Η συγκέντρωση και η πυκνότητα του θειικού οξέος. Η εξάρτηση της πυκνότητας της συγκέντρωσης θειικού οξέος στην μπαταρία του αυτοκινήτου

Αραιώστε και συμπυκνώθηκε θειικό οξύ - αυτό είναι τόσο σημαντικό χημικές ουσίες που παράγουν περισσότερο στον κόσμο από οποιαδήποτε άλλη ουσία. Οικονομική πλούτος της χώρας μπορεί να αξιολογηθεί από την άποψη της παράγεται εκεί θειικού οξέος.

διαδικασία διαχωρισμού

Το θειικό οξύ χρησιμοποιείται στη μορφή υδατικών διαλυμάτων διαφόρων συγκεντρώσεων. Υποβάλλεται σε αντίδραση διαστάσεως σε δύο στάδια, παράγονται ιόντα Η ⁺ είναι σε διάλυμα.

H ₂ SO ₄ = H ^{+ +} HSO ₄ ^-?

HSO ₄ ^- = H ^{+ +} SO ₄ ^-2.

Το θειικό οξύ είναι ένα ισχυρό, και το πρώτο στάδιο της διαστάσεως συμβαίνει τόσο γρήγορα ώστε το σύνολο σχεδόν του αρχικού μορίου διασπαστούν σε ιόντων Η ⁺ και HSO ₄ ^-1 -ιόντα (θειικό υδρογόνο) σε διάλυμα. Πρόσφατες μερικώς αποσυντίθενται περαιτέρω, απελευθερώνοντας H ⁺ ιόντα άλλα και αφήνοντας ένα θειικό ιόν (SO ₄ ^-2) σε διάλυμα. Ωστόσο, όξινο, όντας ένα ασθενές οξύ, εξακολουθεί να επικρατεί σε ένα διάλυμα από Η ⁺ και SO ₄ ^-2. Πλήρης διαστάσεως αυτό συμβαίνει μόνο όταν η πυκνότητα του διαλύματος θειικού οξέος είναι κοντά στο την πυκνότητα του νερού, r. F υπό υψηλή αραίωση.

Ιδιότητες των θειικού οξέος

Είναι ειδικά με την έννοια ότι μπορεί να λειτουργήσει ως ένα συμβατικό οξύ ή ένα ισχυρό οξειδωτικό - ανάλογα με τη θερμοκρασία και τη συγκέντρωση. Ένα ψυχρό αραιό διάλυμα θειικού οξέος αντιδρά με το ενεργό μέταλλο για να δώσει το άλας (θειικό) και την έκλυση αερίου υδρογόνου. Για παράδειγμα, η αντίδραση μεταξύ ψυχρού αραιού H ₂ SO ₄ (υποθέτοντας πλήρη-βήμα διαχωρισμού του) και μεταλλικό ψευδάργυρο ως εξής:

Zn + H ₂ SO ₄ = _Ζηδθ4 + _Η2.

Το θερμό πυκνό θειικό οξύ, του οποίου η πυκνότητα είναι περίπου 1,8 g / cm ^3, μπορεί να δράσει ως οξειδωτικό, που αντιδρούν με τα υλικά που είναι γενικά αδρανής προς οξέα, όπως για παράδειγμα μεταλλικού χαλκού. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, ο χαλκός οξειδώνεται, και το οξύ μάζα μειώνεται, ένα διάλυμα σχηματίζεται θειικού χαλκού (II) σε νερό και αέριο διοξείδιο του θείου (SO ₂₎ αντί του υδρογόνου, το οποίο θα αναμενόταν με αντίδραση του οξέος με ένα μέταλλο.

Cu + 2H ₂ SO ₄ = CuSO ₄ + SO ₂ + 2H ₂ O.

