Как отличить аккумулятор щелочной от кислотного: Как отличить щелочной аккумулятор от кислотного?

Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы | Логический Элемент ⚡ Зарядные устройства для аккумуляторов

Первый работоспособный свинцово-кислотный аккумулятор был изобретен в 1859 г. французским ученым Гастоном Планте. Конструкция аккумулятора представляла собой электроды из листового свинца, разделенные сепараторами из полотна, которые были свернуты в спираль и помещены в сосуд с 10 % раствором серной кислоты. Недостатком первых свинцово-кислотных аккумуляторов была их невысокая емкость. Поначалу для ее увеличения проводили большое число циклов заряда-разряда. Для достижения существенных результатов требовалось до двух лет таких тренировок. Причина недостатка была явной — конструкция пластин. Поэтому дальнейшее совершенствование конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов было сосредоточено на совершенствование конструкции используемых в них пластин и сепараторов.

В 1880 г. К. Фор предложил методику изготовления намазных электродов путем нанесения на пластины окислов свинца. Такая конструкция электродов позволила значительно повысить емкость аккумуляторов. А в 1881 г. Э. Фолькмар предложил применять в качестве электродов намазную решетку. В том же году ученому Селлону был выдан патент на технологию изготовления решеток из сплава свинца и сурьмы.

Первоначально практическое использование свинцово-кислотных аккумуляторов было затруднено из-за отсутствия зарядных устройств — для заряда применяли первичные элементы конструкции Бунзена. То есть химический источник тока заряжался от другого химического источника — батареи гальванических элементов. Положение кардинально поменялось с появлением недорогих генераторов постоянного тока.

Именно свинцово-кислотные батареи первыми в мире из аккумуляторных батарей нашли коммерческое применение. К 1890 году во многих промышленно развитых странах был освоен их серийный выпуск. В 1900 году немецкая фирма Varta произвела первые стартерные аккумуляторы для автомобилей.

В 70-х годах XX века были созданы необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, способные работать в любом положении. Жидкий электролит в них сменили гелиевым или адсорбированным (впитанным) сепараторами электролитом, батареи герметизировали, а для отвода газов, выделяющихся при заряде или разряде, установили клапаны. Строго говоря, абсолютная герметизация свинцово-кислотных аккумуляторов не может быть достигнута, так как нельзя обеспечить полную рекомбинацию кислорода и водорода, которые выделяются в них при заряде и хранении. Но специальными мерами выделение газов и потери воды в процессе эксплуатации удается свести к минимуму.

Были разработаны новые конструкции пластин на базе медно-кальциевых сплавов, покрытых оксидом свинца, а также на основе титановых, алюминиевых и медных решеток.

Свинцовые аккумуляторы являются наиболее распространенными среди всех существующих в настоящее время химических источников тока. Их масштабное производство определяется как относительно низкой ценой, обусловленной сравнительной не дефицитностью исходных материалов, так и разработкой разных вариантов этих аккумуляторов, отвечающих требованиям широкого круга потребителей.

Ключевые электрохимические процессы в свинцово-кислотном аккумуляторе

Активные вещества аккумулятора сосредоточены в электролите и положительных и отрицательных электродах, а совокупность этих веществ называется электрохимической системой. В свинцово-кислотных аккумуляторных батареях электролитом является раствор серной кислоты (H₂SO₄), активным веществом положительных пластин — двуокись свинца (PbO₂), отрицательных пластин — свинец (Pb).

Основные процессы, проходящие на электродах, описывают реакции:
На отрицательном электроде:

 

Pb + HSO₄^— → PbSO₄ + H⁺ + 2e^— (разряд)
PbSO₄ + H⁺ + 2e ^— → Pb + HSO4^— (заряд)

 

На положительном электроде:

 

PbO₂ + HSO4^— + 3H⁺ + 2e^— → PbSO₄ + 2H₂O (разряд)
PbSO₄ + 2H₂O → PbO₂ + HSO₄^— + 3H⁺ + 2e^— (заряд)

 

Суммарная реакция в свинцовом аккумуляторе имеет вид:

 

PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O (разряд)
2PbSO₄ + 2H₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ (заряд)

 

Таким образом, при разряде свинцового аккумулятора на обоих электродах формируется малорастворимый сульфат свинца (двойная сульфатация) и происходит сильное разбавление серной кислоты.

Напряжение разомкнутой цепи заряженного аккумулятора равно 2,05-2,15 В, в зависимости от концентрации серной кислоты. При разряде по мере разбавления электролита напряжение разомкнутой цепи аккумулятора понижается и после полного разряда становится равным 1,95-2,03 В.

При заряде свинцово-кислотного аккумулятора, как и в других аккумуляторах с водным электролитом, имеют место побочные реакции выделения газов. Выделение водорода начинается при полном заряжении отрицательного электрода. Кислород начинает выделяться гораздо раньше: в обычных условиях заряда при 50-80% заряженности (в зависимости от тока заряда), а при температуре 0 °С уже после заряда на 30-40 %. Вследствие этого отдача положительного электрода по емкости составляет 85-90 %. Для получения полной разрядной емкости при заряде аккумулятору должен быть обеспечен перезаряд на 10-20 %. Этот перезаряд сопровождается существенным выделением водорода на отрицательном электроде и кислорода — на положительном.

Выделение водорода имеет место и при хранении заряженного свинцово-кислотного аккумулятора. Саморазряд его определяется преимущественно скоростью растворения свинца согласно реакции:

 

Pb + H₂SO₄ → PbSO₄ + H₂

 

Скорость этого процесса зависит от температуры, объема электролита и его концентрации, но более всего от чистоты компонентов. В отсутствие примесей реакция протекает медленно из-за большого перенапряжения выделения водорода на свинце. Но на практике, на поверхности свинцового электрода всегда много примесей, среди которых наибольшее влияние оказывает сурьма, количество которой в сплаве для решеток и токоведущих деталей доходит до 6 %.

На положительном электроде может также самопроизвольно проходить реакция восстановления диоксида свинца:

 

PbO₂ + H₂SO₄ → PbSO₄ + 1/2O₂ + H₂O

 

в результате которой выделяется кислород, но скорость ее незначительна.

В процессе эксплуатации саморазряд аккумулятора может увеличиваться из-за образования дендритных мостиков из металлического свинца. Потери емкости свежеизготовленного аккумулятора за счет саморазряда как правило не превышают 2-3 % в месяц. Но при эксплуатации они быстро увеличиваются.

 

Особенности герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора

Главные проблемы при создании герметичного варианта свинцово-кислотного аккумулятора связаны с необходимостью обеспечения условий для уменьшения газовыделения и содействия рекомбинации выделяющегося газа. При создании герметизированного аккумулятора, который в обычных условиях эксплуатации не требовал бы доливки воды в электролит в течение всего срока службы и не выделял бы газов, был предпринят ряд мер:

1. В аккумуляторе применяется иммобилизированный (обездвиженный) электролит, который сохраняет высокую электропроводность серной кислоты. Небольшое его количество позволяет обеспечить лучший транспорт кислорода от положительного электрода к отрицательному и высокий уровень его рекомбинации.

