Styrkur og þéttleiki brennisteinssýru. Afleidd brennisteinssýruþéttleiki á styrkleika í rafhlöðunni

Þynnt og óblandað brennisteinssýra eru svo mikilvæg efnavörur sem í heiminum eru þær framleiddar meira en nokkur önnur efni. Hægt er að meta efnahagslegan auð í landi með því að rúmmál brennisteinssýru sem framleitt er í henni.

Ferlið dissociation

Brennisteinssýra er notað í formi vatnslausnar með mismunandi styrkleika. Það fer í sundrunarviðbrögð í tveimur stigum og framleiðir H ⁺ jónir í lausn.

H2SO4 = H ⁺ + HSO4-;

HSO ₄ ^- = H ⁺ + SO4 ^-2 .

Brennisteinssýru er sterk og fyrsta áfanga dissociation þess er svo mikil að næstum öll foreldrasameindir brotist upp í H ⁺ jónir og HSO ₄ ^-1 jónir (vetnisúlfat) í lausninni. Síðarnefndu niðurbrota að hluta til frekar, gefa út annan H ⁺ jón og láta súlfatjónið (SO4-2) í lausninni fara. Hins vegar er vetnissúlfat, sem er veikburða, enn ríkjandi í lausn yfir H ⁺ og SO4 ^-2 . Heill sundurgreining á því kemur aðeins fram þegar þéttleiki brennisteinssýru lausnin nálgast þéttleika vatns, þ.e. undir sterkri þynningu.

Eiginleikar brennisteinssýru

Það er sérstakt í þeim skilningi að það geti virkað sem eðlileg sýru eða sem sterk oxandi efni - eftir því hvað hitastig og styrkur er. Kalt, þynnt lausn brennisteinssýru bregst við virka málmunum til að framleiða salt (súlfat) og þróun vetnisgas. Til dæmis lítur svörunin á milli köldu, þynntu H2SO4 (að því gefnu að hún er tvískiptur tvíþættur dissociation) og málm sink.

Zn + H2SO4 = ZnSO ₄ + H2.

Heitt brennisteinssýra er einbeitt, þéttleiki sem er um 1,8 g / cm3, getur virkað sem oxandi efni, sem bregst við efnum sem eru venjulega óvirkir við sýrur, eins og til dæmis málmkoppar. Við hvarfið er kopar oxað og sýrumassinn minnkar, kopar (II) súlfatlausn í vatni og brennisteinsdíoxíðgas (SO2) myndast í stað vetnis, sem vænta má þegar sýran hvarfast við málminn.

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + S02 + 2H20.

Hvernig er styrkur lausna

Raunverulega er hægt að tjá styrk hvers lausn á ýmsa vegu, en mest notaður er þyngdarþéttni. Það sýnir fjölda grömm af leysi í ákveðnum massa eða rúmmáli lausnar eða leysis (venjulega 1000 g, 1000 cc, 100 cc og 1 dm ³ ). Í stað þess að massa efnisins í grömmum er hægt að taka magnið, gefið upp í mólum, þá er mólþéttni á 1000 g eða 1 dm ^{3 af} lausninni fengin.

Ef mólþéttni er ákvörðuð í tengslum við magn lausnarinnar, en aðeins við leysinn, kallast það molality lausnarinnar. Það einkennist af hitastigi.

Oft er þyngdarstyrkurinn tilgreindur í grömmum á hver 100 g af leysi. Margfalda þessa mynd með 100%, fáðu það í þyngd prósentu (prósentuþéttni). Það er þessi aðferð sem oftast er notuð við notkun brennisteinssýru.

Hvert gildi styrkleysis lausnarinnar, ákvörðuð við tiltekinn hitastig, samsvarar mjög sértækum þéttleika (til dæmis þéttleika lausnar brennisteinssýru). Því stundum einkennist lausnin af því. Til dæmis er lausn af H2SO4, sem einkennist af prósentuþéttni 95,72%, með þéttleika 1,835 g / cm3 við t = 20 ° C. Hvernig á að ákvarða styrk slíkrar lausnar, ef aðeins þéttleiki brennisteinssýru er gefinn? Borð sem gefur svona bréfaskipti er óaðskiljanlegur hluti af kennslubók um almennt eða greinandi efnafræði.

