Suyultirilgan va konsentrlangan sulfat kislota shu qadar muhim kimyoviy moddalar boʻlib, dunyoda boshqa moddalarga qaraganda koʻproq ishlab chiqariladi. Mamlakatning iqtisodiy boyligini u ishlab chiqaradigan sulfat kislota miqdori bilan o‘lchash mumkin.
Ajratish jarayoni
Sulfat kislota har xil konsentratsiyali suvli eritmalar shaklida ishlatiladi. U ikki bosqichda dissotsilanish reaksiyasidan o‘tadi va eritmada H+ ionlarini hosil qiladi.
H2SO4 =H+ + HSO4 -;
HSO4- =H + + SO4 -2.
Sulfat kislota kuchli va uning dissotsiatsiyasining birinchi bosqichi shunchalik kuchliki, deyarli barcha dastlabki molekulalar H+-ionlari va HSO ga parchalanadi. 4 Eritmada-1 -ionlari (gidrosulfat). Ikkinchisi qisman parchalanib, boshqa H+-ionini chiqaradi va sulfat ionini qoldiradi (SO4-2) eritmada. Biroq, zaif kislota bo'lgan vodorod sulfat hali ham ustunlik qiladi. H+ va SO4-2 ustidagi eritmada. Uning to'liq dissotsiatsiyasi faqat sulfat kislota eritmasining zichligi suv zichligiga yaqinlashganda, ya'ni kuchli suyultirilganda sodir bo'ladi.
Sulfat kislotaning xossalari
Uning o'ziga xos xususiyati shundaki, u harorat va konsentratsiyasiga qarab oddiy kislota yoki kuchli oksidlovchi vosita sifatida harakat qilishi mumkin. Sulfat kislotaning sovuq suyultirilgan eritmasi faol metallar bilan reaksiyaga kirishib, tuz (sulfat) hosil qiladi va vodorod gazini chiqaradi. Masalan, sovuq suyultirilgan H2SO4 (uning toʻliq ikki bosqichli dissotsiatsiyasini nazarda tutgan holda) va metall rux oʻrtasidagi reaksiya quyidagicha koʻrinadi:
Zn + H2SO4 = ZnSO4+ H2.
Taxminan 1,8 g/sm3 zichligi bo'lgan issiq konsentrlangan sulfat kislota oksidlovchi vosita bo'lib, odatda kislotalarga nisbatan inert bo'lgan materiallar bilan reaksiyaga kirishishi mumkin, masalan metall mis kabi. Reaksiya jarayonida mis oksidlanadi va kislota massasi kamayadi, vodorod oʻrniga mis (II) sulfatning suvdagi eritmasi va gazsimon oltingugurt dioksidi (SO2) hosil boʻladi, Bu kislota metall bilan reaksiyaga kirishganda kutiladi.
Cu + 2H2SO4 =CuSO4 + SO 2 + 2H2 O.
Eritmalarning konsentratsiyasi odatda qanday ifodalanadi
Aslida har qanday eritmaning konsentratsiyasi turlicha ifodalanishi mumkinyo'llar, lekin eng ko'p ishlatiladigan vazn kontsentratsiyasi. U eritma yoki erituvchining berilgan massasi yoki hajmidagi erigan moddaning gramm miqdorini ko'rsatadi (odatda 1000 g, 1000 sm3, 100 sm3 va 1 dm 3). Bir moddaning grammdagi massasi o'rniga, uning mollarda ifodalangan miqdorini olishingiz mumkin - keyin siz 1000 g yoki 1 dm3 eritma uchun molyar konsentratsiyani olasiz.
Agar molyar konsentratsiya eritma miqdoriga emas, faqat erituvchiga nisbatan aniqlansa, u eritmaning molyarligi deyiladi. U haroratdan mustaqilligi bilan ajralib turadi.
Ko'pincha vazn konsentratsiyasi 100 g erituvchi uchun grammda ko'rsatilgan. Ushbu ko'rsatkichni 100% ga ko'paytirsangiz, siz uni og'irlik foizida (foiz kontsentratsiyasi) olasiz. Aynan shu usul sulfat kislota eritmalariga qo'llashda eng ko'p qo'llaniladi.
Eritma konsentratsiyasining ma'lum bir haroratda aniqlangan har bir qiymati uning o'ziga xos zichligiga mos keladi (masalan, sulfat kislota eritmasining zichligi). Shuning uchun, ba'zida yechim aniq u bilan tavsiflanadi. Masalan, 95,72% foiz konsentratsiyasi bilan tavsiflangan H2SO4 eritmasi 1,835 g/sm zichlikka ega. 3 t=20 °S da. Agar faqat sulfat kislotaning zichligi berilgan bo'lsa, bunday eritmaning konsentratsiyasini qanday aniqlash mumkin? Bunday yozishmalarni ko'rsatadigan jadval umumiy yoki analitik kimyo bo'yicha har qanday darslikning ajralmas qismi hisoblanadi.
