Сұйылтылған және концентрлі күкірт қышқылының маңызды химиялық заттар болғаны сонша, әлем оларды кез келген басқа заттарға қарағанда көбірек шығарады. Елдің экономикалық байлығын оның өндіретін күкірт қышқылының мөлшерімен өлшеуге болады.
Диссоциация процесі
Күкірт қышқылы әртүрлі концентрациядағы сулы ерітінділер түрінде қолданылады. Ол ерітіндіде H+ иондарын түзе отырып, екі сатыда диссоциациялану реакциясынан өтеді.
H2SO4 =H+ + HSO4 -;
HSO4- =H + + SO4 -2.
Күкірт қышқылы күшті және оның диссоциациясының бірінші сатысы қарқынды болғаны сонша, бастапқы молекулалардың барлығы дерлік H+-иондарына және HSO ыдырайды. 4-1 -иондары (гидросульфат). Соңғысы ішінара әрі қарай ыдырап, басқа H+-ионын босатады және сульфат ионын қалдырады (SO4-2) ерітіндіде. Дегенмен, әлсіз қышқыл болып табылатын сутегі сульфаты әлі де басым.ерітіндіде H+ және SO4-2. Оның толық диссоциациялануы күкірт қышқылы ерітіндісінің тығыздығы судың тығыздығына жақындағанда ғана, яғни күшті сұйылту кезінде болады.
Күкірт қышқылының қасиеттері
Ол температурасы мен концентрациясына байланысты қалыпты қышқыл немесе күшті тотықтырғыш ретінде әрекет ете алатындығымен ерекшеленеді. Күкірт қышқылының суық сұйылтылған ерітіндісі белсенді металдармен әрекеттесіп, тұз (сульфат) түзеді және сутегі газын бөледі. Мысалы, суық сұйылтылған H2SO4 (толық екі сатылы диссоциациялануын ескере отырып) мен металл мырыш арасындағы реакция келесідей болады:
Zn + H2SO4 = ZnSO4+ H2.
Тығыздығы шамамен 1,8 г/см3 болатын ыстық концентрлі күкірт қышқылы тотықтырғыш ретінде әрекет ете алады, әдетте қышқылдарға инертті материалдармен әрекеттеседі, мысалы металл мыс сияқты. Реакция кезінде мыс тотығады, ал қышқылдың массасы азаяды, сутегінің орнына мыс (II) сульфатының судағы ерітіндісі және газ тәрізді күкірт диоксиді (SO2) түзіледі, бұл қышқыл металмен әрекеттескенде күтілетін болады.
Cu + 2H2SO4 =CuSO4 + SO 2 + 2H2 O.
Ерітінділердің концентрациясы жалпы қалай өрнектеледі
Негізінде кез келген ерітіндінің концентрациясын әртүрлі түрде көрсетуге боладыжолдар, бірақ ең көп қолданылатын салмақ концентрациясы. Ол ерітіндінің немесе еріткіштің берілген массасындағы немесе көлеміндегі еріген заттың грамм санын көрсетеді (әдетте 1000 г, 1000 см3, 100 см3 және 1 dm 3). Заттың граммдағы массасының орнына оның мольмен көрсетілген мөлшерін алуға болады - сонда сіз 1000 г немесе 1 дм молярлық концентрацияны аласыз3 ерітінді.
Егер молярлық концентрация ерітіндінің мөлшеріне емес, тек еріткішке қатысты анықталса, оны ерітіндінің мольділігі деп атайды. Ол температурадан тәуелсіздігімен сипатталады.
Көбінесе салмақ концентрациясы 100 г еріткіш үшін грамммен көрсетіледі. Бұл көрсеткішті 100% көбейтсеңіз, сіз оны салмақ пайызында аласыз (пайыздық концентрация). Дәл осы әдіс күкірт қышқылы ерітінділеріне қолдануда жиі қолданылады.