Όπως εκφράζεται γενικά από τη συγκέντρωση των διαλυμάτων

Στην πραγματικότητα, η συγκέντρωση του κάθε διαλύματος μπορεί να εκφραστεί με διαφορετικούς τρόπους, αλλά η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη συγκέντρωση κατά βάρος. Αυτό δείχνει τον αριθμό των γραμμαρίων της διαλυμένης ουσίας σε ένα συγκεκριμένο βάρος ή όγκο του διαλύματος ή του διαλύτη (τυπικά 1000 g, 1000 ^εκ.3, 100 cm ³ έως 1 dm ^3). Αντί της μάζας σε γραμμάρια μιας ουσίας μπορεί να πάρει την ποσότητα, εκφρασμένη σε γραμμομόρια, - στη συνέχεια, η ληφθείσα την γραμμομοριακή συγκέντρωση 1000 g ή 1 dm ³ διάλυμα.

Εάν η μοριακή συγκέντρωση που προσδιορίζεται σε σχέση όχι με την ποσότητα του διαλύματος, αλλά μόνο στον διαλύτη, καλείται η γραμμομοριακότητα κατά βάρος του διαλύματος. Χαρακτηρίζεται από την ανεξαρτησία της θερμοκρασίας.

Συχνά, η κατά βάρος συγκέντρωση υποδεικνύεται σε γραμμάρια ανά 100 γραμμάρια διαλύτη. Πολλαπλασιάζοντας αυτόν τον αριθμό με το 100%, παρασκευάζεται σε ένα τοις εκατό κατά βάρος (ανά συγκέντρωση). Δηλαδή, αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συχνότερα όπως εφαρμόζεται σε ένα διάλυμα θειικού οξέος.

Κάθε τιμή της συγκέντρωσης διαλύματος, προσδιορίζεται σε μία δεδομένη θερμοκρασία, αυτό αντιστοιχεί σε μια πολύ ειδική πυκνότητα (π.χ., την πυκνότητα του διαλύματος θειικού οξέος). Ως εκ τούτου, μερικές φορές χαρακτηρίζεται διάλυμα. Για παράδειγμα, H ₂ SO ₄ διάλυμα, που χαρακτηρίζεται από ποσοστό συγκέντρωσης 95.72%, μια πυκνότητα των 1.835 g / cm ³ σε t = 20 ° C. Πώς να καθορίσει την συγκέντρωση ενός τέτοιου διαλύματος, εάν δίνεται μόνον πυκνότητας θειικό οξύ; Πίνακας δίνοντας τέτοια αντιστοιχία είναι ένα προσάρτημα οποιασδήποτε βιβλίο για γενική ή αναλυτική χημεία.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ επανυπολογισμό συγκέντρωση

Ας πάμε από τον ένα τρόπο έκφρασης σε άλλη συγκέντρωση διαλύματος. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε H ₂ SO ₄ διάλυμα σε νερό με συγκέντρωση 60% των τόκων. Ορίζουμε πρώτα την πυκνότητα του αντίστοιχου θειικού οξέος. Πίνακας που περιέχουν ποσοστά (πρώτη στήλη) και την αντίστοιχη πυκνότητα του υδατικού διαλύματος H ₂ SO ₄ (τέταρτη στήλη), δεικνύεται κατωτέρω.

Καθορίζει την επιθυμητή τιμή η οποία είναι ίση με 1,4987 g / cm ^3. Τώρα τον υπολογισμό του μοριακότητα του διαλύματος. Για αυτό, είναι αναγκαίο να προσδιοριστεί η μάζα του H ₂ SO ₄ σε 1 λίτρο διαλύματος και τον αντίστοιχο αριθμό των moles των οξέων.

Volume, οι οποίες καταλαμβάνουν 100 g αποθεματικού διαλύματος:

100 / 1,4987 = 66,7 ml.

Επειδή σε 66,7 ml διαλύματος 60% περιείχε 60 g του οξέος σε 1 λίτρο από αυτό θα περιέχει:

(60 / 66,7) χ 1000 = 899, 55 γρ.

