განზავებული და კონცენტრირებული გოგირდის მჟავა ისეთი მნიშვნელოვანი ქიმიკატებია, რომ მსოფლიოში მათ უფრო მეტს აწარმოებს, ვიდრე ნებისმიერი სხვა ნივთიერება. ქვეყნის ეკონომიკური სიმდიდრე შეიძლება გაიზომოს მის მიერ წარმოქმნილი გოგირდმჟავას რაოდენობით.
დისოციაციის პროცესი
გოგირდის მჟავა გამოიყენება სხვადასხვა კონცენტრაციის წყალხსნარების სახით. ის გადის დისოციაციის რეაქციას ორ ეტაპად, წარმოქმნის H+ იონებს ხსნარში.
H2SO4 =H+ + HSO4 -;
HSO4- =H + + SO4 -2.
გოგირდის მჟავა ძლიერია და მისი დისოციაციის პირველი ეტაპი იმდენად ინტენსიურია, რომ თითქმის ყველა ორიგინალური მოლეკულა იშლება H+-იონებად და HSO-ად. 4-1 -იონი (ჰიდროსულფატი) ხსნარში. ეს უკანასკნელი ნაწილობრივ იშლება შემდგომში, ათავისუფლებს სხვა H-ს და ტოვებს სულფატ იონს (SO4-2) ხსნარში. თუმცა, წყალბადის სულფატი, როგორც სუსტი მჟავა, მაინც ჭარბობს.ხსნარში H+ და SO4-2-ზე. მისი სრული დისოციაცია ხდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც გოგირდმჟავას ხსნარის სიმკვრივე უახლოვდება წყლის სიმკვრივეს, ანუ ძლიერი განზავებისას.
გოგირდმჟავას თვისებები
ის განსაკუთრებულია იმით, რომ მას შეუძლია იმოქმედოს როგორც ნორმალური მჟავა ან როგორც ძლიერი ჟანგვის აგენტი, მისი ტემპერატურისა და კონცენტრაციის მიხედვით. გოგირდის მჟავას ცივი განზავებული ხსნარი რეაგირებს აქტიურ ლითონებთან და წარმოქმნის მარილს (სულფატს) და გამოყოფს წყალბადის გაზს. მაგალითად, რეაქცია ცივ განზავებულ H2SO4 (მისი სრული ორეტაპიანი დისოციაციის გათვალისწინებით) და მეტალის თუთიას შორის ასე გამოიყურება:
Zn + H2SO4 = ZnSO4+ H2.
ცხელი კონცენტრირებული გოგირდის მჟავა, სიმკვრივით დაახლოებით 1,8 გ/სმ3, შეუძლია იმოქმედოს როგორც ჟანგვის აგენტი, რომელიც რეაგირებს მასალებთან, რომლებიც ჩვეულებრივ ინერტულნი არიან მჟავების მიმართ, მაგ. მეტალის სპილენძის მსგავსად. რეაქციის დროს სპილენძი იჟანგება და მჟავას მასა მცირდება, წყალბადის ნაცვლად წარმოიქმნება სპილენძის (II) სულფატის ხსნარი და აირისებრი გოგირდის დიოქსიდი (SO2). რაც მოსალოდნელია, როდესაც მჟავა რეაგირებს ლითონთან.
Cu + 2H2SO4 =CuSO4 + SO 2 + 2H2 O.
როგორ გამოიხატება ზოგადად ხსნარების კონცენტრაცია
ფაქტობრივად, ნებისმიერი ხსნარის კონცენტრაცია შეიძლება გამოიხატოს განსხვავებულადგზები, მაგრამ ყველაზე ფართოდ გამოყენებული წონის კონცენტრაცია. ის გვიჩვენებს ხსნარის გრამების რაოდენობას ხსნარის ან გამხსნელის მოცემულ მასაში ან მოცულობაში (ჩვეულებრივ 1000 გ, 1000 სმ3, 100 სმ3 და 1 დმ 3). ნივთიერების მასის ნაცვლად გრამებში, შეგიძლიათ აიღოთ მისი რაოდენობა გამოხატული მოლებით - შემდეგ მიიღებთ მოლარულ კონცენტრაციას 1000 გ-ზე ან 1 დმ3 ხსნარი.
თუ მოლური კონცენტრაცია განისაზღვრება არა ხსნარის რაოდენობასთან, არამედ მხოლოდ გამხსნელთან მიმართებაში, მაშინ მას ხსნარის მოლალობა ეწოდება. ახასიათებს ტემპერატურისგან დამოუკიდებლობა.