При одном методе иммобилизации электролита для его загущивания применяется силикагель (SiO₂), который обладает высокой пластичностью и заполняет и электроды, и сепаратор. Благодаря своей вязкости он хорошо удерживается в порах и способствует эффективному использованию активных веществ электродов. Транспортировка кислорода обеспечивается по трещинам, которые появляются при усадке твердеющего электролита.

При другом методе иммобилизации применяется сепаратор из стекловолокна с высокой объемной пористостью и хорошей смачиваемостью в растворе серной кислоты. Такой сепаратор не только осуществляет функцию разделения электродов, но и благодаря тонкой структуре волокон обеспечивает удержание электролита в порах и высокую скорость переноса кислорода. Применение стекловолокнистого сепаратора и плотная сборка блока электродов способствуют также уменьшению оплывания активной массы положительного электрода и разбухания губчатого свинца на отрицательном.

2. Для снижения вероятности выделения водорода свинцово-сурьмяные сплавы токоведущих решеток заменяются другими, обеспечивающими более высокое перенапряжение выделения водорода. Применяются сплавы свинца с кальцием (до 0,1 % Ca), иногда легированного алюминием, сплавы свинца с оловом (0,5-2,5 % Sn), которые имеют неплохие литейные характеристики, и другие.

3. В отрицательный электрод закладывается емкость больше, чем в положительный. В данном случае при полном заряде положительного электрода оставшаяся недозаряженной часть активной массы отрицательного электрода практически исключает вероятность разряда ионов водорода. Кислород, выделяющийся на диоксиде свинца, достигает отрицательного электрода и окисляет губчатый свинец до оксида свинца, который в кислотном электролите переходит в сульфат свинца PbSO₄ и воду. Следовательно, условия для герметизации аккумулятора улучшаются: газы не выделяются и вода не испаряется.

Снижению газовыделения способствуют и рекомендуемые для герметизированных аккумуляторов режимы заряда, при которых ток понижается по мере их заряжения.

И все-таки все реализованные варианты безуходного свинцово-кислотного аккумулятора оснащены клапаном, который время от времени открывается для сброса излишнего количества газа, главным образом водорода. Именно поэтому аккумулятор называется не герметичным, а герметизированным.

Успехи исследователей и технологов, достигнутые за прошедшие два десятилетия, тщательный контроль процесса изготовления и сотрудничество с потребителями, которые научились понимать, что безуходность этих батарей не означает полной свободы от контроля за их работой, позволяют в настоящее время выпускать на рынок продукцию, которая в ряде случаев может конкурировать с более дорогими герметичными щелочными аккумуляторами.

Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи емкостью до 10-20 Ач применяются как источники питания для разнообразной портативной аппаратуры и инструментов в тех случаях, когда масса не является определяющим критерием для выбора источника тока, а также в системах бесперебойного питания, телекоммуникаций, информационных системах, для аварийного оборудования и т.д., где они работают в буферном режиме.

 

Конструкция герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов

Портативные герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы выпускаются в виде батарей, которые собраны в едином призматическом контейнере из пластмассы или резины (моноблочная конструкция). Положительные и отрицательные электроды аккумуляторов делаются обычно намазкой на решетку сотовой структуры. Контейнер и крышка загерметизированы. Межэлементные соединения утапливаются в углублениях крышки и залиты мастикой. Выводы аккумуляторной батареи (в виде ушка или борна) также загерметизированы. Клапанное приспособление для сброса газа при излишнем давлении состоит из резинового клапана и отражателя, служащего для улавливания капель электролита. Воздух в аккумулятор через него не поступает.

На электрических и эксплуатационных характеристиках герметизированных свинцовых аккумуляторных батарей большой емкости значительно сказываются различия в конструкции электродов (поверхностного типа, панцирные или стержневые), а также различия в сплавах, используемых для изготовления токоведущих основ.

При выборе герметизированной свинцовой аккумуляторной батареи большой емкости следует внимательно отнестись к использованному в ней способу иммобилизации электролита, поскольку известно, что в высоких аккумуляторах со стекловолокнистым сепаратором (технология AGM) со временем отмечается расслоение электролита. Такие аккумуляторы стараются проектировать высотой не более 35 см.

 

Электрические и эксплуатационные характеристики герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов

Напряжение разомкнутой цепи свинцово-кислотных аккумуляторов линейно возрастает с ростом степени заряженности аккумулятора (рисунок 1). По значению напряжения разомкнутой цепи можно судить о степени разряда свинцового аккумулятора.

 

Рис.1. Зависимость напряжения разомкнутой цепи свинцово-кислотного аккумулятора от уровня заряженности

Номинальной емкостью свинцово-кислотного аккумулятора считается емкость, полученная при разряде в течение 20 ч, т.е. током 0,05С. Отдаваемая аккумулятором емкость значительно зависит от тока разряда, который может достигать нескольких С. Типичные разрядные характеристики при различных токах нагрузки показаны на рисунке 2. Из рисунка видно, что от тока разряда зависит также и конечное разрядное напряжение свинцового аккумулятора.

 

Рис.2. Разрядные характеристики герметизированной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи

Герметизированные свинцовые аккумуляторные батареи работоспособны в интервале температур от -30 до +50 °С, чаще гарантируется работоспособность при температуре не ниже -15 °С. При более низких температурах возможности разряда мешает замерзание электролита. Работоспособность аккумуляторов при низких температурах может быть обеспечена увеличением концентрации электролита, как это и делается в специальных аккумуляторах.

Заряд свинцово-кислотного аккумулятора.
Заряд батарей, как было сказано ранее, должен осуществляться в режиме, при котором ток должен сильно понижаться к концу заряда. Используется несколько стратегий заряда, которые требуют оборудования различной сложности и стоимости. Наиболее простое и дешевое оборудование осуществляет заряд при постоянном напряжении 2,4-2,45В/ак (потенциостагический режим). Заряд считается законченным если ток заряда остается неизменным в течении 3-х часов.

Но чаще применяют комбинированный режим, при котором начальный ток ограничивают, а по достижении заданного напряжения, заряд проводится при стабилизации напряжения (рисунок 3). Заряд проводится при постоянном токе 0,1С на первом этапе и при постоянном напряжении источника тока на втором. Большинство производителей советуют проводить заряд циклируемых батарей при постоянном напряжении 2,4В на аккумулятор.

 

Рис.3. Зарядные кривые герметизированной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи при комбинированном режиме заряда нормированным током 0,1С и нормированным напряжением 2,45В/ак:
1-напрядение, 2-зарядная емкость, 3-ток заряда

Ускорение процесса заряда достигается при повышении тока на первой стадии заряда, но в соответствии с советами производителей не более чем до 0,3С. В конце заряда для большей безопасности может быть применена еще одна ступень заряда: при снижении напряжения источника питания до напряжения подзаряда аккумулятора 2,30-2,35 В.

Заряд аккумуляторных батарей, используемых, для работы в буферном режиме, проводится как правило при более низком напряжении (2,23-2,275 В).

