության վրա: Դրանով նա կտեղափոխի էլեկտրոլիտի որոշակի ծավալ, և երբ հասնի հավասարակշռության դիրքի, տեղահանված ծավալի կշիռը պարզապես հավասար կլինի հիդրոմետրի քաշին: Քանի որ էլեկտրոլիտի խտությունը հավասար է նրա քաշի և ծավալի հարաբերակցությանը, և հայտնի է հիդրոմետրի կշիռը, դրա լուծույթում ընկղմման յուրաքանչյուր մակարդակ համապատասխանում է որոշակի խտության։

Որոշ հիդրոմետրեր չունեն խտության արժեքներով սանդղակ, սակայն նշված են մակագրություններով՝ «Լիցքավորված», «Կես լիցքաթափում», «Լրիվ լիցքաթափում» կամ նմանատիպ մակագրություններով։