ხშირად, წონის კონცენტრაცია მითითებულია გრამებში 100გრ გამხსნელზე. ამ მაჩვენებლის 100%-ზე გამრავლებით მიიღებთ მას წონის პროცენტში (პროცენტული კონცენტრაცია). ეს მეთოდი ყველაზე ხშირად გამოიყენება გოგირდმჟავას ხსნარებისთვის.
მოცემულ ტემპერატურაზე განსაზღვრული ხსნარის კონცენტრაციის თითოეული მნიშვნელობა შეესაბამება მის ძალიან სპეციფიკურ სიმკვრივეს (მაგალითად, გოგირდმჟავას ხსნარის სიმკვრივეს). ამიტომ, ზოგჯერ გამოსავალი სწორედ ამით ხასიათდება. მაგალითად, H2SO4 ხსნარს, რომელიც ხასიათდება პროცენტული კონცენტრაციით 95,72%, აქვს სიმკვრივე 1,835 გ/სმ. 3 t=20 °С-ზე. როგორ განვსაზღვროთ ასეთი ხსნარის კონცენტრაცია, თუ მოცემულია მხოლოდ გოგირდმჟავას სიმკვრივე? ასეთი კორესპონდენციის მოცემული ცხრილი არის ზოგადი ან ანალიტიკური ქიმიის ნებისმიერი სახელმძღვანელოს განუყოფელი ნაწილი.
კონცენტრაციის გარდაქმნის მაგალითი
მოდით ვეცადოთ გადავიდეთ კონცენტრაციის გამოხატვის ერთი ხერხიდანგამოსავალი სხვაზე. დავუშვათ, რომ წყალში გვაქვს ხსნარი H2SO4 წყალში პროცენტული კონცენტრაციით 60%. პირველ რიგში, ჩვენ განვსაზღვრავთ გოგირდმჟავას შესაბამის სიმკვრივეს. ქვემოთ მოცემულია ცხრილი, რომელიც შეიცავს H2SO4 (მეოთხე სვეტი) წყალხსნარის პროცენტული კონცენტრაციების (პირველი სვეტი) და მათი შესაბამისი სიმკვრივეების შემცველობას.
მისგან ვადგენთ სასურველ მნიშვნელობას, რომელიც უდრის 1,4987 გ/სმ3. მოდით გამოვთვალოთ ამ ხსნარის მოლარობა. ამისათვის საჭიროა განვსაზღვროთ H2SO4 1 ლიტრში. ხსნარი და მჟავის მოლის შესაბამისი რაოდენობა.
მოცულობა დაიკავა 100 გ სასუქის ხსნარი:
100 / 1, 4987=66,7 მლ.
რადგან 66,7 მილილიტრი 60%-იანი ხსნარი შეიცავს 60 გ მჟავას, 1 ლიტრი შეიცავს:
(60 / 66, 7) x 1000=899,55
გოგირდმჟავას მოლური წონა არის 98. ამრიგად, მოლის რაოდენობა, რომელიც შეიცავს მის 899,55 გრამ გრამს იქნება:
899, 55 / 98=9, 18 მოლი.
გოგირდმჟავას სიმკვრივის დამოკიდებულება კონცენტრაციაზე ნაჩვენებია ნახ. ქვემოთ.
გოგირდმჟავას გამოყენება
იგი გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში. რკინისა და ფოლადის წარმოებაში გამოიყენება ლითონის ზედაპირის გასაწმენდად სხვა ნივთიერებით დაფარვამდე, მონაწილეობს სინთეზური საღებავების, ასევე სხვა სახის მჟავების, როგორიცაა მარილმჟავა და აზოტის წარმოქმნაში. Ის ასევეგამოიყენება ფარმაცევტული საშუალებების, სასუქების და ფეთქებადი ნივთიერებების წარმოებაში და ასევე არის მნიშვნელოვანი რეაგენტი ნავთობიდან მინარევების მოსაცილებლად ნავთობის გადამამუშავებელ ინდუსტრიაში.
ეს ქიმიკატი წარმოუდგენლად სასარგებლოა სახლში და ადვილად ხელმისაწვდომია გოგირდმჟავას ხსნარის სახით, რომელიც გამოიყენება ტყვიის მჟავა ბატარეებში (როგორიცაა მანქანებში). ასეთ მჟავას, როგორც წესი, აქვს კონცენტრაცია დაახლოებით 30%-დან 35%-მდე H2SO 4 წონით, დანარჩენი კი წყალია..