Указанные напряжения заряда не требуют изменения при заряде в некотором интервале температуры (обычно от 5 до 35 °С). За пределами указанного температурного интервала, требуется компенсация влияния температуры: повышение напряжения при пониженных температурах и снижение при более высоких.

 

Рис.4. Рекомендуемое напряжение заряда при разных температурах для герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора

Саморазряд свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.
Саморазряд в герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах значительно уменьшен по сравнению с вентилируемыми аккумуляторами и составляет 40% в год при 20 °С и 15% при 5 °С. При более высоких температурах хранения саморазряд увеличивается: при 40 °С батареи лишаются 40 % емкости за 4-5 месяцев.

 

Рис.5. Действие температуры на остаточную емкость герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора:
1-40°С, 2-20°С, 3-10°С, 4-0°С

При продолжительном хранении в заряженном состоянии батареи рекомендуют периодически подзаряжать. Если они хранились при температуре ниже -20 °С, то подзаряд должен проводиться 1 раз в год в течение 48 ч при постоянном напряжении 2,275 В/ак. При хранении при комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев в течение 6-12 ч при постоянном напряжении 2,4 В/ак. Хранение при температуре выше 30 °С не желателен.

Продолжительное хранение батареи в разряженном состоянии приводит к быстрой потере ее работоспособности.

 

Изменения характеристик свинцово-кислотных аккумуляторов при эксплуатации

Срок службы герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, как и вентилируемых, в большинстве случаев определяется деградацией положительного электрода, которая определяется коррозией его решетки и изменениями в активной массе.

Скорость коррозии решеток зависит как от состава сплава, конструкции и условий отливки, так и от температуры, при которой работают батареи. Коррозия решетки из сплава без сурьмы или с низким ее содержанием существенно медленнее по сравнению с коррозией традиционных решеток вентилируемых аккумуляторов. В качественно отлитых решетках из сплавов Pb-Ca-Sn скорость коррозии маленькая, но в плохо отлитых — отдельные участки подвергаются глубокой коррозии, что вызывает локальный ее рост и деформацию. Деформация решеток может привести к короткому замыканию разнополярных пластин. Коррозия решеток положительных пластин — самый частый дефект батарей, эксплуатируемых в буферном режиме.

При эксплуатации в режиме циклирования происходит также разрыхление активных масс положительного электрода, которое приводит к потере контакта между частицами PbO₂. Емкость источника тока при этом уменьшается. Процесс разрыхления ускоряется при разряде большими импульсами тока.

В герметизированных аккумуляторах могут протекать и специфические коррозионные процессы на токоведущих деталях отрицательных пластин, которые находятся выше уровня электролита, и на борне. Так как продукты коррозии имеют больший объем, чем свинец, в результате может иметь место выдавливание компаунда, герметизирующего вывод, и повреждение борна, крышки и даже бака. Дефекты такого рода часто отмечались в аккумуляторах разных производителей на ранних этапах разработок и производства. Сейчас большая часть производителей решила эту проблему подбором сплавов для всех компонентов аккумулятора и контролем за металлургическим процессом их изготовления.

В течении эксплуатации герметизированных аккумуляторов из-за неизбежных потерь воды при открывании клапана для сброса излишнего давления газа происходит некоторое осушение сепаратора и повышение внутреннего сопротивления аккумулятора. При эксплуатации в буферном режиме количество отказов, спровоцированных высыханием аккумулятора, становится соизмеримым с отказами из-за коррозии решеток положительных электродов. В аккумуляторах с гелиевым электролитом снижение количества электролита менее критично, чем в аккумуляторах с сепаратором из стекловолокна.

 

Факторы, влияющие на срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов

Самое большое влияние на срок службы герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора оказывают: рабочая температура, глубина разряда и величина перезаряда, а также периодичность срабатывания клапана для сброса газа.

На рисунках 6 и 7 изображено изменение срока службы в зависимости от глубины разряда и температуры окружающей среды..

 

Рис.6. Зависимость срока службы герметизированной свинцово-кислотной батареи от глубины разряда

 

Рис.7. Зависимость срока службы герметизированной свинцово-кислотной батареи от температуры при работе в буферном режиме

Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы очень чувствительны к перезаряду. На рисунке 8 изображено, как быстро уменьшается срок их службы при работе в режиме постоянного подзаряда при повышении напряжения (и тем самым — тока подзаряда) источника питания подключенного к аккумулятору.

 

Рис.8. Воздействие режима заряда на срок службы герметизированной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи при работе в буферном режиме

Следует помнить, что при заряде герметизированных аккумуляторов их температура может быть значительно выше температуры окружающей среды. Это связано как с разогревом аккумуляторов из-за реакции рекомбинации кислорода, так и с неудовлетворительным отводом тепла от плотноупакованной батареи. Разница температур особенно ощутима при ускоренном режиме заряда. Если нельзя избежать существенного увеличения температуры, то при заряде следует вводить корректировку напряжения источника питания.

Переразряд также вреден для свинцово-кислотных батарей, как и перезаряд. При многократных переразрядах уменьшается разрядная емкость и понижается срок службы аккумулятора. Такие же изменения могут происходить и при продолжительном хранении батарей в разряженном состоянии.

В связи с расширением сферы применения герметизированных свинцовых аккумуляторов до обитаемых комплексов специального назначения, где должны применяться мощные источники тока с большим напряжением, стало необходимым исследование последствий возникновения аварийных ситуаций в эксплуатации. Такие ситуации могут происходить как при разбалансировании характеристик аккумуляторов, составляющих батарею, так и в результате ошибочного обслуживания батарей или отказе управляющего оборудования. В этом случае при перезаряде или переразряде батарей, приводящем к переполюсованию наиболее слабых аккумуляторов, может произойти разгерметизация аккумуляторов или даже разрушение их баков.

Было показано, что повреждение корпуса приводит к снижению отдаваемой емкости, но более серьезных проблем не возникает. Даже при полном разрушении контейнера аккумулятора емкость его стала меньше только на 14 %, так как электролит не вытекает, а задерживается в порах электродов и сепаратора. При вскрытии 5 % площади контейнера, аккумуляторы оставались годными для циклирования при снижении разрядной емкости на 15-20 %.

При продолжительном перезаряде (током 0,25 Сн) как свежих аккумуляторов, так и после полтора года эксплуатации в режиме постоянного подзаряда, а также при заряде аккумуляторов при завышенном напряжении (2,6В), чрезвычайного разогрева аккумуляторов не происходило. Температура стабилизируется спустя 4-6 ч на уровне 50-70 °С или затем медленно понижается. Но из-за выброса газов через аварийный клапан происходит осушение аккумуляторов и быстрая их деградация.

Современные герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи обладают достаточно высокими удельными энергетическими характеристиками (до 40 Втч/кг и 100 Втч/л). Они работоспособны в буферном режиме при нормальной температуре в течение продолжительного периода (более 10 лет), а при циклировании обеспечивают несколько сотен циклов до потери 20 % емкости.

