Acidi sulfurik i holluar dhe i koncentruar janë kimikate kaq të rëndësishme sa që bota prodhon më shumë prej tyre se çdo substancë tjetër. Pasuria ekonomike e një vendi mund të matet me sasinë e acidit sulfurik që prodhon.
Procesi i disociimit
Acidi sulfurik përdoret në formën e tretësirave ujore të përqendrimeve të ndryshme. Ai i nënshtrohet një reaksioni disociimi në dy hapa, duke prodhuar jone H+ në tretësirë.
H2SO4 =H+ + HSO4 -;
HSO4- =H + + SO4 -2.
Acidi sulfurik është i fortë dhe faza e parë e disociimit të tij është aq intensive sa pothuajse të gjitha molekulat origjinale dekompozohen në H+-ione dhe HSO 4-1 -jone (hidrosulfat) në tretësirë. Ky i fundit pjesërisht kalbet më tej, duke lëshuar një tjetër H-jon dhe duke lënë një jon sulfate (SO4-2) në tretësirë. Megjithatë, sulfati i hidrogjenit, duke qenë një acid i dobët, ende mbizotëron.në tretësirë mbi H+ dhe SO4-2. Disociimi i tij i plotë ndodh vetëm kur dendësia e tretësirës së acidit sulfurik i afrohet densitetit të ujit, pra me hollim të fortë.
Vetitë e acidit sulfurik
Është i veçantë në atë që mund të veprojë si një acid normal ose si një agjent i fortë oksidues, në varësi të temperaturës dhe përqendrimit të tij. Një tretësirë e ftohtë e holluar e acidit sulfurik reagon me metale aktive për të formuar një kripë (sulfat) dhe lëshon gaz hidrogjeni. Për shembull, reaksioni ndërmjet H2SO4 (duke supozuar disociimin e tij të plotë me dy faza) dhe zinkut metalik duket si ky:
Zn + H2SO4 = ZnSO4+ H2.
Acidi sulfurik i koncentruar i nxehtë, me një dendësi prej rreth 1,8 g/cm3, mund të veprojë si një agjent oksidues, duke reaguar me materiale që janë normalisht inerte ndaj acideve, si p.sh. si bakri metalik. Gjatë reaksionit, bakri oksidohet dhe masa e acidit zvogëlohet, formohet një tretësirë e sulfatit të bakrit (II) në ujë dhe dioksidit të squfurit të gaztë (SO2) në vend të hidrogjenit, që do të pritej kur acidi reagon me metalin.
Cu + 2H2SO4 =CuSO4 + SO 2 + 2H2 O.
Si shprehet përgjithësisht përqendrimi i tretësirave
Në fakt, përqendrimi i çdo solucioni mund të shprehet në të ndryshmemënyra, por përqendrimi më i përdorur në peshë. Ai tregon numrin e gramëve të një lënde të tretur në një masë ose vëllim të caktuar të një solucioni ose tretësi (zakonisht 1000 g, 1000 cm3, 100 cm3 dhe 1 dm 3). Në vend të masës së një lënde në gram, mund të merrni sasinë e saj të shprehur në mol - atëherë merrni përqendrimin molar për 1000 g ose 1 dm3 tretësirë.
Nëse përqendrimi molar përcaktohet jo në lidhje me sasinë e tretësirës, por vetëm me tretësin, atëherë quhet molaliteti i tretësirës. Karakterizohet nga pavarësia nga temperatura.
Shpesh, përqendrimi i peshës tregohet në gram për 100 g tretës. Duke e shumëzuar këtë shifër me 100%, e merrni atë në përqindje të peshës (përqëndrim në përqindje). Është kjo metodë që përdoret më shpesh në aplikimin e tretësirave të acidit sulfurik.
Çdo vlerë e përqendrimit të një tretësire të përcaktuar në një temperaturë të caktuar korrespondon me densitetin e saj shumë specifik (për shembull, dendësinë e një tretësire të acidit sulfurik). Prandaj, ndonjëherë zgjidhja karakterizohet pikërisht nga ajo. Për shembull, një tretësirë e H2SO4, e karakterizuar nga një përqendrim përqindje prej 95,72%, ka një dendësi prej 1,835 g/cm 3 në t=20 °С. Si të përcaktohet përqendrimi i një tretësire të tillë, nëse jepet vetëm dendësia e acidit sulfurik? Një tabelë që jep një korrespondencë të tillë është pjesë përbërëse e çdo teksti shkollor mbi kiminë e përgjithshme ose analitike.
