Seyreltik ve konsantre sülfürik asit o kadar önemli kimyasallardır ki, dünya bunlardan herhangi bir maddeden daha fazlasını üretir. Bir ülkenin ekonomik zenginliği ürettiği sülfürik asit miktarıyla ölçülebilir.
Ayrışma süreci
Sülfürik asit, çeşitli konsantrasyonlarda sulu çözeltiler şeklinde kullanılır. Çözeltide H+ iyonları üreterek iki adımda bir ayrışma reaksiyonuna girer.
H2SO4 =H+ + HSO4 -;
HSO4- =H + + SO4 -2.
Sülfürik asit güçlüdür ve ayrışmasının ilk aşaması o kadar yoğundur ki, orijinal moleküllerin neredeyse tamamı H+-iyonlarına ve HSO'ya ayrışır. Çözeltide 4-1 -iyonları (hidrosülfat). İkincisi kısmen daha fazla bozunur, başka bir H+-iyonunu serbest bırakır ve bir sülfat iyonu bırakır (SO4-2) çözelti içinde. Bununla birlikte, zayıf bir asit olan hidrojen sülfat hala hakimdir. H+ ve SO4-2 üzerinde çözümde. Tam ayrışması, yalnızca sülfürik asit çözeltisinin yoğunluğu, suyun yoğunluğuna yaklaştığında, yani güçlü seyreltme ile gerçekleşir.
Sülfürik asidin özellikleri
Sıcaklığına ve konsantrasyonuna bağlı olarak normal bir asit veya güçlü bir oksitleyici ajan olarak hareket edebilmesi bakımından özeldir. Soğuk seyreltik bir sülfürik asit çözeltisi, bir tuz (sülfat) oluşturmak ve hidrojen gazı salmak için aktif metallerle reaksiyona girer. Örneğin, soğuk seyreltik H2SO4 (iki aşamalı tamamen ayrıştığını varsayarak) ve metalik çinko arasındaki reaksiyon şöyle görünür:
Zn + H2SO4 = ZnSO4+ H2.
Yaklaşık 1.8 g/cm3 yoğunluğa sahip sıcak konsantre sülfürik asit, normalde asitlere karşı inert olan malzemelerle reaksiyona girerek oksitleyici bir ajan olarak işlev görebilir, örneğin; metalik bakır gibi. Reaksiyon sırasında bakır oksitlenir ve asidin kütlesi azalır, su içinde bakır (II) sülfat çözeltisi ve hidrojen yerine gaz halinde kükürt dioksit (SO2) oluşur, asit metal ile reaksiyona girdiğinde bu beklenir.
Cu + 2H2SO4 =CuSO4 + SO 2 + 2H2 O.
Çözeltilerin konsantrasyonu genel olarak nasıl ifade edilir
Aslında, herhangi bir çözeltinin konsantrasyonu farklı şekillerde ifade edilebilir.yollar, ancak en yaygın olarak kullanılan ağırlık konsantrasyonu. Bir çözeltinin veya çözücünün belirli bir kütlesi veya hacmindeki bir çözünenin gram sayısını gösterir (genellikle 1000 g, 1000 cm3, 100 cm3ve 1 dm 3). Bir maddenin gram cinsinden kütlesi yerine, mol cinsinden ifade edilen miktarını alabilirsiniz - sonra 1000 g veya 1 dm'deki molar konsantrasyonu elde edersiniz3 çözelti.
Molar konsantrasyon çözeltinin miktarına göre değil de sadece çözücüye göre tanımlanırsa, buna çözeltinin molalitesi denir. Sıcaklıktan bağımsız olması ile karakterizedir.
Genellikle ağırlık konsantrasyonu, 100 g çözücü başına gram olarak belirtilir. Bu rakamı %100 ile çarparak, ağırlık yüzdesi (yüzde konsantrasyon) olarak elde edersiniz. Sülfürik asit çözeltilerine uygulamada en sık kullanılan bu yöntemdir.