Konsantratsiya konvertatsiyasiga misol
Keling, konsentratsiyani ifodalashning bir usulidan oʻtishga harakat qilaylikboshqasiga yechim. Faraz qilaylik, bizda H2SO4 eritmasi 60% foizli konsentratsiyali suvda mavjud. Birinchidan, biz sulfat kislotaning mos keladigan zichligini aniqlaymiz. Quyida H2SO4 (toʻrtinchi ustun) suvli eritmasining foiz kontsentratsiyasi (birinchi ustun) va ularning mos zichliklari koʻrsatilgan jadval koʻrsatilgan.
Undan biz kerakli qiymatni aniqlaymiz, bu 1, 4987 g/sm3 ga teng. Endi bu eritmaning molyarligini hisoblaylik. Buning uchun 1 litr suvdagi H2SO4 ning massasini aniqlash kerak. eritma va mos kislota mollari soni.
Hajmi 100 g eritma bilan band:
100 / 1, 4987=66,7 ml.
66,7 millilitr 60% li eritmada 60 g kislota borligi sababli, uning 1 litrida quyidagilar bo'ladi:
(60 / 66, 7) x 1000=899,55
Sulfat kislotaning molyar og'irligi 98 ga teng. Demak, uning 899,55 g grammidagi mollar soni:
899, 55 / 98=9, 18 mol.
Sulfat kislota zichligining konsentratsiyaga bogʻliqligi shaklda koʻrsatilgan. quyida.
Sulfat kislotadan foydalanish
U turli sohalarda qo'llaniladi. Temir va po'lat ishlab chiqarishda u boshqa modda bilan qoplanishidan oldin metall yuzasini tozalash uchun ishlatiladi, u sintetik bo'yoqlar, shuningdek, xlorid va azot kabi boshqa turdagi kislotalarni yaratishda ishtirok etadi. U hamfarmatsevtika, o'g'itlar va portlovchi moddalar ishlab chiqarishda qo'llaniladi, shuningdek, neftni qayta ishlash sanoatida neftdan aralashmalarni olib tashlashda muhim reagent hisoblanadi.
Ushbu kimyoviy modda uy sharoitida juda foydali va qoʻrgʻoshinli akkumulyatorlarda (avtomobillarda boʻlganlar kabi) ishlatiladigan sulfat kislota eritmasi sifatida osongina sotiladi. Bunday kislota odatda og'irlik bo'yicha taxminan 30% dan 35% gacha H2SO 4 konsentratsiyasiga ega, qolgan qismi esa suvdir.
Koʻpgina uy ilovalari uchun 30% H2SO4 ehtiyojlaringizni qondirish uchun yetarli boʻladi. Shu bilan birga, sanoat ham sulfat kislotaning ancha yuqori konsentratsiyasini talab qiladi. Odatda, ishlab chiqarish jarayonida u birinchi navbatda juda suyultirilgan va organik aralashmalar bilan ifloslangan bo'lib chiqadi. Konsentrlangan kislota ikki bosqichda olinadi: birinchi navbatda u 70% ga yetkaziladi, keyin esa - ikkinchi bosqichda - 96-98% gacha ko'tariladi, bu iqtisodiy jihatdan foydali ishlab chiqarish chegarasidir.
Sulfat kislotaning zichligi va uning navlari
Qaynatish orqali qisqa vaqt ichida deyarli 99% sulfat kislota olish mumkin boʻlsa-da, keyinchalik qaynash nuqtasida SO3 ning yoʻqolishi konsentratsiyani 98,3% gacha kamaytiradi. Umuman olganda, 98% nav saqlashda barqarorroq.
Kislotalarning tijorat navlari foiz kontsentratsiyasida farqlanadi va ular uchun kristallanish harorati minimal bo'lgan qiymatlar tanlanadi. Bu sulfat kislota kristallarining cho'kishini kamaytirish uchun amalga oshiriladi.tashish va saqlash vaqtida cho'kindi. Asosiy navlari:
- Tower (azotli) - 75%. Bu navdagi sulfat kislotaning zichligi 1670 kg/m3. Uni oling. azotli usul, bunda oltingugurt dioksidi SO2 bo'lgan birlamchi xom ashyoni astarli minoralarda (navning nomi shuning uchun) qovurish jarayonida olinadigan qovurish gazi azot bilan ishlov beriladi (bu ham H2 SO4, lekin unda erigan azot oksidlari bilan). Natijada kislota va azot oksidlari ajralib chiqadi, ular jarayonda iste'mol qilinmaydi, lekin ishlab chiqarish tsikliga qaytariladi.