Материал сайта: www.powerinfo.ru

Щелочные аккумуляторы: характеристика и применение

Своим наименованием щелочные аккумуляторы обязаны веществу, выполняющему в них функцию электролита. Рассмотрим особенности устройств с разным предназначением.

Сфера применения щелочных батарей

Щелочные АКБ находят применение во множестве областей — от запасных электрогенераторов и локомотивов до портативной техники и электроинструмента (здесь используются Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторы). Входят туда и транспортные средства — трамваи, троллейбусы, грузовые автомобили, редко — легковые.

Конструкция Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов

В  корпус из никелированной стали алкалиновых батареек засыпан порошкообразный цинк. Благодаря материалу тело батарейки заодно выполняет функцию токоотвода заряда «плюс». Внутрь полости, предназначенной для положительно заряженного электрода, ставится вымоченный в электролите сепаратор.

По оси элемента питания ставится токоотвод из латуни — это электрод с отрицательным зарядом. Все остальное место в промежутке между разделителем и токоотводом заполнено специальной пастой, которая представляет собой смесь порошка цинка и щелочного густого электролита.

Батареи более солидных размеров

Устройство их не отличается большой сложностью — это электроды, которые заряжены положительно и отрицательно, отделены друг от друга пластинами из пластмассы, которые, в свою очередь, способствуют беспрепятственному движению щелочного электролита.

Электроды приварены к борну (т.е. токовыводу), который выводится наружу через крышку и фиксируется уплотняющим кольцом. Эти кольца раскрашены по-разному в зависимости от того, положительный или отрицательный выводится борн. Все это находится в стальном либо пластиковом корпусе с отверстием, куда заливается щелочная никель-кадмиевая смесь плотностью 1,19-1,21 г/см³.

Положительные и отрицательные характеристики

Как плюсы батарей со щелочным электролитом высокой плотности и со свинцовым сепаратором можно определить:

• Возможность пользования батареей при температурах от -40 до +50.
• Сохранение работоспособности после хранения в месте, где холоднее -50.
• Небольшая чувствительность к замыканиям и долгому простаиванию.
• Невозможность внезапного отключения, что важно, например, автомобилю.
• В новых аккумуляторах — возможность заряжаться от небольшого тока в домашних условиях и, даже у восстановленных, сниженная потребность в обслуживании, плотность заполнения падает медленно.

Недостатки:

• Удручающе малый КПД — всего около 55%.
• Эффект памяти, который приводит к сокращению емкости щелочных аккумуляторов.
• Так как в аккумуляторах такого типа нужно время от времени менять электролит, обслуживание должен выполнять специалист.

АКБ для солнечных батарей

Хорошее решение, чтобы снабдить свою солнечную батарею — это щелочные аккумуляторы литий-железо-фосфатного типа, и вот почему:

1. Из-за повышенного в сравнении с другими щелочными моделями КПД такие аккумуляторы для солнечных батарей будут обеспечивать хорошее качество заливки энергии.
2. Они практически не страдают от низкого уровня заряда или пребывания в полностью разряженном состоянии, и солнечные системы смогут работать бесперебойно.
3. Аккумуляторами можно пользоваться чуть не дольше, чем солнечной батареей, около 15 лет.

Бытовые щелочные батарейки

Их популярности способствует, с одной стороны, неплохая долговечность, с другой — возможность выдерживать довольно сильные и частые нагрузки. Поэтому их  ставят в часто эксплуатирующиеся предметы — игрушки, мини-плееры, карманные фонарики и лазерные указки.

Щелочные аккумуляторы для автомобилей

Щелочными АКБ пользуются редко, считая их почти экзотическим приспособлением для автомобиля. Несмотря на преимущества в пусковом токе, проценте саморазрядки и испарению электролита, многих владельцев автомобилей заставляют отказаться от покупки такой батареи ее дороговизна и сравнительно громоздкие размеры. Конструкция и правила эксплуатации батарей, установленных на автомобилях, ничем не отличаются от любых щелочных.

Щелочь или кислота – какой аккумулятор лучше и как их отличить?

Отличая виды аккумуляторов, необходимо остановится на каждом значимом показателе, чтобы понять, какой тип лучше подойдет под определенный круг поставленных задач. Итак — чем отличается щелочно-свинцовый элемент от кислотного?

Период использования

Тут лидер — щелочные аккумуляторные батареи. Такое устройство лучше сохраняет характеристики, чем кислотные аналоги.

Сказывается на этом факторе конструкция пластин. С кислотными АКБ с вставлением свинцовых пластинок стоит обращаться осторожно, такие батарейки довольно хрупкие. Пластины же хороших устройств, содержащих щелочной электролит, повредить труднее, и плотность вещества между ними обеспечивает бесперебойную работу.

Напряжение и реакция на его неустойчивость

Здесь все не так однозначно. Если заряжается кислотный аккумулятор, разрешено напряжение до двух вольт. Можно спокойно доводить до полной разрядки и питать батарею с нуля.

Аналогичный показатель в щелочной батарее не может быть больше 1,25 В. С другой стороны, последние гораздо более стойки к замыканиям и перегрузкам.

Цена

Класс кислотно-свинцовых АКБ дешевле, чем щелочный. Кроме того, они не нуждаются в специализированных и дорогих зарядных устройствах — для пользования кислотной батареей достаточно самого простого ЗУ.

Основных внешних отличий между этими типами аккумуляторов два — корпус и масса. Для кислотных обычно используется пластик, и они заметно тяжелее. Щелочной аккумулятор выпускается в стальном корпусе, но вопреки этому гораздо меньше весит.

Итак, покупкой кислотно-свинцового АКБ лучше озаботиться, если планируется частое, чуть ли не ежедневное использование. В отличие от него, щелочь подойдет тем, кто будет эксплуатировать прибор нечасто и не хочет тратить много времени на возню с аккумулятором.

Как зарядить щелочную батарею?

Корректно работающие и подключенные к ЗУ с нормальным уровнем тока устройства отличаются следующими показателями напряжения:

• В начальной стадии зарядки — от 1,4 до 1,45 В.
• К окончанию процесса — от 1,75 до 1,85 В.

Существует несколько установленных режимов зарядки:

• Стандартный — заряжать около шести часов стандартным уровнем тока.
• Усиленный — с таким же током элемент пробудет на зарядке 12 часов.
• Ускоренный — сначала 2-4 часа силой тока, вдвое превышающей номинальную, после чего — еще 2 часа номинальной силой тока.

Последним режимом злоупотреблять не следует.

Применять его рекомендуется только в следующих ситуациях:

1. Аккумуляторную конструкцию используют впервые.
2. Процедуру выработки и восстановления заряда произвели уже более десяти раз.
3. Плотность рабочего вещества упала, и электролит пришлось заново заливать.
4. Уровень заряда опустился слишком низко, и нужно срочно залить энергии.
5. Предыдущий зарядный цикл производило устройство, подающее слабый ток, и процесс был прерван больше чем на 16 часов.