Shembull i konvertimit të përqendrimit
Le të përpiqemi të lëvizim nga një mënyrë për të shprehur përqendriminzgjidhje për një tjetër. Supozoni se kemi një zgjidhje të H2SO4 në ujë me një përqendrim përqindje prej 60%. Së pari, ne përcaktojmë densitetin përkatës të acidit sulfurik. Një tabelë që përmban përqendrimet e përqindjes (kolona e parë) dhe dendësia e tyre përkatëse e një tretësire ujore të H2SO4 (kolona e katërt) është paraqitur më poshtë.
Nga ajo përcaktojmë vlerën e dëshiruar, e cila është e barabartë me 1,4987 g/cm3. Tani le të llogarisim molaritetin e kësaj zgjidhjeje. Për ta bërë këtë, është e nevojshme të përcaktohet masa e H2SO4 në 1 litër tretësira dhe numri përkatës i moleve të acidit.
Vëllimi i zënë nga 100 g tretësirë stok:
100 / 1, 4987=66,7 ml.
Meqenëse 66,7 mililitra të një tretësire 60% përmbajnë 60 g acid, 1 litër prej tij do të përmbajë:
(60 / 66, 7) x 1000=899,55
Pesha molare e acidit sulfurik është 98. Prandaj, numri i moleve që përmbahen në 899,55 g gram të tij do të jetë:
899, 55 / 98=9, 18 mol.
Varësia e densitetit të acidit sulfurik nga përqendrimi është paraqitur në fig. më poshtë.
Përdorimi i acidit sulfurik
Zbatohet në industri të ndryshme. Në prodhimin e hekurit dhe çelikut, përdoret për të pastruar sipërfaqen e metalit para se të lyhet me një substancë tjetër, është i përfshirë në krijimin e ngjyrave sintetike, si dhe llojeve të tjera të acideve, si klorhidrik dhe nitrik. Ajo gjithashtupërdoret në prodhimin e produkteve farmaceutike, plehrave dhe eksplozivëve, dhe është gjithashtu një reagent i rëndësishëm në heqjen e papastërtive nga nafta në industrinë e përpunimit të naftës.
Ky kimikat është tepër i dobishëm në shtëpi dhe është i disponueshëm lehtësisht si një zgjidhje e acidit sulfurik që përdoret në bateritë me acid plumbi (si ato që gjenden në makina). Një acid i tillë zakonisht ka një përqendrim prej rreth 30% deri në 35% H2SO 4 sipas peshës, ku pjesa tjetër është ujë.
Për shumë aplikacione në shtëpi, 30% H2SO4 do të jetë më se e mjaftueshme për të përmbushur nevojat tuaja. Megjithatë, industria kërkon gjithashtu një përqendrim shumë më të lartë të acidit sulfurik. Zakonisht, gjatë procesit të prodhimit, fillimisht rezulton të jetë mjaft i holluar dhe i kontaminuar me papastërti organike. Acidi i koncentruar fitohet në dy faza: fillimisht sillet në 70%, dhe më pas - në fazën e dytë - rritet në 96-98%, që është kufiri për prodhimin ekonomikisht të qëndrueshëm.
Densiteti i acidit sulfurik dhe klasat e tij
Megjithëse pothuajse 99% acid sulfurik mund të merret shkurtimisht duke zier, humbja e mëvonshme e SO3 në pikën e vlimit e redukton përqendrimin në 98.3%. Në përgjithësi, varieteti 98% është më i qëndrueshëm në ruajtje.
Klasat tregtare të acidit ndryshojnë në përqendrimin e tij në përqindje, dhe për ta zgjidhen ato vlera në të cilat temperaturat e kristalizimit janë minimale. Kjo bëhet për të reduktuar reshjet e kristaleve të acidit sulfurik.sedimenti gjatë transportit dhe ruajtjes. Varietetet kryesore janë:
- Kulla (azotike) - 75%. Dendësia e acidit sulfurik të kësaj shkalle është 1670 kg/m3. Merrni atë të ashtuquajturën. metoda e azotit, në të cilën gazi i pjekjes i marrë gjatë pjekjes së lëndëve të para parësore, që përmban dioksid squfuri SO2, në kullat me rreshtim (prandaj emri i varietetit) trajtohet me azot (kjo është gjithashtu H2 SO4, por me oksidet e azotit të tretur në të). Si rezultat, çlirohen oksidet e acidit dhe të azotit, të cilat nuk konsumohen gjatë procesit, por kthehen në ciklin e prodhimit.