- Aloqa - 92, 5-98, 0%. Bu navdagi 98% li sulfat kislotaning zichligi 1836,5 kg/m3. U, shuningdek, SO2 boʻlgan gazni qovurish natijasida olinadi va jarayon dioksidning SO3 bilan aloqa qilganda angidridga oksidlanishini oʻz ichiga oladi (shuning uchun navning nomi) bir necha qatlamli qattiq vanadiy katalizatori bilan.
- Oleum - 104,5%. Uning zichligi 1896,8 kg/m3. Bu H2SO4 da SO3 yechimi boʻlib, birinchi komponentda 20 ta mavjud. % va kislotalar - aynan 104,5%.
- Yuqori foizli oleum - 114,6%. Uning zichligi 2002 kg/m3.
- Batareya - 92-94%.
Avtomobil akkumulyatori qanday ishlaydi
Bu eng massiv elektr qurilmalardan biri sulfat kislotaning suvdagi eritmasi ishtirokida sodir boʻladigan elektrokimyoviy jarayonlarga toʻliq asoslangan.
Avtomobil akkumulyatorida suyultirilgan sulfat kislota elektrolitlari vabir nechta plitalar shaklida ijobiy va salbiy elektrodlar. Ijobiy plitalar qizg'ish-jigarrang materialdan - qo'rg'oshin dioksididan (PbO2), manfiy plitalar esa kulrang «g'ubka» qo'rg'oshindan (Pb) yasalgan.
Elektrodlar qo'rg'oshin yoki qo'rg'oshinli materialdan tayyorlanganligi sababli, bu turdagi akkumulyator odatda qo'rg'oshinli akkumulyator deb ataladi. Uning ishlashi, ya'ni chiqish kuchlanishining kattaligi to'g'ridan-to'g'ri akkumulyatorga elektrolit sifatida to'ldirilgan sulfat kislotaning joriy zichligi (kg/m3 yoki g/cm3) bilan belgilanadi.
Batareya zaryadsizlanganda elektrolit bilan nima sodir bo'ladi
Qoʻrgʻoshin kislotali akkumulyator elektrolitlari toʻliq zaryadlanganda 30% konsentratsiyali kimyoviy toza distillangan suvdagi akkumulyator sulfat kislotasining eritmasidir. Sof kislotaning zichligi 1,835 g/sm3, elektrolit esa 1,300 g/sm3. Batareya zaryadsizlanganda, unda elektrokimyoviy reaktsiyalar sodir bo'ladi, buning natijasida elektrolitdan sulfat kislota olinadi. Eritma konsentratsiyasining zichligi deyarli mutanosib ravishda bog'liq, shuning uchun elektrolitlar konsentratsiyasining pasayishi tufayli u kamayishi kerak.
Akkumulyatordan zaryadsizlanish oqimi oqib turguncha uning elektrodlari yonidagi kislota faol ishlatiladi va elektrolitlar borgan sari suyultiriladi. Kislotalarning butun elektrolitlar hajmidan va elektrod plitalariga tarqalishi kimyoviy reaktsiyalarning taxminan doimiy intensivligini ta'minlaydi va natijada hosil bo'ladi.kuchlanish.
Chiqarilish jarayonining boshida elektrolitdan kislotaning plitalarga tarqalishi tez sodir bo'ladi, chunki hosil bo'lgan sulfat elektrodlarning faol moddasidagi teshiklarni hali berkitmagan. Sulfat hosil bo'lib, elektrodlarning teshiklarini to'ldirishni boshlaganda, diffuziya sekinroq sodir bo'ladi.
Nazariy jihatdan siz barcha kislota tugaguncha va elektrolit toza suvga aylanmaguncha tushirishni davom ettirishingiz mumkin. Biroq, tajriba shuni ko'rsatadiki, elektrolitlar zichligi 1,150 g/sm ga tushganidan keyin zaryadsizlanishlar davom etmasligi kerak3.
Zichlik 1,300 dan 1,150 ga tushganda, bu reaksiyalar davomida shunchalik ko'p sulfat hosil bo'lganligini anglatadi va u plitalardagi faol moddalardagi barcha teshiklarni, ya'ni deyarli barcha sulfat kislotani to'ldiradi. Zichlik konsentratsiyaga mutanosib ravishda bog'liq va xuddi shu tarzda batareya zaryadi zichlikka bog'liq. Shaklda. Batareya zaryadining elektrolitlar zichligiga bog'liqligi quyida ko'rsatilgan.