Берілген температурада анықталған ерітінді концентрациясының әрбір мәні оның өте ерекше тығыздығына сәйкес келеді (мысалы, күкірт қышқылы ерітіндісінің тығыздығы). Сондықтан кейде шешім дәл онымен сипатталады. Мысалы, 95,72% пайыздық концентрациясымен сипатталатын H2SO4 ерітіндісінің тығыздығы 1,835 г/см 3 t=20 °С кезінде. Тек күкірт қышқылының тығыздығы берілсе, мұндай ерітіндінің концентрациясы қалай анықталады? Мұндай сәйкестікті беретін кесте жалпы немесе аналитикалық химия бойынша кез келген оқулықтың ажырамас бөлігі болып табылады.
Концентрацияның мысалы
Зейінді көрсетудің бір тәсілінен өтуге тырысайықбасқасына шешім. Бізде 60% пайыздық концентрациясы бар судағы H2SO4 ерітіндісі бар делік. Алдымен күкірт қышқылының сәйкес тығыздығын анықтаймыз. Төменде H2SO4 (төртінші баған) сулы ерітіндісінің пайыздық концентрациялары (бірінші баған) және олардың сәйкес тығыздықтары бар кесте көрсетілген.
Одан біз қажетті мәнді анықтаймыз, ол 1, 4987 г/см3 тең. Енді осы ерітіндінің молярлығын есептейік. Ол үшін 1 литрдегі H2SO4 массасын анықтау керек. ерітінді және қышқылдың сәйкес моль саны.
100 г ерітіндінің көлемі:
100 / 1, 4987=66,7 мл.
60% ерітіндінің 66,7 миллилитрінде 60 г қышқыл болғандықтан, оның 1 литрінде мыналар болады:
(60 / 66, 7) x 1000=899,55
Күкірт қышқылының молярлық салмағы 98. Демек, оның 899,55 г граммындағы моль саны:
899, 55 / 98=9, 18 моль.
Күкірт қышқылының тығыздығының концентрацияға тәуелділігі күріш. төменде.
Күкірт қышқылын пайдалану
Ол әртүрлі салаларда қолданылады. Шойын мен болат өндірісінде оны басқа затпен қаптамастан бұрын металдың бетін тазарту үшін қолданылады, ол синтетикалық бояғыштарды, сондай-ақ тұз және азот сияқты қышқылдардың басқа түрлерін жасауға қатысады. Ол дафармацевтикалық препараттар, тыңайтқыштар және жарылғыш заттар өндірісінде қолданылады, сонымен қатар мұнай өңдеу өнеркәсібінде мұнайдан қоспаларды кетіруде маңызды реагент болып табылады.
Бұл химиялық зат үйде өте пайдалы және қорғасын-қышқылды аккумуляторларда (көліктерде кездесетіндер сияқты) қолданылатын күкірт қышқылы ерітіндісі ретінде оңай қол жетімді. Мұндай қышқылдың әдетте салмағы бойынша шамамен 30% - 35% H2SO 4 концентрациясы бар, қалғаны су.
Көптеген үй қолданбалары үшін 30% H2SO4 қажеттіліктеріңізді қанағаттандыру үшін жеткілікті болады. Дегенмен, өнеркәсіп күкірт қышқылының әлдеқайда жоғары концентрациясын қажет етеді. Әдетте, өндіріс процесінде ол алдымен айтарлықтай сұйылтылған және органикалық қоспалармен ластанған болып шығады. Концентрлі қышқылды екі кезеңде алады: алдымен оны 70%-ға дейін жеткізеді, содан кейін – екінші кезеңде – 96-98%-ға дейін көтереді, бұл экономикалық тиімді өндірістің шегі болып табылады.
Күкірт қышқылының тығыздығы және оның сорттары
Қайнату арқылы 99% дерлік күкірт қышқылын қысқа мерзімде алуға болатынымен, кейін қайнау температурасында SO3 жоғалуы концентрацияны 98,3% дейін төмендетеді. Жалпы, 98% сорт сақтауда тұрақтырақ.