- Kontakt - 92, 5-98, 0%. Dendësia e acidit sulfurik 98% të kësaj shkalle është 1836,5 kg/m3. Përftohet gjithashtu nga pjekja e gazit që përmban SO2, dhe procesi përfshin oksidimin e dioksidit në anhidrid SO3 kur bie në kontakt (prandaj emri i varietetit) me disa shtresa të katalizatorit të ngurtë vanadiumi.
- Oleum - 104,5%. Dendësia e tij është 1896,8 kg/m3. Kjo është një zgjidhje e SO3 në H2SO4, në të cilën komponenti i parë përmban 20 %, dhe acidet - saktësisht 104,5%.
- Oleumi me përqindje të lartë - 114.6%. Dendësia e tij është 2002 kg/m3.
- Bateri - 92-94%.
Si funksionon një bateri makine
Funksionimi i kësaj një prej pajisjeve elektrike më masive bazohet plotësisht në proceset elektrokimike që ndodhin në praninë e një tretësire ujore të acidit sulfurik.
Bateria e makinës përmban elektrolit të holluar të acidit sulfurik dheelektroda pozitive dhe negative në formë të disa pllakave. Pllakat pozitive janë bërë nga një material në ngjyrë kafe të kuqërremtë - dioksidi i plumbit (PbO2), dhe pllakat negative janë bërë nga plumbi "sfungjerë" me ngjyrë gri (Pb).
Për shkak se elektrodat janë bërë prej plumbi ose materiali që përmban plumb, ky lloj baterie shpesh quhet bateri plumb-acid. Performanca e tij, d.m.th., madhësia e tensionit të daljes, përcaktohet drejtpërdrejt nga densiteti i rrymës së acidit sulfurik (kg/m3 ose g/cm3) i mbushur në bateri si elektrolit.
Çfarë ndodh me elektrolitin kur bateria shkarkohet
Elektroliti i baterisë me acid plumbi është një zgjidhje e acidit sulfurik të baterisë në ujë të distiluar kimikisht të pastër në një përqendrim prej 30% kur është plotësisht i ngarkuar. Një acid i pastër ka një densitet prej 1,835 g/cm3, një elektrolit është rreth 1,300 g/cm3. Kur bateria shkarkohet, në të ndodhin reaksione elektrokimike, si rezultat i të cilave acidi sulfurik merret nga elektroliti. Dendësia e përqendrimit të tretësirës varet pothuajse proporcionalisht, kështu që duhet të ulet për shkak të uljes së përqendrimit të elektrolitit.
Për sa kohë që rryma e shkarkimit rrjedh nëpër bateri, acidi pranë elektrodave të tij përdoret në mënyrë aktive dhe elektroliti bëhet gjithnjë e më i holluar. Difuzioni i acidit nga vëllimi i të gjithë elektrolitit dhe në pllakat e elektrodës ruan një intensitet përafërsisht konstant të reaksioneve kimike dhe, si rezultat, daljentension.
Në fillim të procesit të shkarkimit, difuzioni i acidit nga elektroliti në pllaka ndodh shpejt sepse sulfati që rezulton nuk i ka bllokuar ende poret në materialin aktiv të elektrodave. Ndërsa sulfati fillon të formohet dhe mbush poret e elektrodave, difuzioni ndodh më ngadalë.
Teorikisht, mund të vazhdoni shkarkimin derisa të konsumohet i gjithë acidi dhe elektroliti të jetë ujë i pastër. Megjithatë, përvoja tregon se shkarkimet nuk duhet të vazhdojnë pasi densiteti i elektrolitit të ketë rënë në 1,150 g/cm3.
Kur dendësia bie nga 1,300 në 1,150, kjo do të thotë se gjatë reaksioneve u formua aq shumë sulfat dhe mbush të gjitha poret e materialeve aktive në pllaka, pra pothuajse të gjithë acidin sulfurik. Dendësia varet nga përqendrimi proporcionalisht, dhe në të njëjtën mënyrë ngarkesa e baterisë varet nga dendësia. Në fig. Varësia e ngarkesës së baterisë nga dendësia e elektrolitit tregohet më poshtë.