Belirli bir sıcaklıkta belirlenen bir çözeltinin konsantrasyonunun her değeri, çok özel yoğunluğuna (örneğin, bir sülfürik asit çözeltisinin yoğunluğu) karşılık gelir. Bu nedenle, bazen çözüm tam olarak onunla karakterize edilir. Örneğin, %95.72'lik bir konsantrasyon yüzdesi ile karakterize edilen bir H2SO4 çözeltisinin yoğunluğu 1.835 g/cm'dir. 3 t=20 °С'de. Sadece sülfürik asit yoğunluğu verilirse, böyle bir çözeltinin konsantrasyonu nasıl belirlenir? Böyle bir yazışma veren bir tablo, genel veya analitik kimya ile ilgili herhangi bir ders kitabının ayrılmaz bir parçasıdır.
Konsantrasyon dönüştürme örneği
Konsantrasyonu ifade etmenin bir yolundan hareket etmeye çalışalımçözüm başka. Suda %60 konsantrasyonlu bir H2SO4 çözümümüz olduğunu varsayalım. İlk olarak, karşılık gelen sülfürik asit yoğunluğunu belirleriz. Yüzde konsantrasyonlarını (birinci sütun) ve bunların sulu bir H2SO4 (dördüncü sütun) çözeltisinin karşılık gelen yoğunluklarını içeren bir tablo aşağıda gösterilmiştir.
Bundan 1, 4987 g/cm3'ye eşit olan istenen değeri belirleriz. Şimdi bu çözümün molaritesini hesaplayalım. Bunu yapmak için 1 litrede H2SO4 kütlesini belirlemek gerekir. çözelti ve buna karşılık gelen asit mol sayısı.
100 g stok solüsyonun kapladığı hacim:
100 / 1, 4987=66,7 ml.
%60'lık çözeltinin 66,7 mililitresi 60 g asit içerdiğinden, 1 litresi şunları içerecektir:
(60 / 66, 7) x 1000=899,55
Sülfürik asidin molar ağırlığı 98'dir. Dolayısıyla, gramının 899,55 gramında bulunan mol sayısı:
899, 55 / 98=9, 18 mol.
Sülfürik asit yoğunluğunun konsantrasyona bağımlılığı, Şek. aşağıda.
Sülfürik asit kullanmak
Çeşitli endüstrilerde uygulanır. Demir ve çelik üretiminde, başka bir madde ile kaplanmadan önce metalin yüzeyini temizlemek için kullanılır, hidroklorik ve nitrik gibi diğer asit türlerinin yanı sıra sentetik boyaların oluşturulmasında görev alır. O dailaç, gübre ve patlayıcı üretiminde kullanılır ve aynı zamanda petrol arıtma endüstrisinde petrolden safsızlıkların giderilmesinde önemli bir reaktiftir.
Bu kimyasal evde inanılmaz derecede faydalıdır ve kurşun-asit akülerde (arabalarda bulunanlar gibi) kullanılan bir sülfürik asit çözeltisi olarak kolayca bulunur. Böyle bir asit tipik olarak ağırlıkça yaklaşık %30 ila %35 H2SO 4 konsantrasyonuna sahiptir, geri kalanı sudur.
Birçok ev uygulaması için %30 H2SO4 ihtiyaçlarınızı karşılamak için fazlasıyla yeterli olacaktır. Bununla birlikte, endüstri ayrıca çok daha yüksek bir sülfürik asit konsantrasyonu gerektirir. Genellikle, üretim sürecinde, önce oldukça seyreltilmiş ve organik safsızlıklarla kirlenmiş olduğu ortaya çıkar. Konsantre asit iki aşamada elde edilir: ilk önce %70'e getirilir ve ardından - ikinci aşamada - ekonomik olarak uygulanabilir üretim için sınır olan %96-98'e yükseltilir.
Sülfürik asidin yoğunluğu ve dereceleri
Neredeyse %99 sülfürik asit kaynatılarak kısaca elde edilebilmesine rağmen, kaynama noktasında sonraki SO3 kaybı konsantrasyonu %98,3'e düşürür. Genel olarak, %98 çeşitlilik depolamada daha kararlıdır.
Ticari asit dereceleri yüzde konsantrasyonunda farklılık gösterir ve onlar için kristalleşme sıcaklıklarının minimum olduğu değerler seçilir. Bu, sülfürik asit kristallerinin çökelmesini az altmak için yapılır.nakliye ve depolama sırasında tortu. Başlıca çeşitleri şunlardır:
- Kule (azotlu) - %75. Bu derecedeki sülfürik asidin yoğunluğu 1670 kg/m3'dir. Sözde alın. kükürt dioksit SO2 içeren birincil hammaddelerin kavrulması sırasında elde edilen kavurma gazının astarlı kulelerde (dolayısıyla çeşidin adı) azot ile muamele edildiği azot yöntemi (bu aynı zamanda H2 SO4'dır, ancak içinde çözünmüş nitrojen oksitleri vardır). Sonuç olarak, süreçte tüketilmeyen ancak üretim döngüsüne geri dönen asit ve azot oksitler açığa çıkar.