Қышқылдың коммерциялық сорттары оның пайыздық концентрациясы бойынша ерекшеленеді және олар үшін кристалдану температурасы минималды болатын мәндер таңдалады. Бұл күкірт қышқылы кристалдарының тұнбасын азайту үшін жасалады.тасымалдау және сақтау кезіндегі шөгінділер. Негізгі сорттар:
- Мұнара (азот) - 75%. Бұл сұрыптағы күкірт қышқылының тығыздығы 1670 кг/м3. Оны алыңыз. азотты әдіс, мұнда күкірт диоксиді SO2 бар бастапқы шикізатты күйдіру кезінде алынған күйдіру газы қапталған мұнараларда (сорттың атауы осыдан) азотпен өңделеді (бұл сонымен қатар H2 SO4, бірақ онда еріген азот оксидтері бар). Нәтижесінде қышқыл және азот оксидтері бөлінеді, олар процесте жұмсалмайды, бірақ өндірістік циклге қайтарылады.
- Байланыс - 92, 5-98, 0%. Бұл сұрыптағы 98% күкірт қышқылының тығыздығы 1836,5 кг/м3. Ол сондай-ақ құрамында SO2 бар газды қуыру арқылы алынады және бұл процесс диоксидтің SO3 жанасқанда ангидридіне дейін тотығуын қамтиды (демек сорттың атауы) қатты ванадий катализаторының бірнеше қабаты бар.
- Олеум - 104,5%. Оның тығыздығы 1896,8 кг/м3. Бұл H2SO4 ішіндегі SO3 ерітіндісі, бірінші компоненті 20 %, ал қышқылдар - дәл 104,5%.
- Жоғары пайыздық олеум - 114,6%. Оның тығыздығы 2002 кг/м3.
- Батарея - 92-94%.
Көлік аккумуляторы қалай жұмыс істейді
Бұл ең массивтік электр құрылғыларының жұмысы толығымен күкірт қышқылының сулы ерітіндісінің қатысуымен өтетін электрохимиялық процестерге негізделген.
Көлік аккумуляторында сұйылтылған күкірт қышқылы электролиті жәнебірнеше пластиналар түріндегі оң және теріс электродтар. Оң тақтайшалар қызыл-қоңыр материалдан жасалған - қорғасын диоксиді (PbO2), ал теріс пластиналар сұр «губка» қорғасыннан (Pb) жасалған.
Электродтар қорғасын немесе құрамында қорғасын бар материалдан жасалғандықтан, батареяның бұл түрі көбінесе қорғасын-қышқылды аккумулятор деп аталады. Оның өнімділігі, яғни шығыс кернеуінің шамасы, электролит ретінде аккумуляторға толтырылған күкірт қышқылының (кг/м3 немесе г/см3) ағымдағы тығыздығымен тікелей анықталады.
Батарея заряды таусылғанда электролитке не болады
Қорғасын-қышқылды аккумулятор электролиті – толық зарядталған кезде 30% концентрациядағы химиялық таза тазартылған судағы аккумулятор күкірт қышқылының ерітіндісі. Таза қышқылдың тығыздығы 1,835 г/см3, электролит шамамен 1,300 г/см3. Батарея зарядсызданған кезде онда электрохимиялық реакциялар жүреді, нәтижесінде электролиттен күкірт қышқылы алынады. Ерітінді концентрациясының тығыздығы дерлік пропорционалды тәуелді, сондықтан ол электролит концентрациясының төмендеуіне байланысты төмендеуі керек.
Разряд тогы аккумулятор арқылы өткенше оның электродтарының жанындағы қышқыл белсенді түрде пайдаланылады, ал электролит барған сайын сұйылтылған. Қышқылдың бүкіл электролит көлемінен және электрод пластинкаларына диффузиясы химиялық реакциялардың шамамен тұрақты қарқындылығын сақтайды және нәтижесінде шығыскернеу.
Тазарту процесінің басында электролиттен қышқылдың пластинкаларға диффузиясы тез жүреді, себебі алынған сульфат электродтардың белсенді материалындағы тесіктерді әлі бітеп тастамаған. Сульфат түзіліп, электродтардың тесіктерін толтыра бастағанда, диффузия баяу жүреді.
Теориялық тұрғыдан барлық қышқыл таусылғанша және электролит таза су болғанша разрядты жалғастыра аласыз. Дегенмен, тәжірибе көрсеткендей, электролит тығыздығы 1,150 г/см-ге дейін төмендегеннен кейін разрядтар жалғаспауы керек3.
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 күкірт қышқылы. Тығыздық концентрацияға пропорционалды тәуелді, ал аккумулятор заряды да тығыздыққа байланысты. Суретте. Батарея зарядының электролит тығыздығына тәуелділігі төменде көрсетілген.