Dæmi um endurreikning á viðskiptum

Við skulum reyna að flytja frá einum vegi til að tjá styrk lausnarinnar til annars. Segjum að við höfum lausn af H ₂ SO ₄ Í vatni með prósentuþéttni 60%. Í fyrsta lagi ákvarða viðeigandi þéttleiki brennisteinssýru. Tafla sem inniheldur prósentur (fyrsta súlunni) og samsvarandi þéttleiki vatnslausnar H2SO4 (fjórða súla) er sýnd hér að neðan.

Á því ákvarðum við nauðsynlegt gildi, sem er jafn 1,4987 g / cm ³ . Við reiknum nú út molarity þessa lausn. Fyrir þetta er nauðsynlegt að ákvarða massa H ₂ SO ₄ Í 1 lítra af lausn og samsvarandi fjöldi mólra af sýru.

Rúmmálið sem tekur 100 g af stofnlausninni:

100 / 1,4987 = 66,7 ml.

Þar sem í 66,7 ml af 60% lausn inniheldur 60 g af sýru, í 1 lítra mun það innihalda:

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

Mólþyngd brennisteinssýru er 98. Því verður fjöldi mola sem er í 899,55 grömmum:

899.55 / 98 = 9.18 mól.

Ósjálfstæði brennisteinssýruþéttleiks á styrk er sýnt á mynd. Hér að neðan.

Notkun brennisteinssýru

Það er notað í ýmsum atvinnugreinum. Við framleiðslu á járni og stáli er það notað til að hreinsa málmyfirborðið áður en það er húðað með öðru efni, það tekur þátt í að búa til tilbúið litarefni, svo og aðrar gerðir af sýrum, svo sem saltsýru og saltpétur. Það er einnig notað við framleiðslu lyfja, áburðar og sprengiefna og það er einnig mikilvægt hvarfefni þegar fjarlægja er óhreinindi úr olíu í olíuhreinsunariðnaði.

Þetta efni er ótrúlega gagnlegt í daglegu lífi, og er fáanlegt sem brennisteinssýrulausn sem notuð er í blýsýru rafhlöðum (til dæmis þeim sem standa í bílum). Slík sýra hefur yfirleitt styrk frá um 30% til 35% H2SO4 miðað við þyngd, jafnvægið er vatn.

Fyrir mörg heimili forrit, 30% H ₂ SO ₄ verður meira en nóg til að mæta þörfum þeirra. Hins vegar er miklu meiri styrkur brennisteinssýru í iðnaði. Venjulega í framleiðsluferlinu er það fyrst fæst nægilega þynnt og mengað með lífrænum inntökum. Einbeitt sýra er fengin í tveimur áföngum: fyrst er það allt að 70%, og síðan - í öðru stigi - er hækkað í 96-98%, sem er takmörkunarvísirinn fyrir hagkvæmt arðbæran framleiðslu.

Þéttleiki brennisteinssýru og afbrigði þess

Þrátt fyrir að næstum 99% brennisteinssýra fáist stuttlega á suðumarki, en síðari tapið af SO3 við suðumarkið leiðir til lækkunar á styrkleikanum í 98,3%. Almennt er fjölbreytan með vísbending um 98% stöðugri í geymslu.

Vöruhlutfall sýrunnar er mismunandi í prósentuþéttni þess og fyrir þá gilda þau gildi sem kristallhitastigið er í lágmarki eru valin. Þetta er gert til að draga úr útfellingu kristalla af brennisteinssýru í setinu meðan á flutningi og geymslu stendur. Helstu afbrigði eru:

• Tower (nitrosis) - 75%. Þéttleiki brennisteinssýru í þessum flokki er 1670 kg / m ³ . Fáðu það svokölluð. Köfnunarefnisaðferð, þar sem brennandi gasið, sem inniheldur brennisteinsdíoxíð SO2, sem fæst við hleypingu aðalhráefnisins, er meðhöndlað með nítrósum (þetta er einnig H2SO4, en með köfnunarefnisoxíði leyst upp í það) í fóðruðum turnum (þar af leiðandi heiti fjölbreytni). Þar af leiðandi eru sýru- og köfnunarefnisoxíð losaðir, sem ekki eru neytt í því ferli, en aftur til framleiðsluferlisins.
• Hafa samband - 92,5-98,0%. Brennisteinssýruþéttleiki 98% af þessari fjölbreytni er 1836,5 kg / m3. Það er einnig fæst úr brenndu gasi sem inniheldur SO2, þar sem aðferðin felur í sér oxun á díoxíðinu við SO3 anhýdríði við snertingu (þar af leiðandi heiti fjölbreytni) með nokkrum lögum af fastanadíum hvata.
• Oleum - 104,5%. Þéttleiki hennar er 1896,8 kg / m ³ . Þessi lausn af SO3 í H2SO4, þar sem fyrsta hluti inniheldur 20% og sýrurnar - það er 104,5%.
• Mikilvægi oleum - 114,6% . Þéttleiki þess er 2002 kg / m ³ .
• Endurhlaðanlegt - 92-94%.

Hvernig er bíll rafhlaðan

Starfið af þessu einum af gríðarlegu raftækjabúnaði er algjörlega byggt á rafefnumlegum ferlum sem koma fram í viðurvist vatnslausnar brennisteinssýru.

Bíll rafhlaðan inniheldur þynnt brennisteinssýru raflausn, auk jákvæð og neikvæð rafskaut í formi nokkurra plata. Jákvæðar plötur eru gerðar úr rauðbrúnu efni - blýdíoxíð (PbO ₂ ) og neikvæð eru úr gráum "svampa" blýi (Pb).

Vegna þess að rafskautin eru gerð úr blýi eða blýi sem innihalda blý, er þessi tegund rafhlöðu oft kallað blýsýru rafhlaða. Skilvirkni þess, það er umfang framleiðsluspennunnar, er beint ákvörðuð með núverandi þéttleika brennisteinssýru (kg / m3 eða g / cm3) sem fyllt er í rafhlöðunni sem raflausn.

Hvað verður um raflausn þegar rafhlaðan er losuð?

Rafalytið af blýbensýru rafhlöðunni er lausn af brennisteinssýru í efnafræðilega hreinu eimuðu vatni með prósentuþéttni 30% þegar hún er fullhlaðin. Hreina sýruin er með þéttleika 1,835 g / cm3, raflausnin er um 1.300 g / cm3. Þegar rafhlaðan er sleppt koma rafefnafræðilegir viðbrögð fram í því, þar af leiðandi brennisteinssýra er tekið úr raflausninni. Þéttleiki lausnarþéttni er næstum hlutfallslega, þannig að það ætti að minnka vegna minnkunar á blóðsaltaþéttni.

Svo lengi sem útstreymisstraumurinn rennur í gegnum rafhlöðuna er sýran nálægt rafskautunum virkan notuð og raflausnin verður þynnt. Dreifing sýru frá rúmmáli heilans og rafskautplöturnar heldur um það bil stöðugan styrk af efnahvörfum og þar af leiðandi framleiðsluspennu.

Í upphafi losunarferlisins kemur sýruflæði frá raflausninni að plötunum fljótt vegna þess að súlfatið sem myndað er hamlar ekki enn svitahola í virka efninu á rafskautunum. Þegar súlfat byrjar að mynda og fylla svitahola rafskautanna kemur dreifing hægar.

Fræðilega getið þið haldið áfram að losna þar til allur sýran er notuð og raflausnin samanstendur af hreinu vatni. Hins vegar sýnir reynsla að losun ætti ekki að halda áfram eftir að þéttleiki blóðsalta hefur lækkað í 1.150 g / cm ³ .