ბევრი საშინაო აპლიკაციისთვის, 30% H2SO4 საკმარისზე მეტი იქნება თქვენი საჭიროებების დასაკმაყოფილებლად. თუმცა, ინდუსტრია ასევე მოითხოვს გოგირდის მჟავას ბევრად უფრო მაღალ კონცენტრაციას. როგორც წესი, წარმოების პროცესში ის ჯერ საკმაოდ განზავებული და ორგანული მინარევებით დაბინძურებული აღმოჩნდება. კონცენტრირებული მჟავა მიიღება ორ ეტაპად: ჯერ მიჰყავთ 70%-მდე, შემდეგ კი - მეორე სტადიაზე აწევენ 96-98%-მდე, რაც ეკონომიკურად მომგებიანი წარმოების ზღვარია.
გოგირდმჟავას სიმკვრივე და მისი ხარისხები
მიუხედავად იმისა, რომ თითქმის 99% გოგირდის მჟავა შეიძლება მიღებულ იქნას მოკლედ ადუღებით, SO3 დუღილის დროს კონცენტრაციას ამცირებს 98,3%-მდე. ზოგადად, 98%-იანი ჯიში უფრო სტაბილურია შესანახად.
მჟავას კომერციული კლასები განსხვავდება მისი პროცენტული კონცენტრაციით და მათთვის არჩეულია ის მნიშვნელობები, რომლებშიც კრისტალიზაციის ტემპერატურა მინიმალურია. ეს კეთდება გოგირდმჟავას კრისტალების ნალექის შესამცირებლად.ნალექი ტრანსპორტირებისა და შენახვის დროს. ძირითადი ჯიშებია:
- კოშკი (აზოტოვანი) - 75%. ამ კლასის გოგირდმჟავას სიმკვრივეა 1670 კგ/მ3. მიიღეთ ე.წ. აზოტოვანი მეთოდი, რომლის დროსაც გოგირდის დიოქსიდის შემცველი პირველადი ნედლეულის გამოწვის დროს მიღებული გამოწვის აირი SO2 შემოხაზულ კოშკებში (აქედან გამომდინარე ჯიშის სახელწოდება) მუშავდება აზოტით (ეს არის ასევე H2 SO4, მაგრამ მასში გახსნილი აზოტის ოქსიდებით). შედეგად გამოიყოფა მჟავა და აზოტის ოქსიდები, რომლებიც არ მოიხმარება პროცესში, მაგრამ უბრუნდება საწარმოო ციკლს.
- კონტაქტი - 92, 5-98, 0%. ამ კლასის გოგირდმჟავას 98% სიმკვრივეა 1836,5 კგ/მ3. იგი ასევე მიიღება SO2 შემცველი გაზის გამოწვისგან და პროცესი მოიცავს დიოქსიდის დაჟანგვას ანჰიდრიდამდე SO3 , როდესაც ის შედის კონტაქტში (აქედან გამომდინარე ჯიშის დასახელება) მყარი ვანადიუმის კატალიზატორის რამდენიმე ფენით.
- ოლეუმი - 104,5%. მისი სიმკვრივეა 1896,8 კგ/მ3. ეს არის SO3 ხსნარი H2SO4, რომელშიც პირველი კომპონენტი შეიცავს 20 %, და მჟავები - ზუსტად 104,5%.
- მაღალი პროცენტული ოლეუმი - 114,6%. მისი სიმკვრივეა 2002 კგ/მ3.
- ბატარეა - 92-94%.
როგორ მუშაობს მანქანის ბატარეა
ამ ერთ-ერთი ყველაზე მასიური ელექტრო მოწყობილობის მოქმედება მთლიანად ეფუძნება ელექტროქიმიურ პროცესებს, რომლებიც ხდება გოგირდმჟავას წყალხსნარის თანდასწრებით.
მანქანის ბატარეა შეიცავს განზავებულ გოგირდმჟავას ელექტროლიტს დადადებითი და უარყოფითი ელექტროდები რამდენიმე ფირფიტის სახით. დადებითი ფირფიტები დამზადებულია მოწითალო-ყავისფერი მასალისგან - ტყვიის დიოქსიდი (PbO2), ხოლო უარყოფითი ფირფიტები დამზადებულია ნაცრისფერი "სპონგური" ტყვიისგან (Pb).