- İletişim - 92, 5-98, %0. Bu kalitedeki %98 sülfürik asidin yoğunluğu 1836.5 kg/m3'dir. Ayrıca SO2 içeren kavurma gazından elde edilir ve işlem temas ettiğinde dioksitin SO3 anhidrite oksidasyonunu içerir (dolayısıyla çeşidin adı) birkaç kat katı vanadyum katalizörü ile.
- Oleum - %104.5. Yoğunluğu 1896,8 kg/m3'dir. Bu, H2SO4 içindeki bir SO3 çözümüdür, burada ilk bileşen 20 % ve asitler - tam olarak %104.5.
- Yüksek yüzdeli oleum - %114,6. Yoğunluğu 2002 kg/m3.
- Pil - %92-94.
Bir araba aküsü nasıl çalışır
Bu en büyük elektrikli cihazlardan birinin çalışması tamamen sulu bir sülfürik asit çözeltisinin varlığında meydana gelen elektrokimyasal işlemlere dayanmaktadır.
Araç aküsü seyreltik sülfürik asit elektrolit içerir vebirkaç plaka şeklinde pozitif ve negatif elektrotlar. Pozitif plakalar kırmızımsı kahverengi bir malzemeden - kurşun dioksit (PbO2) ve negatif plakalar grimsi "süngerimsi" kurşundan (Pb) yapılmıştır.
Elektrotlar kurşun veya kurşun içeren malzemeden yapıldığından, bu tip pillere genellikle kurşun asitli pil denir. Performansı, yani çıkış voltajının büyüklüğü, aküye elektrolit olarak doldurulmuş sülfürik asidin (kg/m3 veya g/cm3) akım yoğunluğu tarafından doğrudan belirlenir.
Pil boşaldığında elektrolite ne olur
Kurşun asitli akü elektroliti, tamamen şarj edildiğinde %30 konsantrasyonda kimyasal olarak saf damıtılmış suda akü sülfürik asidinin bir çözeltisidir. Saf bir asit 1.835 g/cm3 yoğunluğa sahiptir, bir elektrolit yaklaşık 1.300 g/cm3'dir. Akü boşaldığında, elektrolitten sülfürik asidin alınmasının bir sonucu olarak içinde elektrokimyasal reaksiyonlar meydana gelir. Çözelti konsantrasyonunun yoğunluğu neredeyse orantılı olarak değişir, bu nedenle elektrolit konsantrasyonundaki azalma nedeniyle azalması gerekir.
Deşarj akımı aküden aktığı sürece, elektrotlarının yakınındaki asit aktif olarak kullanılır ve elektrolit giderek daha seyreltik hale gelir. Asidin tüm elektrolit hacminden ve elektrot plakalarına difüzyonu yaklaşık olarak sabit bir kimyasal reaksiyon yoğunluğunu ve sonuç olarak çıktıyı korur.voltaj.
Deşarj işleminin başlangıcında, elektrolitten plakalara asidin difüzyonu hızlı bir şekilde gerçekleşir, çünkü ortaya çıkan sülfat elektrotların aktif malzemesindeki gözenekleri henüz tıkamamıştır. Sülfat elektrotların gözeneklerini oluşturup doldurmaya başladığında, difüzyon daha yavaş gerçekleşir.
Teorik olarak, tüm asit tükenene ve elektrolit saf su olana kadar deşarja devam edebilirsiniz. Bununla birlikte, deneyimler, elektrolit yoğunluğu 1.150 g/cm3'ye düştükten sonra deşarjların devam etmemesi gerektiğini göstermektedir.
Yoğunluk 1,300'den 1,150'ye düştüğünde bu, reaksiyonlar sırasında çok fazla sülfat oluştuğu anlamına gelir ve plakalardaki aktif maddelerdeki tüm gözenekleri, yani sülfürik asidin neredeyse tamamını doldurur. Yoğunluk orantılı olarak konsantrasyona bağlıdır ve aynı şekilde pil şarjı da yoğunluğa bağlıdır. Şek. Pil şarjının elektrolit yoğunluğuna bağımlılığı aşağıda gösterilmiştir.