Þegar þéttleiki er frá 1.300 til 1.150 þýðir þetta að svo mikið súlfat hefur myndast við viðbrögðin og fyllir alla svitahola í virku efnunum á plötunum, það er að næstum öll brennisteinssýru hefur þegar verið fjarlægð úr lausninni. Þéttleiki fer eftir styrk og hleðsla fer eftir þéttleika. Í mynd. Óvissan á hleðslu rafhlöðunnar á þéttleika raflausnarinnar er sýnd hér að neðan.

Breyting á þéttleika raflausn er besta leiðin til að ákvarða ástand rafhlaðans, að því tilskildu að það sé notað rétt.

Gráður af útskrift rafhlöðu í samræmi við þéttleika raflausnarinnar

Þéttleiki þess skal mældur á tveggja vikna fresti og skrá yfir lestur skal haldið til framtíðar.

Þéttari raflausnin, því meira sýru sem það inniheldur, og því meira sem hleðst á rafhlöðuna. Þéttleiki 1,300-1,280 g / cm ³ gefur til kynna heildargjaldið. Að jafnaði eru eftirfarandi gráður á útskrift rafhlöðunnar mismunandi eftir þéttleika raflausnarinnar:

• 1.300-1.280 - fullhlaðin:
• 1.280-1.200 - meira en helmingur tæmd;
• 1.200-1.150 - minna en helmingur innheimt;
• 1.150 - næstum tæmd.

Fyrir fullhlaðna rafhlöðu, áður en bíllinn er tengdur, er spennan í hverri klefi 2,5 til 2,7 V. Þegar hleðslan er tengd lækkar spenna hratt til um 2,1 V í þrjár eða fjórar mínútur. Þetta stafar af myndun þunnt lag af blýsúlfati á yfirborði neikvæða rafskautplötanna og milli laga af blýperoxíði og málmum jákvæðu plötanna. Endanlegt gildi frumspennunnar eftir tengingu við bifreiðakerfið er um 2,15-2,18 volt.

Þegar núverandi byrjar að flæða í gegnum rafhlöðuna á fyrstu klukkustundinum er spennafall allt að 2 V á sér stað vegna aukinnar innri viðnáms frumanna vegna myndunar meiri magns súlfats sem fyllir svitahola plötanna og að fjarlægja sýru úr raflausninni. Stuttu áður en núverandi flæði er þéttleiki blóðsalta hámarks og jafn 1.300 g / cm ³ . Upphaflega kemur sjaldgæft á sér stað, en síðan er jafnvægi komið á milli sýruþéttninnar nálægt plötunum og í aðalrúmmáli raflausnsins, er súruútdráttur með rafskautum studd með komu nýrra sýruhluta frá aðalhlutanum af raflausninni. Á sama tíma heldur meðalþéttni raflausnarinnar áfram að minnka jafnt og þétt í samræmi við ósjálfstæði sýnt á mynd. Hærra. Eftir byrjunarfallið lækkar spenna hægar, lækkunin lækkar af álagi rafhlöðunnar. Tímapunkturinn á losunarferlinu er sýndur á mynd. Hér að neðan.

Eftirlit með raflausninni í rafhlöðunni

Þéttleiki er notaður til að ákvarða þéttleika. Það samanstendur af lítilli lokuðum glerrör með framlengingu í neðri enda, fyllt með skoti eða kvikasilfri og útskrifaðri mælikvarða í efri enda. Þessi mælikvarði er merktur frá 1.100 til 1.300 með mismunandi millistigum, eins og sýnt er á mynd. Hér að neðan. Ef þetta hydrometer er sett í raflausnina mun það falla í ákveðinn dýpt. Í þessu tilfelli mun það flytja ákveðna rúmmál raflausn, og þegar jafnvægisstaða er náð verður þyngd rúmmálsins einfaldlega jafnt þyngd vatnsfælisins. Þar sem þéttleiki raflausn er jöfn hlutföllum þyngdar miðað við rúmmál og þyngd vatnsfælisins er þekkt, samsvarar hvert stig niðurdælingar hennar í lausninni ákveðinni þéttleika. Sumir mælitegundir hafa ekki mælikvarða með þéttleika, en eru merktir "Hleðsla", "Hálf útskrift", "Full útskrift" eða svipuð.