რადგან ელექტროდები დამზადებულია ტყვიის ან ტყვიის შემცველი მასალისგან, ამ ტიპის ბატარეას ხშირად მოიხსენიებენ, როგორც ტყვიის მჟავა ბატარეას. მისი მოქმედება, ანუ გამომავალი ძაბვის სიდიდე პირდაპირ განისაზღვრება გოგირდმჟავას დენის სიმკვრივით (კგ/მ3 ან გ/სმ3), რომელიც შევსებულია ბატარეაში ელექტროლიტის სახით.
რა ემართება ელექტროლიტს ბატარეის დაცლისას
ტყვიმჟავა ბატარეის ელექტროლიტი არის ბატარეის გოგირდმჟავას ხსნარი ქიმიურად სუფთა გამოხდილ წყალში 30% კონცენტრაციით, როდესაც სრულად დამუხტავს. სუფთა მჟავას აქვს სიმკვრივე 1,835 გ/სმ3, ელექტროლიტი არის დაახლოებით 1,300 გ/სმ3. ბატარეის დაცლისას მასში მიმდინარეობს ელექტროქიმიური რეაქციები, რის შედეგადაც ელექტროლიტიდან გოგირდმჟავას იღებენ. ხსნარის კონცენტრაციის სიმკვრივე დამოკიდებულია თითქმის პროპორციულად, ამიტომ ის უნდა შემცირდეს ელექტროლიტების კონცენტრაციის შემცირების გამო.
სანამ გამონადენი დენი მიედინება ბატარეაში, მის ელექტროდებთან ახლოს არსებული მჟავა აქტიურად გამოიყენება და ელექტროლიტი უფრო და უფრო განზავდება. მჟავის დიფუზია მთელი ელექტროლიტის მოცულობიდან და ელექტროდის ფირფიტებამდე ინარჩუნებს ქიმიური რეაქციების დაახლოებით მუდმივ ინტენსივობას და, შედეგად, გამომავალს.ძაბვა.
გამონადენის პროცესის დასაწყისში, ელექტროლიტიდან მჟავის დიფუზია თეფშებში სწრაფად ხდება, რადგან მიღებულ სულფატს ჯერ კიდევ არ აქვს გადაკეტილი ფორები ელექტროდების აქტიურ მასალაში. როდესაც სულფატი იწყებს ფორმირებას და ავსებს ელექტროდების ფორებს, დიფუზია უფრო ნელა ხდება.
თეორიულად, თქვენ შეგიძლიათ გააგრძელოთ გამონადენი მანამ, სანამ მთელი მჟავა არ მოიხმარება და ელექტროლიტი არ გახდება სუფთა წყალი. თუმცა, გამოცდილება აჩვენებს, რომ გამონადენი არ უნდა გაგრძელდეს ელექტროლიტის სიმკვრივის 1,150 გ/სმ-მდე დაცემის შემდეგ.3.
როდესაც სიმკვრივე მცირდება 1,300-დან 1,150-მდე, ეს ნიშნავს, რომ ამდენი სულფატი წარმოიქმნება რეაქციების დროს და ის ავსებს ფირფიტებზე არსებულ აქტიურ მასალაში არსებულ ყველა ფორებს, ანუ თითქმის მთელ გოგირდის მჟავას. სიმკვრივე დამოკიდებულია კონცენტრაციაზე პროპორციულად, ისევე როგორც ბატარეის დატენვა დამოკიდებულია სიმკვრივეზე. ნახ. ბატარეის დატენვის დამოკიდებულება ელექტროლიტების სიმკვრივეზე ნაჩვენებია ქვემოთ.
ელექტროლიტის სიმკვრივის შეცვლა საუკეთესო საშუალებაა ბატარეის დამუხტვის მდგომარეობის დასადგენად, იმ პირობით, რომ ის სწორად გამოიყენება.
მანქანის ბატარეის დამუხტვის ხარისხი დამოკიდებულია ელექტროლიტის სიმკვრივეზე
მისი სიმკვრივე უნდა გაიზომოს ყოველ ორ კვირაში და მაჩვენებლები მუდმივად უნდა ჩაიწეროს მომავალი მითითებისთვის.