θειικό οξύ γραμμομοριακή βάρος ίσο με 98. Ως εκ τούτου, ο αριθμός των γραμμομορίων που περιέχονται σε 899,55 γρ γραμμάρια της, θα είναι:

899,55 / 98 = 9,18 γραμμομόριο.

Η εξάρτηση της πυκνότητας της συγκεντρώσεως θειικού οξέος παρουσιάζεται στο Σχ. παρακάτω.

Η χρήση του θειικού οξέος

Χρησιμοποιείται σε διάφορες βιομηχανίες. Στην παραγωγή σιδήρου και χάλυβα χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό της μεταλλικής επιφάνειας πριν αυτό καλύπτεται με άλλη ουσία που εμπλέκονται στη δημιουργία συνθετικές χρωστικές ουσίες καθώς και άλλα είδη οξέων όπως υδροχλωρικό και νιτρικό. Είναι, επίσης, χρησιμοποιούνται για την παρασκευή φαρμακευτικών προϊόντων, τα λιπάσματα και τα εκρηκτικά, και εξακολουθεί να αποτελεί σημαντικό αντιδραστήριο στην απομάκρυνση ακαθαρσιών από το ακάθαρτο πετρέλαιο στη βιομηχανία διύλισης.

Αυτή η χημική ουσία είναι εξαιρετικά χρήσιμη στην καθημερινή ζωή, και είναι εύκολα διαθέσιμο ως ένα διάλυμα θειικού οξέος που χρησιμοποιείται σε μπαταρίες μολύβδου-οξέος (π.χ., εκείνα που βρίσκονται σε αυτοκίνητα). Τέτοια οξύ έχει γενικά μια συγκέντρωση από περίπου 30% έως 35% H ₂ SO ₄ κατά βάρος, η ισορροπία - νερό.

Για πολλές εφαρμογές των καταναλωτών 30% H ₂ SO ₄ θα είναι περισσότερο από αρκετό για να καλύψουν τις ανάγκες τους. Ωστόσο, στη βιομηχανία και απαιτεί μια πολύ υψηλότερη συγκέντρωση του θειικού οξέος. Τυπικά, κατά την κατασκευή είναι πρώτα λαμβάνεται επαρκώς αραιό και το μολυσμένο με οργανικές εγκλείσματα. Συμπυκνωμένο οξύ λαμβάνεται σε δύο στάδια: πρώτον, ρυθμίστηκε σε 70%, και στη συνέχεια - σε ένα δεύτερο στάδιο - αυξάνεται σε 96-98%, η οποία είναι το περιοριστικό παράμετρος για την οικονομικά βιώσιμη παραγωγή.

Η πυκνότητα του θειικού οξέος και τις ποικιλίες του

Παρά το γεγονός ότι σχεδόν το 99% θειικό οξύ μπορεί να είναι εν συντομία υπό κάθετο ψυκτήρα, αλλά επακόλουθη απώλεια των SO ₃ στο σημείο βρασμού μειώνει τη συγκέντρωση σε 98,3%. Σε γενικές γραμμές, τα είδη με το δείκτη 98% πιο σταθερή κατά την αποθήκευση.

Εμπορική βαθμού οξέα ποικίλλουν ως προς τη συγκέντρωση του ενδιαφέροντος, και για τα οποία έχει επιλεγεί αυτές τις τιμές κατά την οποία η χαμηλή θερμοκρασία κρυστάλλωσης. Αυτό γίνεται για να μειωθεί η απώλεια των κρυστάλλων θειικού οξέος καθιζάνουν κατά τη μεταφορά και την αποθήκευση. Οι κυριότερες ποικιλίες είναι:

• Ο πύργος (υποξείδιο) - 75%. πυκνότητα Θειικό οξύ της τάξης είναι ίση με 1670 kg / m ^3. Πάρτε του λεγόμενου. υποξείδιο μέθοδος στην οποία κατεργάζεται το προκύπτον νιτροζο (αυτό είναι επίσης H ₂ SO _4, αλλά με διαλυμένο οξείδια του αζώτου) στην πρωτογενή ψήσιμο τον πυρωμένο ακατέργαστο αέριο που περιέχει διοξείδιο του θείου SO _2, σε επενδεδυμένους πύργους (εξ ου και η ονομασία ποικιλίες). Ως αποτέλεσμα κατανέμονται οξύ και οξείδια του αζώτου τα οποία δεν καταναλώνονται κατά τη διαδικασία, και επιστρέφεται στον κύκλο παραγωγής.
• Επικοινωνία - 92,5-98,0%. πυκνότητα Θειικό οξύ του 98% της κατηγορίας είναι ίση με 1836,5 kg / m ^3. Έλαβε επίσης από αέρια roaster περιέχουν SO _2, όπου η διαδικασία περιλαμβάνει ανυδρίτη οξείδωση διοξειδίου να SO ₃ με την επαφή του (εξ ου και το όνομα βαθμού) με πολλαπλά στρώματα στερεού καταλύτη βαναδίου.
• Oleum - 104,5%. πυκνότητα του είναι ίση με 1896,8 kg / m ^3. Αυτό το διάλυμα SO ₃ σε H ₂ SO _4, όπου το πρώτο συστατικό περιέχει 20%, και οξύ - είναι 104,5%.
• Υψηλής ποιότητας έλαιο - 114,6%. 2002 kg / m ³ - πυκνότητά ^του.
• Μπαταρία - 92-94%.

Πώς λειτουργεί η μπαταρία του αυτοκινήτου

Η λειτουργία αυτού του μία από τις πιο δημοφιλείς ηλεκτρικές συσκευές βασίζεται εξ ολοκλήρου στις ηλεκτροχημικές διεργασίες που συμβαίνουν υπό την παρουσία υδατικού θειικού οξέος.

Automobile Μπαταρία περιέχει αραιό ηλεκτρολύτη θειικού οξέος, και θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια υπό τη μορφή αρκετών πλακών. Οι θετικές πλάκες κατασκευάζονται από ένα κοκκινωπό-καφέ υλικό - διοξειδίου του μολύβδου (PbO _2), και αρνητικές - των γκριζωπό μολύβδου «σφουγγάρι» (Pb).

Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόδια είναι κατασκευασμένα από μόλυβδο ή μολυβδούχου υλικό, αυτός ο τύπος της μπαταρίας συχνά ονομάζεται μπαταρία μολύβδου-οξέος. Ε Η τάση εξόδου λειτουργικότητα, t. Του προσδιορίζεται απευθείας από αυτό που είναι αυτή τη στιγμή η πυκνότητα του θειικού οξέος (kg / m3 ή g / cm ^{3), το οποίο} συμπληρώνεται στην μπαταρία ως ηλεκτρολύτης.

Τι συμβαίνει με τον ηλεκτρολύτη όταν η μπαταρία αποφορτίζεται,

Ο ηλεκτρολύτης μπαταρία μολύβδου-οξέος είναι μια επαναφορτιζόμενη διάλυμα θειικού οξέος σε χημικώς καθαρό αποσταγμένο νερό με μια συγκέντρωση ενδιαφέροντος των 30% σε πλήρη φόρτιση. Net οξύ έχει πυκνότητα 1.835 g / cm ^3, ηλεκτρολύτη - περίπου 1.300 g / ^cm3. Όταν η μπαταρία εκφορτίζεται, το ηλεκτροχημικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα με αποτέλεσμα την θειικό οξύ αποσύρεται από τον ηλεκτρολύτη. συγκέντρωση του διαλύματος εξαρτάται σχεδόν ανάλογη με την πυκνότητα, γι 'αυτό θα πρέπει να μειωθεί λόγω της μείωσης σε συγκέντρωση ηλεκτρολύτη.