Вне зависимости от типа зарядки, порядок действий того, как зарядить АКБ, одинаков:

1. Выставить необходимую силу тока.
2. Соединить ЗУ с прибором.
3. Включить ток.
4. Ждать и время от времени проверять, не возникло ли каких-то отклонений, не происходит ли перегрев (выше 45°С, для свинцово-щелочных АКБ без литиевых примесей — 35°С).
5. Выключить и отсоединить зарядку от батареи.

Зарядка алкалиновых батареек

Здесь все несколько быстрее, но и требует больше внимания.

Ход процесса:

1. Зарядное устройство включить в сеть.
2. Зарядные провода прикрепить к АКБ, полярность должна совпадать.
3. Следить за температурой заряжаемого элемента, до тех пор, пока она не достигнет 50°С (не больше пяти минут). Как только это произойдет, сразу же отключить от зарядки и в течение двух минут остужать.
4. Пока батарейки совсем не остыли, начинается шоковый этап подпитки. Соединить их снова с включенным ЗУ и примерно две минуты максимально быстро подключать и отключать, не глядя на температуру.
5. Проконтролировать вольтаж — должно быть значение примерно 1,75 вольт.
6. Чтобы элементы не разряжались моментально, поместить их в морозилку на десять минут, достать, оставить на пару минут.

Вот и все, батарейку можно вставлять в приборы и пользоваться.

Как проходит восстановление щелочной АКБ?

При возникновении неполадок совсем не обязательно покупать новое устройство, потому что такую технику несложно восстановить.

Делается это так:

• Полный разряд аккумуляторной батареи, удаление электролита.
• Разбор восстанавливаемой конструкции, отсоединение пластин и электродов.
• Свинцовую пластину и электроды с плюсом отмочите в растворе серной кислоты плотностью ~1,27 гр./см³. Пластины 3 часа, электроды 20 секунд. Кислотная среда поможет восстановить потерянные диэлектрические свойства.
• Вымоченные в кислоте детали недолго держат залитыми дистиллированной водой, а потом восстанавливают раствором щелочи (электроды с зарядом минус обрабатываются только последними двумя веществами, минуя кислоту).
• Извлеченные элементы ставьте на свои места в аккумуляторе, залейте раствор щелочного электролита (его плотность ~1,18 гр./см³) и зафиксируйте крышку.
• Батарейка заряжается, потом специально разряжается. После этого можно ее снова зарядить, и восстановленную использовать.

О восстановлении бытовых щелочных батареек

Здесь все гораздо проще, чем с большими аккумуляторами. Для того, чтобы минимизировать потерю емкости в результате разрядов, батарейку надо восстанавливать, или тренировать.

Схема «тренировки» выглядит так:

1. Разрядить АКБ до напряжения меньше вольта (примерно 0,8).
2. До вольта довести током в десять процентов емкости элемента.
3. Далее увеличить ток до 30% его электроемкости и заряжать около трех или четырех часов.
4. Для сильно разряженных аккумуляторов стоит произвести такую зарядку несколько раз подряд.

Щелочная АКБ — это вещь, которая требует к себе не слишком частого внимания, но осторожного обращения. Если обеспечить их в полной мере, то можно получить в свое распоряжение надежное и стабильное устройство, которое будет радовать бесперебойной работой в течение долгих лет и полностью оправдает свою цену, даже если придется приплатить за батарею от известной фирмы.

Что такое тяговые аккумуляторы

Промышленная, бытовая сфера часто пользуется техникой техника, специфика которой не позволяет применять на оборудовании классические двигатели внутреннего сгорания. Это объясняется существующими нормами пожарной безопасности. К данному типу техники относятся, к примеру, складское оборудование – штабелеры, погрузчики, гидравлические тележки. Мощные тяговые батареи, их применение расширяется бытовыми ситуациями, например, электромоторные лодки, автомобили, оснащенные электрическим двигателем.

Область применения тяговых аккумуляторных батарей объясняется их специфическим устройством, характеристиками, о которых мы поговорим рамками этого обзора.

Какими бывают тяговые батареи: классификация

По своим конструктивным особенностям данный тип АКБ достаточно схож с классическими аккумуляторами, специфика которых определяется стандартными промышленными, бытовыми условиями. Сегодня выделяют два основных типа:

• свинцово-кислотные модели, где роль электролитного вещества выполняет раствор серной кислоты, а анодные, катодные пластины изготовлены из свинца, где расположена активная масса;
• гелевые батареи варианты – необслуживаемые АКБ, где электролит представляет собой густое вещество, зачастую производителями используется надежный, зарекомендовавший себя селикагель.

Первое представление складывается достаточно очевидное: тяговые батареи конструктивными своими особенностями схожи с классическими моделями АКБ. Однако их внутренние свойства несколько отличаются от стандартных (нетяговых).

Мы отметили два основных типа батарей этой разновидности. Однако современная практика показывает, что редкие случаи промышленного, бытового применения относят нас к использованию еще несколько видов АКБ тяговых характеристик. Например, это щелочные модельные варианты, где электродные пластины – это комбинация никеля и железа. Электролитное вещество – щелочной раствор, химически реагирующий с данными металлами.

Есть еще два почти «экзотических» варианта АКБ такого типа: батареи, оснащенные пластинами кадмий-никелевого строения, а также аккумуляторы, изготовленные при помощи электродов серебра и цинка. Два озвученных типа батарей используются современной погрузочной, складской, бытовой техникой достаточно редко. Например, последняя разновидность АКБ (серебряно-цинковая) стоит больших денег, а большой долговечностью не отличается.

Устройство тяговых аккумуляторов

Из вышесказанного многие могут сделать поспешный вывод – никаких отличий от классических свинцово-кислотных или гелевых батарей у подобных моделей нет. Однако делать такой вывод поспешно. Действительно, химическая структура у таких аккумуляторов схожа, технология изготовления имеет много общего, однако есть существенные моменты, на которые следует обратить внимание.

Первым делом следует обозначить конструктивное строение. Тяговые разновидности представляют собой целый блок последовательно соединенных секций. Каждая отдельная секция является, можно сказать, отдельным аккумулятором, который работает связкой с другими. Отличия от классических АКБ объясняется еще следующей особенностью – корпус тяговых моделей изготавливается из принципиально новых, подходящих для условий эксплуатации материалов. Исходя из эксплуатационных особенностей, разработчики берут за основу изготовления аккумуляторного корпуса эбонит, стекло или же керамику. Иными словами те материалы, которые будут стойкими к кислоте, внешним условиям эксплуатации.

Многосекционные батареи бывают разных параметров напряжения. Каждая секция это «мини-аккумулятор» с напряжением в 2В. Особую популярность получили модели, состоящие из шести секций, то есть аккумуляторные батареи на 12В.

Отдельный пункт устройства таких моделей АКБ – это их электродные пластины. Если мы возьмем строение классической аккумуляторной батареи, то увидим следующую особенность, закономерность – подобного типа АКБ анодные, катодные пластины изготовлены тонкими, малого веса. Если же мы поинтересуемся конструктивными особенностями пластин тяговых АКБ, то здесь нас ждут значительные изменения. Электродные пластины тяговых разновидностей – толстые, большие. Такая конструкция позволяет работать им гораздо дольше, быть намного долговечнее, чем, например, стартерные аккумуляторы.