Elektrolit yoğunluğunun değiştirilmesi, pilin doğru şekilde kullanılması şartıyla deşarj durumunu belirlemenin en iyi yoludur.
Elektrolit yoğunluğuna bağlı olarak bir araba aküsünün boşalma dereceleri
Yoğunluğu her iki haftada bir ölçülmeli ve okumalar gelecekte referans olması için sürekli olarak kaydedilmelidir.
Elektrolit ne kadar yoğunsa, o kadar fazla asit içerir ve pil o kadar fazla şarj olur. Yoğunluk 1.300-1.280g/cm3tam şarjı gösterir. Kural olarak, elektrolitin yoğunluğuna bağlı olarak aşağıdaki pil deşarj dereceleri ayırt edilir:
- 1, 300-1, 280 - tam şarjlı:
- 1, 280-1, 200 - yarısından fazlası boş;
- 1, 200-1, 150 - yarısından az dolu;
- 1, 150 - neredeyse boş.
Tam şarj edilmiş bir akü, arabanın ana şebekesine bağlanmadan önce hücre başına 2,5 ila 2,7 volt gerilime sahiptir. Bir yük bağlanır bağlanmaz, gerilim üç veya dört dakika içinde hızla yaklaşık 2,1 volta düşer. Bunun nedeni, negatif elektrot plakalarının yüzeyinde ve kurşun peroksit tabakası ile pozitif plakaların metali arasında ince bir kurşun sülfat tabakasının oluşmasıdır. Araba ağına bağlandıktan sonra hücre voltajının son değeri yaklaşık 2,15-2,18 volttur.
Çalışmanın ilk saatinde aküden akım akmaya başladığında, dolduran daha fazla sülfat oluşumu nedeniyle hücrelerin iç direncinin artması nedeniyle 2 V'a kadar bir voltaj düşüşü olur. plakaların gözenekleri ve elektrolitten asidin uzaklaştırılması. Akım akışının başlamasından kısa bir süre önce, elektrolit yoğunluğu maksimumdur ve 1.300 g/cm3'ye eşittir. İlk başta, seyrekleşmesi hızlı bir şekilde meydana gelir, ancak daha sonra plakaların yakınındaki asidin yoğunluğu ile elektrolitin ana hacmi arasında dengeli bir durum kurulur, asidin elektrotlar tarafından çıkarılması, yeni parçaların temini ile desteklenir. elektrolitin ana kısmından asit. Bu durumda, elektrolitin ortalama yoğunluğuŞekil 2'de gösterilen bağımlılığa göre istikrarlı bir şekilde azalmaya devam eder. daha yüksek. İlk düşüşten sonra voltaj daha yavaş düşer, düşüş hızı aküdeki yüke bağlı olarak değişir. Deşarj işleminin zaman grafiği, Şek. aşağıda.
Pildeki elektrolitin durumunu izleme
Yoğunluğu belirlemek için bir hidrometre kullanılır. Alt ucunda bilye veya cıva ile dolu bir genleşme ve üst ucunda dereceli bir ölçek bulunan küçük sızdırmaz bir cam tüpten oluşur. Bu ölçek, Şekil 1'de gösterildiği gibi, aralarında çeşitli değerlerle 1.100 ile 1.300 arasında etiketlenmiştir. aşağıda. Bu hidrometre bir elektrolitin içine konulursa belli bir derinliğe batar. Bunu yaparken, belirli bir elektrolit hacminin yerini alacak ve bir denge konumuna ulaşıldığında, yer değiştiren hacmin ağırlığı basitçe hidrometrenin ağırlığına eşit olacaktır. Elektrolitin yoğunluğu, ağırlığının hacme oranına eşit olduğundan ve hidrometrenin ağırlığı bilindiğinden, çözeltiye daldırılmasının her seviyesi belirli bir yoğunluğa karşılık gelir.
Bazı hidrometrelerin yoğunluk değerlerini içeren bir ölçeği yoktur, ancak şu yazılarla işaretlenmiştir: "Yüklendi", "Yarı deşarj", "Tam deşarj" veya benzeri.