Εφ 'όσον το ρεύμα εκφόρτισης ρέει διαμέσου το οξύ της μπαταρίας χρησιμοποιείται ευρέως κοντά στα ηλεκτρόδια του και ο ηλεκτρολύτης γίνεται πιο αραιό. διάχυση οξύ από το συνολικό όγκο του ηλεκτρολύτη και των πλακών ηλεκτροδίων υποστηρίζει σχεδόν σταθερή ένταση των χημικών αντιδράσεων και, κατά συνέπεια, την τάση εξόδου.

Κατά την έναρξη της διαδικασίας απαλλαγής της διάχυσης του ηλεκτρολύτη οξέος στην πλάκα συμβαίνει γρήγορα λόγω του προκύπτοντος θειικού με ακόμη σημειωθούν πόρους στο ενεργό υλικό των ηλεκτροδίων. Όταν θειικού αρχίζει να σχηματίζεται και να γεμίσει τους πόρους των ηλεκτροδίων, η διάχυση λαμβάνει χώρα πιο αργά.

Θεωρητικά είναι δυνατό να συνεχίσει να εκπληρώνει εφ 'όσον δεν θα χρησιμοποιηθούν όλες οξύ, και ο ηλεκτρολύτης θα αποτελείται από καθαρό νερό. Ωστόσο, η εμπειρία δείχνει ότι το επίπεδο δεν θα πρέπει να συνεχιστεί μετά η πυκνότητα ηλεκτρολύτη μειώθηκε σε 1.150 g / cm ^3.

Όταν η πυκνότητα μειώνεται από 1.300 έως 1.150, το οποίο σημαίνει ότι ένα μεγάλο μέρος από θειικό σχηματίστηκε κατά την αντίδραση, και να γεμίζει όλους τους πόρους του ενεργού υλικού στις πλάκες, δηλ. Ε Από το διάλυμα ήδη επιλεγμένο σχεδόν όλα θειικό οξύ. Η πυκνότητα εξαρτάται από τη συγκέντρωση αναλογικά, και παρομοίως, η πυκνότητα του φορτίου της μπαταρίας εξαρτάται. Το Σχ. παρακάτω δείχνει την εξάρτηση της πυκνότητας ηλεκτρολύτη της μπαταρίας.

Η αλλαγή της πυκνότητας του ηλεκτρολύτη, το καλύτερο μέσο για προσδιορισμό της κατάστασης αποφόρτισης της μπαταρίας, υπό την προϋπόθεση ότι χρησιμοποιείται σωστά.

Βαθμοί εκφόρτισης της μπαταρίας του αυτοκινήτου ανάλογα με την πυκνότητα του ηλεκτρολύτη

πυκνότητα του θα πρέπει να μετράται κάθε δύο εβδομάδες και θα πρέπει πάντα να διατηρείται διαβάζοντας το αρχείο για μελλοντική χρήση.

Η πιο πυκνή ηλεκτρολύτη, τόσο περισσότερο οξύ που περιέχει και τόσο περισσότερο η μπαταρία είναι φορτισμένη. Πυκνότητα 1,300-1,280 g / cm ³ υποδεικνύει πλήρη φόρτιση. Τυπικά, μετά τον βαθμό αποφόρτισης της μπαταρίας ποικίλει ανάλογα με την πυκνότητα του ηλεκτρολύτη:

• 1,300-1,280 - πλήρως φορτισμένη:
• 1,280-1,200 - περισσότερο από το ήμισυ άδειο?
• 1,200-1,150 - χρεώνονται λιγότερο από το μισό?
• 1.150 - σχεδόν άδειο.