Собственно, толстые, большие пластины объясняют, почему внешний батарейный корпус изготовлен с помощью такой массивной конструкции, почему он состоит из множества секций. Двухвольтная секция АКБ данного типа зачастую гораздо больше, массивнее, чем двенадцативольтный классический аккумулятор. Это никоим образом нельзя расценивать как недостаток. Наоборот – массивные пластины разрушаются гораздо медленнее, большой надежный корпус является более долговечным.

Где применяются тяговые аккумуляторы

Применение тяговых аккумуляторов сообразуется с их внутренним строением, характеристиками. АКБ тягового типа обеспечивают беспрерывную, надежную работу различной техники складского, промышленного, бытового назначения. Погрузочная техника на складах – одно из основных направлений, где используются тяговые модели. Существенную роль здесь отыгрывает то, что мы обозначали начальными положениями: на складах по нормам пожарной безопасности нельзя применять в качестве питания двигатели на топливе. Поэтому беспрерывное питание мощных тяговых батарей – именно то, что необходимо в таких случаях.

Данный аккумуляторный тип может использоваться в бытовых условиях, например, устанавливаться на электромоторные лодки. Существенный выигрыш по мощности, емкости, рабочей надежности могут обеспечить более комфортные условия эксплуатации лодки по сравнению с обычными моделями АКБ.

Свинцово-кислотные тяговые аккумуляторы: особенности и применение

В целом, внутренняя химическая конструкциях такого батарейного типа практически ничем не отличается от классических моделей. Если суммировать то, что было сказано выше, можно констатировать: аккумуляторы состоят из электродных пластин положительного и отрицательного заряда, роль электролита исполняет раствор серной кислоты. Однако пластины здесь намного больше, толще, чем у классических моделей.

Применение такого типа аккумуляторов универсально. Однако стоит не забывать, что электролитное вещество представляет собой кислоту, опасную для человека. Кроме того, процесс заряда – это неизбежное выделение водорода, что способствует образованию газов в помещении. Поэтому помещения для использования данных моделей должны быть проветриваемые.

Гелевые тяговые аккумуляторы: применения и основные особенности

В качестве электролита данный тип АКБ «оснащается» гелем, точнее селикагелем. Это вещество обеспечивает безопасную необслуживаемую работу аккумуляторной батареи. Корпус полностью герметичен, доступа к внутреннему строению гелевого аккумулятора нет. Это более дорогостоящие модели, однако более безопасны для использования. Однако в большинстве случаев срок эксплуатации гелевых моделей данного типа меньше, чем у свинцово-кислотных – около пяти лет.

Применение гелевых моделей также универсально, при этом более безопасно для различных помещений.

Как выбрать тяговый аккумулятор

Выбирать батарею данной разновидности следует практически точно так же, как и АКБ классического типа. Обязательно соотносим выбор батареи с ее конечным назначением, условиями эксплуатации. Поэтому, прежде всего, обращаем внимание на такие параметры как мощность аккумулятора, емкость, количество циклов, возможность ускоренной зарядки, температурные режимы для работы АКБ.

KILOWATT рекомендует

Купить тяговый аккумулятор вы можете в нашем интернет-магазине. Неплохие модели батарей предлагает компания Sonnenschein – известный немецкий производитель. Также можно остановить свой выбор на аккумуляторах Ventura и Ventura DC Solar – отличные АКБ данного типа, справляющиеся с поставленными задачами на все сто процентов. Ассортимент снабжен всеми необходимыми разновидностями – кислотные, гелевые типы. Аккумуляторы VS Battery и батареи компании Exide – существенный прорыв аккумуляторного рынка, где разработчики используют новые технологии создания электродных пластин, электролита для большей производительности и надежности работы.

 

Что делает что-то кислым или щелочным?

pH происходит от термина «сила водорода» или концентрации ионов водорода, присутствующих в данном растворе. Это помогает измерить кислотность или щелочность вещества. Щелочность или основность — это альтернативные термины для обозначения одной и той же химической характеристики.

Кредит изображения: Виктор Вонг / Shutterstock

Что такое pH?

pH — это отрицательная логарифмическая шкала, которая измеряет молярную концентрацию ионов водорода от 1 до 10 ¹⁴ ионов.Следовательно, у него нет единицы измерения.

Числа в отрицательном логарифмическом масштабе уменьшаются по величине на порядок 10 по сравнению с предыдущим. При pH 1 концентрация ионов водорода в 10 раз выше, чем при 2.

.

Таким образом, pH выражается как pH = log 1 / [H +] = −log [H +]. Квадратная скобка — символ концентрации вещества.

Чистая вода имеет pH 7, что считается совершенно нейтральным. Это означает, что в нем точно равное количество ионов водорода и гидроксила.Любое вещество, находящееся слева от этой точки шкалы, считается кислым. Все вещества, pH которых находится справа от 7 по шкале, являются основными.

Например, вещество с pH 4 по шкале на 3 пункта ниже воды с pH 7. По логарифмической шкале это означает разницу в 10 ³ или 1000. Таким образом, гипотетическое вещество в 1000 раз кислотнее чистой воды. В самой сильной из возможных кислот ионов водорода в сто триллионов раз больше, чем в самой слабой (самая слабая кислота — это самое сильное основание).

Щелочность определяет способность раствора нейтрализовать кислоту. Он также может описывать способность воды действовать в качестве буфера, поддерживая стабильный pH, несмотря на небольшие изменения химического состава воды за счет добавления небольших количеств кислот или оснований. В природной воде щелочность вызвана присутствующими в ней слабыми кислотными солями, такими как бикарбонаты.

pH в зависимости от общей щелочности в химии воды | Доска Orenda Играть

Что такое кислоты и щелочи

В чистой воде небольшая часть молекул теряет один водород из структуры H ₂ O в процессе, называемом диссоциацией.Таким образом, вода содержит небольшое количество ионов водорода H + и остаточных гидроксильных ионов OH-.

Существует равновесие между постоянным образованием и диссоциацией небольшого процента молекул воды.

Ионы водорода (OH ^— ) в воде соединяются с другими молекулами воды с образованием ионов гидроксония, H ₃ O ⁺ , которые чаще всего называют ионами водорода. Поскольку эти ионы гидроксила и гидроксония находятся в равновесии, раствор не является ни кислым, ни щелочным.

Кислота — это вещество, которое отдает ионы водорода в раствор, а основание или щелочь — это вещество, которое поглощает ионы водорода.

Все вещества, содержащие водород, не являются кислотными, поскольку водород должен присутствовать в состоянии, которое легко выделяется, в отличие от большинства органических соединений, которые очень прочно связывают водород с атомами углерода. Таким образом, pH помогает количественно оценить силу кислоты, показывая, сколько ионов водорода она выделяет в раствор.

Соляная кислота — сильная кислота, потому что ионная связь между водородом и ионами хлора является полярной, которая легко растворяется в воде, генерируя много ионов водорода и делая раствор очень кислым.Вот почему у него очень низкий pH. Этот вид диссоциации в воде также очень благоприятен с точки зрения получения энергии, поэтому это происходит так легко.