Ndryshimi i densitetit të elektrolitit është mjeti më i mirë për të përcaktuar gjendjen e shkarkimit të një baterie, me kusht që të përdoret siç duhet.
Shkallët e shkarkimit të një baterie makine në varësi të densitetit të elektrolitit
Densiteti i tij duhet të matet çdo dy javë dhe leximet duhet të regjistrohen vazhdimisht për referencë në të ardhmen.
Sa më i dendur të jetë elektroliti, aq më shumë acid përmban dhe aq më e ngarkuar bateria. Dendësia në 1,300-1,280 g/cm3tregon ngarkimin e plotë. Si rregull, shkallët e mëposhtme të shkarkimit të baterisë dallohen në varësi të densitetit të elektrolitit:
- 1, 300-1, 280 - i karikuar plotësisht:
- 1, 280-1, 200 - më shumë se gjysma bosh;
- 1, 200-1, 150 - më pak se gjysmë plot;
- 1, 150 - pothuajse bosh.
Një bateri plotësisht e ngarkuar ka një tension prej 2,5 deri në 2,7 volt për qelizë përpara se të lidhet me rrjetin e saj të makinës. Sapo lidhet një ngarkesë, voltazhi bie me shpejtësi në rreth 2,1 volt brenda tre ose katër minutave. Kjo është për shkak të formimit të një shtrese të hollë të sulfatit të plumbit në sipërfaqen e pllakave të elektrodës negative dhe midis shtresës së peroksidit të plumbit dhe metalit të pllakave pozitive. Vlera përfundimtare e tensionit të celularit pas lidhjes me rrjetin e makinës është rreth 2,15-2,18 volt.
Kur rryma fillon të rrjedhë nëpër bateri gjatë orës së parë të funksionimit, ka një rënie të tensionit në 2 V, për shkak të rritjes së rezistencës së brendshme të qelizave për shkak të formimit të më shumë sulfatit, i cili mbush poret e pllakave dhe heqja e acidit nga elektroliti. Pak para fillimit të rrjedhës së rrymës, dendësia e elektrolitit është maksimale dhe e barabartë me 1.300 g/cm3. Në fillim, rrallimi i tij ndodh shpejt, por më pas vendoset një gjendje e ekuilibruar midis densitetit të acidit pranë pllakave dhe në vëllimin kryesor të elektrolitit, heqja e acidit nga elektroda mbështetet nga furnizimi i pjesëve të reja të acid nga pjesa kryesore e elektrolitit. Në këtë rast, dendësia mesatare e elektrolititvazhdon të ulet në mënyrë të qëndrueshme sipas varësisë së treguar në Fig. më të larta. Pas rënies fillestare, voltazhi zvogëlohet më ngadalë, shkalla e rënies varet nga ngarkesa në bateri. Grafiku i kohës së procesit të shkarkimit është paraqitur në fig. më poshtë.
Monitorimi i gjendjes së elektrolitit në bateri
Për përcaktimin e densitetit përdoret një hidrometër. Ai përbëhet nga një tub i vogël qelqi i mbyllur me një zgjerim në skajin e poshtëm të mbushur me shkumë ose merkur dhe një shkallë të shkallëzuar në skajin e sipërm. Kjo shkallë është etiketuar nga 1.100 në 1.300 me vlera të ndryshme në mes, siç tregohet në Fig. më poshtë. Nëse ky hidrometër vendoset në një elektrolit, ai do të zhytet në një thellësi të caktuar. Duke vepruar kështu, ai do të zhvendosë një vëllim të caktuar elektroliti dhe kur të arrihet një pozicion ekuilibri, pesha e vëllimit të zhvendosur thjesht do të jetë e barabartë me peshën e hidrometrit. Meqenëse dendësia e elektrolitit është e barabartë me raportin e peshës së tij ndaj vëllimit, dhe pesha e hidrometrit është e njohur, çdo nivel i zhytjes së tij në tretësirë korrespondon me një densitet të caktuar.
Disa hidrometra nuk kanë shkallë me vlerat e densitetit, por janë të shënuar me mbishkrimet: "I ngarkuar", "Shkarkim gjysmë", "Shkarkim i plotë" ose të ngjashme.