Электролит тығыздығын өзгерту дұрыс пайдаланылған жағдайда батареяның зарядсыздану күйін анықтаудың ең жақсы құралы болып табылады.
Электролиттің тығыздығына байланысты автомобиль аккумуляторының зарядсыздану дәрежесі
Оның тығыздығы екі апта сайын өлшеніп, көрсеткіштерді болашақта анықтама үшін үздіксіз жазып отыру керек.
Электролит неғұрлым тығыз болса, соғұрлым оның құрамында қышқыл көп және батарея соғұрлым көп зарядталған. Тығыздығы 1,300-1,280 г/см3толық зарядты көрсетеді. Әдетте, электролиттің тығыздығына байланысты аккумулятор зарядының келесі дәрежелері ажыратылады:
- 1, 300-1, 280 - толық зарядталған:
- 1, 280-1, 200 - жартысынан көбі бос;
- 1, 200-1, 150 - жартысы толы;
- 1, 150 - бос дерлік.
Толық зарядталған аккумулятордың көлік желісіне қосылғанға дейін бір ұяшықтағы кернеуі 2,5-2,7 вольт болады. Жүктеме қосылған кезде кернеу үш-төрт минут ішінде шамамен 2,1 вольтке дейін тез төмендейді. Бұл теріс электрод пластиналарының бетінде және қорғасын асқын тотығы қабаты мен оң пластиналардың металы арасында қорғасын сульфатының жұқа қабатының пайда болуына байланысты. Автокөлік желісіне қосылғаннан кейінгі ұяшық кернеуінің соңғы мәні шамамен 2,15-2,18 вольтты құрайды.
Жұмыс істеудің бірінші сағатында аккумулятор арқылы ток өте бастағанда, толтыратын сульфаттың көбірек түзілуіне байланысты жасушалардың ішкі кедергісінің жоғарылауына байланысты кернеудің 2 В дейін төмендеуі байқалады. пластиналардың кеуектері және электролиттен қышқылды кетіру. Ток ағынының басталуына аз уақыт қалғанда электролиттің тығыздығы максималды және 1,300 г/см3 тең. Алдымен оның сирек бөлінуі тез жүреді, бірақ содан кейін қышқылдың пластиналардың жанында және электролиттің негізгі көлеміндегі тығыздығы арасында теңгерімді күй орнатылады, қышқылдың электродтармен жойылуы электродтардың жаңа бөліктерін берумен қамтамасыз етіледі. электролиттің негізгі бөлігінен қышқыл. Бұл жағдайда электролиттің орташа тығыздығысуретте көрсетілген тәуелділікке сәйкес тұрақты түрде төмендей береді. жоғарырақ. Бастапқы құлдыраудан кейін кернеу баяу төмендейді, батареяның жүктемесіне байланысты төмендеу жылдамдығы. Разряд процесінің уақыт графигі күріште көрсетілген. төменде.
Батареядағы электролит күйін бақылау
Тығыздықты анықтау үшін ареометр қолданылады. Ол астыңғы ұшы оқпен немесе сынаппен толтырылған кеңеюі бар шағын тығыздалған шыны түтіктен және жоғарғы ұшында градуирленген шкаладан тұрады. Бұл шкала 1.100-ден 1.300-ге дейін таңбаланған, олардың арасындағы әртүрлі мәндер, суретте көрсетілгендей. төменде. Егер бұл ареометрді электролитке қойса, ол белгілі бір тереңдікке батады. Бұл ретте ол электролиттің белгілі бір көлемін ығыстырады және тепе-теңдік күйге жеткенде, ығыстырылған көлемнің салмағы жай ғана ареометрдің салмағына тең болады. Электролиттің тығыздығы оның салмағының көлемге қатынасына тең және ареометрдің салмағы белгілі болғандықтан, оның ерітіндіге батырылуының әрбір деңгейі белгілі бір тығыздыққа сәйкес келеді.
Кейбір ареометрлерде тығыздық мәндері бар шкала жоқ, бірақ «Зарядталған», «Жартылай разряд», «Толық разряд» немесе ұқсас жазулармен белгіленеді.