Слабые кислоты — это соединения, которые действительно отдают водород, но не очень быстро, например, некоторые органические кислоты. Например, уксусная кислота, содержащаяся в уксусе, содержит много водорода, но в группе карбоновых кислот, которая удерживает ее ковалентными или неполярными связями.

В результате только один из атомов водорода может покинуть молекулу, и даже в этом случае, отдавая молекулу, стабильность не достигается.

Основание или щелочь принимает ионы водорода, а при добавлении в воду он впитывает ионы водорода, образованные при диссоциации воды, так что баланс смещается в пользу концентрации гидроксильных ионов, делая раствор щелочным или щелочным.

Примером обычного основания является гидроксид натрия или щелок, используемый для изготовления мыла. Когда кислота и щелочь присутствуют в точно равных молярных концентрациях, ионы водорода и гидроксила легко реагируют друг с другом, образуя соль и воду в реакции, называемой нейтрализацией.

Дополнительная литература

Кислоты, основания и шкала pH

Убедитесь, что в вашем браузере включен JavaScript. Если вы оставите отключенным JavaScript, вы получите доступ только к части предоставляемого нами контента. Вот как.

Что значит для раствора быть кислотным или основным (щелочным)?

Это все связано с ионами водорода (сокращенно с химическим символом H ⁺ ).В воде (H ₂ O) небольшое количество молекул диссоциирует (расщепляется). Некоторые молекулы воды теряют водород и становятся гидроксид-ионами (OH ^— ). «Потерянные» ионы водорода соединяются с молекулами воды с образованием ионов гидроксония (H ₃ O ⁺ ). Для простоты ионы гидроксония обозначаются как ионы водорода H ⁺ . В чистой воде одинаковое количество ионов водорода и гидроксид-ионов. Раствор не является ни кислым, ни основным.

Кислота — это вещество, которое отдает ионы водорода.Из-за этого, когда кислота растворяется в воде, баланс между ионами водорода и гидроксид-ионами смещается. Теперь в растворе больше ионов водорода, чем гидроксид-ионов. Такой раствор кислый.

A base — это вещество, которое принимает ионы водорода. Когда основание растворяется в воде, баланс между ионами водорода и гидроксид-ионами смещается в противоположную сторону. Поскольку основа «впитывает» ионы водорода, в результате получается раствор с большим количеством гидроксид-ионов, чем ионов водорода.Это щелочной раствор.

Кислотность и щелочность измеряются по логарифмической шкале pH . Вот почему: сильнокислый раствор может содержать в сто миллионов миллионов или сто триллионов (10000000000000000) раз больше ионов водорода, чем сильно щелочной раствор! Обратной стороной, конечно же, является то, что сильно щелочной раствор может содержать в 100000000000000 раз больше гидроксид-ионов, чем сильнокислый раствор. Более того, концентрации ионов водорода и гидроксид-иона в повседневных растворах могут варьироваться во всем этом диапазоне.

Чтобы легче было иметь дело с этими большими числами, ученые используют логарифмическую шкалу , шкалу pH. Каждое изменение шкалы pH на одну единицу соответствует десятикратному изменению концентрации ионов водорода. Шкала pH теоретически открытая, но большинство значений pH находятся в диапазоне от 0 до 14. Намного проще использовать логарифмическую шкалу, вместо того, чтобы всегда записывать все эти нули! Кстати, обратите внимание, как сто миллионов миллионов — это единица с четырнадцатью нулями после нее? Это не совпадение, это логарифмы!

Точнее, pH — это отрицательный логарифм концентрации ионов водорода:

pH = −log [H ⁺ ]

Квадратные скобки вокруг H ⁺ для химика автоматически означают «концентрацию».Уравнение означает именно то, что мы говорили ранее: на каждую единицу изменения pH концентрация ионов водорода изменяется в десять раз. Чистая вода имеет нейтральный pH 7. Значения pH ниже 7 являются кислыми, а значения pH выше 7 — щелочными (основными). В таблице 1 приведены примеры веществ с разными значениями pH (Decelles, 2002; Environment Canada, 2002; EPA, дата неизвестна).

Значение pH	H + Концентрация относительно чистой воды	Пример
0	10 000 000	аккумулятор кислотный
1	1 000 000	желудочная кислота
2	100 000	лимонный сок, уксус
3	10 000	апельсиновый сок, газированная вода
4	1 000	томатный сок, кислотный дождь
5	100	черный кофе, бананы
6	10	моча, молоко
7	1	чистая вода
8	0.1	морская вода, яйца
9	0,01	пищевая сода
10	0,001	Great Salt Lake, магнезиальное молоко
11	0,000 1	раствор аммиака
12	0,000 01	мыльная вода
13	0.000 001	отбеливатель, средство для чистки духовки
14	0,000 000 1	очиститель слива жидкости

Таблица 1. Шкала pH: некоторые примеры

Как измерить pH раствора?

pH жидкости или раствора часто является важной информацией в науке. Измерение pH может быть выполнено просто и быстро с помощью тестовой бумаги pH , индикаторных палочек pH или pH-метра .Бумага для проверки pH и индикаторные палочки — это кусочки бумаги или более жесткие палочки, которые содержат индикатора pH (химические вещества, которые меняют цвет в зависимости от того, насколько кислотный или щелочной является раствор). Для измерения pH в жидкость погружают кусок тестовой бумаги pH или индикаторную палочку. Затем цвет смоченной бумаги / карандаша подбирается в соответствии с цветовым ключом, который поставляется с контейнером с бумагой для тестирования pH или индикаторными полосками. Каждый цвет на кнопке соответствует разному pH. Пример использованной индикаторной палочки pH и соответствующей цветовой кнопки показан ниже на Рисунке 1.pH-метры — это электронные устройства, которые используются для измерения pH. Они состоят из зонда, погруженного в раствор, и цифрового считывающего устройства. pH-метры даже более точны, чем тестовая бумага для pH или индикаторные палочки. В таблице 2 ниже описаны типы устройств для измерения pH, которые лучше всего подходят для различных приложений в научных проектах, а также представлена ​​быстрая ссылка на покупку различных бумаг для измерения pH и индикаторных палочек.

Рисунок 1.Тестовая бумага pH (не показана) и индикаторные палочки pH (показаны здесь) погружаются в раствор, затем сопоставляются с цветовой клавишей для определения концентрации раствора. приблизительный pH (Michael Krahe, 2005).