Elektrolit zichligini oʻzgartirish, agar u toʻgʻri ishlatilsa, batareyaning zaryadsizlanish holatini aniqlashning eng yaxshi usuli hisoblanadi.
Elektrolit zichligiga qarab avtomobil akkumulyatorining zaryadsizlanish darajasi
Uning zichligi har ikki haftada oʻlchanishi va koʻrsatkichlar kelgusida maʼlumot olish uchun doimiy ravishda qayd etilishi kerak.
Elektrolit qanchalik zichroq bo'lsa, unda kislota shunchalik ko'p bo'ladi va batareya quvvatlanadi. Zichlik 1,300-1,280 g/sm3to'liq zaryadni bildiradi. Qoida tariqasida, elektrolitlar zichligiga qarab batareya zaryadsizlanishining quyidagi darajalari ajratiladi:
- 1, 300-1, 280 - toʻliq quvvatlangan:
- 1, 280-1, 200 - yarmidan koʻpi boʻsh;
- 1, 200-1, 150 - yarmidan kam toʻlgan;
- 1, 150 - deyarli boʻsh.
Toʻliq zaryadlangan akkumulyator avtomobil tarmogʻiga ulashdan oldin har bir hujayra uchun 2,5-2,7 volt kuchlanishga ega boʻladi. Yuk ulangandan soʻng kuchlanish uch yoki toʻrt daqiqa ichida 2,1 voltga tez tushadi. Bu salbiy elektrod plitalari yuzasida va qo'rg'oshin peroksid qatlami va musbat plitalarning metalli o'rtasida nozik qo'rg'oshin sulfat qatlamining shakllanishi bilan bog'liq. Avtomobil tarmog'iga ulangandan keyin hujayra kuchlanishining yakuniy qiymati taxminan 2,15-2,18 voltni tashkil qiladi.
Ishlashning birinchi soatida akkumulyatordan oqim o’ta boshlaganda, to’ldiradigan ko’proq sulfat hosil bo’lishi natijasida hujayralarning ichki qarshiligi oshishi tufayli 2 V ga kuchlanish pasayadi. plitalarning teshiklari va elektrolitdan kislotani olib tashlash. Oqim oqimi boshlanishidan biroz oldin elektrolitlar zichligi maksimal va 1,300 g / sm3 ga teng. Dastlab, uning kamayishi tez sodir bo'ladi, ammo keyin plitalar yaqinidagi kislota zichligi va elektrolitning asosiy hajmi o'rtasida muvozanatli holat o'rnatiladi, elektrodlar tomonidan kislotani olib tashlash yangi qismlarni etkazib berish bilan ta'minlanadi. elektrolitning asosiy qismidan kislota. Bunday holda, elektrolitning o'rtacha zichligirasmda ko'rsatilgan bog'liqlikka ko'ra doimiy ravishda kamayishda davom etadi. yuqoriroq. Dastlabki pasayishdan keyin kuchlanish sekinroq pasayadi, pasayish tezligi batareyadagi yukga bog'liq. Bo'shatish jarayonining vaqt grafigi rasmda ko'rsatilgan. quyida.
Batareyadagi elektrolitlar holatini kuzatish
Zichlikni aniqlash uchun gidrometrdan foydalaniladi. U pastki uchida o'q yoki simob bilan to'ldirilgan kengaytmali kichik muhrlangan shisha naychadan va yuqori uchida gradusli shkaladan iborat. Ushbu shkala 1.100 dan 1.300 gacha bo'lgan belgilar bilan belgilanadi, ular orasida turli xil qiymatlar mavjud, rasmda ko'rsatilgan. quyida. Agar bu gidrometr elektrolitga joylashtirilsa, u ma'lum bir chuqurlikka cho'kadi. Bunda u elektrolitning ma'lum hajmini siqib chiqaradi va muvozanat holatiga erishilganda, siljigan hajmning og'irligi oddiygina gidrometrning og'irligiga teng bo'ladi. Elektrolitning zichligi uning og'irligining hajmga nisbatiga teng bo'lgani va gidrometrning og'irligi ma'lum bo'lganligi sababli, uning eritmaga botirishning har bir darajasi ma'lum bir zichlikka mos keladi.
Ba'zi gidrometrlarda zichlik qiymatlari bo'lgan shkala yo'q, lekin quyidagi yozuvlar bilan belgilanadi: "Zaryadlangan", "Yarim zaryadsiz", "To'liq zaryadsizlangan" yoki shunga o'xshash.