რაც უფრო მკვრივია ელექტროლიტი, მით მეტ მჟავას შეიცავს და მით უფრო დატვირთულია ბატარეა. სიმკვრივე 1.300-1.280 გ/სმ3მიუთითებს სრულ დატენვაზე. როგორც წესი, ელექტროლიტის სიმკვრივის მიხედვით გამოირჩევა ბატარეის გამონადენის შემდეგი ხარისხი:
- 1, 300-1, 280 - სრულად დატენილი:
- 1, 280-1, 200 - ნახევარზე მეტი ცარიელი;
- 1, 200-1, 150 - ნახევრად სავსე;
- 1, 150 - თითქმის ცარიელი.
სრულად დამუხტულ ბატარეას აქვს ძაბვა 2,5-დან 2,7 ვოლტამდე თითო უჯრედზე მანქანის ქსელთან დაკავშირებამდე. როგორც კი დატვირთვა შეერთდება, ძაბვა სწრაფად ეცემა დაახლოებით 2,1 ვოლტამდე სამი ან ოთხი წუთის განმავლობაში. ეს გამოწვეულია ტყვიის სულფატის თხელი ფენის წარმოქმნით უარყოფითი ელექტროდის ფირფიტების ზედაპირზე და ტყვიის პეროქსიდის ფენასა და დადებითი ფირფიტების ლითონს შორის. უჯრედის ძაბვის საბოლოო მნიშვნელობა მანქანის ქსელთან დაკავშირების შემდეგ არის დაახლოებით 2,15-2,18 ვოლტი.
როდესაც ბატარეაში დენი იწყებს გადინებას მუშაობის პირველი საათის განმავლობაში, ხდება ძაბვის ვარდნა 2 ვ-მდე, უჯრედების შიდა წინააღმდეგობის გაზრდის გამო მეტი სულფატის წარმოქმნის გამო, რომელიც ავსებს. ფირფიტების ფორები და მჟავის მოცილება ელექტროლიტიდან. დენის ნაკადის დაწყებამდე ცოტა ხნით ადრე, ელექტროლიტის სიმკვრივე არის მაქსიმალური და უდრის 1,300 გ/სმ3. თავდაპირველად, მისი იშვიათობა ხდება სწრაფად, მაგრამ შემდეგ დაბალანსებული მდგომარეობა მყარდება მჟავის სიმკვრივეს შორის ფირფიტებთან და ელექტროლიტის ძირითად მოცულობას შორის, ელექტროდების მიერ მჟავის მოცილება ხელს უწყობს ახალი ნაწილების მიწოდებას. მჟავა ელექტროლიტის ძირითადი ნაწილიდან. ამ შემთხვევაში, ელექტროლიტის საშუალო სიმკვრივეაგრძელებს სტაბილურად კლებას ნახაზზე ნაჩვენები დამოკიდებულების მიხედვით. უფრო მაღალი. საწყისი ვარდნის შემდეგ ძაბვა უფრო ნელა იკლებს, კლების სიჩქარე დამოკიდებულია ბატარეის დატვირთვაზე. გამონადენის პროცესის დროის გრაფიკი ნაჩვენებია ნახ. ქვემოთ.
ბატარეაში ელექტროლიტის მდგომარეობის მონიტორინგი
სიმკვრივის დასადგენად გამოიყენება ჰიდრომეტრი. იგი შედგება პატარა დალუქული მინის მილისგან, გაფართოებით ქვედა ბოლოში, სავსე გასროლით ან ვერცხლისწყლით და გრადუსირებული მასშტაბით ზედა ბოლოს. ეს მასშტაბი მონიშნულია 1.100-დან 1.300-მდე სხვადასხვა მნიშვნელობებით, როგორც ნაჩვენებია ნახ. ქვევით. თუ ეს ჰიდრომეტრი ელექტროლიტში მოთავსდება, ის გარკვეულ სიღრმეზე ჩაიძირება. ამგვარად, ის გადაანაცვლებს ელექტროლიტის გარკვეულ მოცულობას და როდესაც წონასწორობის მდგომარეობა მიიღწევა, გადაადგილებული მოცულობის წონა უბრალოდ ჰიდრომეტრის წონის ტოლი იქნება. ვინაიდან ელექტროლიტის სიმკვრივე უდრის მისი წონისა და მოცულობის თანაფარდობას და ცნობილია ჰიდრომეტრის წონა, ხსნარში მისი ჩაძირვის ყოველი დონე შეესაბამება გარკვეულ სიმკვრივეს.
ზოგიერთ ჰიდრომეტრს არ აქვს სკალა სიმკვრივის მნიშვნელობებით, მაგრამ აღინიშნება წარწერებით: "დამუხტული", "ნახევრად გამონადენი", "სრული გამონადენი" ან მსგავსი.