Σε μια πλήρως φορτισμένη μπαταρία πριν τη σύνδεση της αυτοκινητοβιομηχανίας τάση τροφοδοσίας του κάθε κυττάρου είναι 2,5 έως 2,7 V. Μόλις συνδεθεί το φορτίο, η τάση πέφτει γρήγορα έως περίπου 2,1 V για τρία ή τέσσερα λεπτά. Αυτό οφείλεται στο σχηματισμό ενός λεπτού στρώματος του θειικού μολύβδου επί της επιφανείας των αρνητικών πλακών ηλεκτροδίων και μεταξύ του μολύβδου στρώματος και του υπεροξειδίου μετάλλου θετικές πλάκες. Η τελική τιμή της τάσης κυττάρων μετά από ένα οδικό δίκτυο που συνδέει περίπου 2,15-2,18 βολτ.

Όταν το ρεύμα αρχίζει να ρέει μέσω της μπαταρίας κατά τη διάρκεια της πρώτης ώρας της λειτουργίας, υπάρχει μία πτώση τάσης έως 2 V λόγω της αυξημένης αντίστασης των εσωτερικών κυττάρων λόγω του σχηματισμού μεγαλύτερων ποσοτήτων θειικού που γεμίζει τους πόρους των πλακών και την επιλογή του ηλεκτρολύτη οξέος. Λίγο πριν την έναρξη της ροής του πυκνότητα ρεύματος του ηλεκτρολύτη είναι μέγιστη και ίση με 1.300 g / ^cm3. Αρχικά υποπίεση συμβαίνει γρήγορα, αλλά στη συνέχεια ρυθμίστε την ισορροπημένη κατάσταση μεταξύ της πυκνότητας των οξέων κοντά πλακών και των ηλεκτροδίων ουσιαστικά ηλεκτρολύτη επιλογής όγκος οξέος που εισέρχονται νέα κομμάτια οξέος από τον όγκο του ηλεκτρολύτη που υποστηρίζονται. Η μέση πυκνότητα του ηλεκτρολύτη συνεχίζει να μειώνεται σταθερά από τη σχέση που φαίνεται στο Σχ. παραπάνω. Μετά από μια αρχική τάση πτώσης μειώνεται βραδύτερα, το ποσοστό της μείωσης εξαρτάται από το φορτίο της μπαταρίας. διαδικασία απαλλαγής Χρονοδιάγραμμα φαίνεται στο Σχ. παρακάτω.

Έλεγχος της κατάστασης του ηλεκτρολύτη στην μπαταρία

Για να προσδιοριστεί η υδρόμετρο πυκνότητας που χρησιμοποιείται. Αποτελείται από ένα σφραγισμένο γυάλινο σωλήνα με μία επέκταση στο κάτω άκρο, που γεμίζουν με υδράργυρο ή πυροβολισμό, και μια διαβαθμισμένη κλίμακα στο ανώτερο άκρο. Αυτή η κλίμακα επισημασμένα από 1.100 έως 1.300 με διάφορες ενδιάμεσες τιμές, όπως φαίνεται στο Σχ. παρακάτω. Αν το υδρόμετρο τοποθετείται σε έναν ηλεκτρολύτη, θα βυθιστεί σε ένα ορισμένο βάθος. Έτσι θα μετατοπίσει έναν συγκεκριμένο όγκο του ηλεκτρολύτη, και όταν επιτευχθεί η θέση ισορροπίας, το βάρος του εκτοπιζόμενος όγκος θα είναι ακριβώς ίσο με το υδρόμετρο βάρος. Δεδομένου ότι η πυκνότητα του ηλεκτρολύτη ισούται με την αναλογία του βάρους του προς τον όγκο, και βάρος του υδρομέτρου είναι γνωστή, τότε κάθε επίπεδο βύθιση στο διάλυμα αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη πυκνότητα του. Μερικά υδρόμετρα έχουν με τις τιμές της κλίμακας πυκνότητας, αλλά χαρακτηρίζεται από «Χρέωση», «μισό ψηφίο», «Πλήρης απαλλαγή» ή κάτι παρόμοιο.