Арт.	pH Обнаружение Диапазон	Интервалы обнаружения	Попробовать приобрести	Научный проект Совместимость
Индикаторная палочка с широким диапазоном значений	0-14	1	Hydrion (9800) Spectral 0-14 Пластиковая pH-полоска	Подходит для большинства проектов начального уровня, когда цель состоит в том, чтобы просто выяснить, является ли что-то кислым или основным.
Тестовая бумага для широкого диапазона pH	1-14	1	Диспенсер Hydrion S / R 1.0-14.0
Тестовая бумага для короткого диапазона pH	0,0 — 6,0	0,5	Дозатор Hydrion S / R 0,0-6,0	Подходит для проектов среднего уровня, где целью является наблюдение за медленным изменением pH раствора. Например, ферментация продуктов.
Тестовая бумага для короткого диапазона pH	6,5 — 13,0	0,5	Дозатор Hydrion S / R 6.5-13.0
Тестовая бумага для измерения pH в микродиапазоне	2,9 — 5,2	0,2 / 0,3	Hydrion MicroFine Disp. 2,9-5,2	Подходит для более сложных исследований, цель которых — найти решение в узком диапазоне. Например, ассортимент, подходящий для водных организмов.
Тестовая бумага для измерения pH в микродиапазоне	5,5 -8,0	0,2 / 0,3	Hydrion MicroFine Disp. 5.5-8.0
Тестовая бумага для измерения pH в микродиапазоне	7,9 — 9,7	0,3	Hydrion MicroFine Disp. 7,9-9,7
Тестовая бумага для pH	9,2 — 10,6	0,2 / 0,3	Hydrion MicroFine Disp.9,2-10,6
pH-метры	0-14	0,1 или меньше в зависимости от счетчика	Высококачественные pH-метры могут быть дорогими. Мы рекомендуем перед покупкой проверить, есть ли такой в ​​вашей местной химической лаборатории в средней школе. Доступны различные модели от Amazon.com.	Подходит для более сложных исследований, в которых значение pH раствора или имеет значение.Например, при создании буферов для биотехнологического проекта.
Набор для калибровочного раствора pH	3 раствора с pH: 4,0, 7,0 и 10,0		Набор для калибровки pH Atlas Scientific	Необходим для калибровки pH-метров.

Таблица 2. Приведенные выше элементы можно использовать для измерения pH в научных проектах и ​​других домашних и хобби-приложениях. Щелкнув ссылку для покупки, вы перейдете прямо к продукту по адресу www.amazon.com.

Чтобы получить точные показания pH, всегда помните:

• Подождите минуту или две после добавления кислоты или основания в раствор. Это позволит завершить реакцию (отданные [кислотные] или принятые [основания] ионы) до того, как вы начнете проводить измерения.
• Перед измерением тщательно перемешайте раствор. Это поможет обеспечить однородность раствора.

При использовании бумаги для проверки pH / индикаторных палочек необходимо также:

• Убедитесь, что используете только бумагу / палочки, которые ранее не были намочены.
• Подождите, пока цвет перестанет меняться (максимум 1-2 минуты), прежде чем сопоставить бумагу / стик с цветовым ключом. Не ждите более 5 минут после того, как цвет стабилизируется, иначе он может начать блекнуть и повлиять на точность ваших считываний.

При использовании pH-метра необходимо также:

• Внимательно прочтите руководство для pH-метра перед его использованием.
• Промывайте зонд pH-метра дистиллированной водой перед каждым считыванием.
• Используйте растворы с известными значениями pH, см. Таблицу 2, чтобы проверить точность калибровки pH-метра.
• Перед снятием показаний убедитесь, что зонд pH-метра должным образом погружен в раствор.

Библиография

Для получения дополнительной информации о кислотах, щелочах и шкале pH, попробуйте эту ссылку:

Видео о нашей науке

Сделайте слякоть! Вкусный STEM Project Сделайте слякоть! Вкусный STEM Project

Откройте для себя флипбуки

Усадка картофеля с помощью осмоса — STEM-активность Усадка картофеля с помощью осмоса — STEM-активность

Шкала pH | Биология для неосновных I

Что вы научитесь делать: продемонстрировать знакомство со шкалой pH

Большинство людей знакомы со словами кислая и кислая — будь то из-за кислотного дождя или кислой пищи, такой как лимонный сок.Однако меньшее количество людей знает о кислоте, противоположной кислоте: основание (также называемое щелочной ). К основным веществам относятся такие вещества, как пищевая сода, мыло и отбеливатель. Дистиллированная вода — нейтральное вещество. Шкала pH, которая измеряется от 0 до 14, показывает, насколько кислым или основным является вещество.

Большинство частей нашего тела (за исключением желудочного сока) имеют величину от 7,2 до 7,6 по шкале pH (7 — нейтральный показатель по шкале). Если посторонние сильные вещества резко изменят этот pH, наш организм больше не сможет нормально функционировать.

В результате мы узнаем о кислотах и ​​основаниях и о том, какое влияние они могут оказать на живые системы.

Результаты обучения

• Определите характеристики кислот
• Определите характеристики баз
• Определите буферы и обсудите роль, которую они играют в биологии человека

Шкала pH варьируется от 0 до 14. pH раствора является мерой его кислотности или щелочности (основания). Вы, вероятно, использовали лакмусовую бумагу, бумагу, обработанную натуральным водорастворимым красителем, чтобы ее можно было использовать в качестве индикатора pH, чтобы проверить, сколько кислоты или основания (щелочности) существует в растворе.Возможно, вы даже использовали их, чтобы убедиться, что вода в открытом бассейне очищена должным образом.

Рис. 1. Шкала pH измеряет количество ионов водорода (H ⁺ ) в веществе. (кредит: модификация работы Эдварда Стивенса)

Этот тест pH измеряет количество ионов водорода, которое существует в данном растворе. Высокие концентрации ионов водорода приводят к низкому pH (кислые вещества), тогда как низкие уровни ионов водорода приводят к высокому pH (основные вещества).Общая концентрация ионов водорода обратно пропорциональна его pH и может быть измерена по шкале pH (Рисунок 1). Следовательно, чем больше присутствует ионов водорода, тем ниже pH; и наоборот, чем меньше ионов водорода, тем выше pH. Изменение на одну единицу шкалы pH представляет собой изменение концентрации ионов водорода в 10 раз, изменение на две единицы представляет собой изменение концентрации ионов водорода в 100 раз. Таким образом, небольшие изменения pH представляют собой большие изменения концентраций ионов водорода.Чистая вода нейтральна. Он не является ни кислым, ни основным, и его pH составляет 7,0. Все, что ниже 7,0 (от 0,0 до 6,9), является кислотным, а все, что выше 7,0 (от 7,1 до 14,0), является щелочным. Кровь в ваших венах слегка щелочная (pH = 7,4). Среда в желудке очень кислая (pH от 1 до 2). Апельсиновый сок имеет умеренную кислотность (pH = приблизительно 3,5), тогда как пищевая сода является щелочной (pH = 9,0).

Кислоты — это вещества, которые выделяют ионы водорода (H ⁺ ) и понижают pH, тогда как основания выделяют ионы гидроксида (OH ^— ) и повышают pH.Чем сильнее кислота, тем легче она отдает H ⁺ . Например, соляная кислота и лимонный сок очень кислые и легко выделяют H ⁺ при добавлении в воду. И наоборот, основания — это те вещества, которые легко отдают OH ^—. Ионы OH ^— соединяются с H ⁺ с образованием воды, которая повышает pH вещества. Гидроксид натрия и многие бытовые чистящие средства очень щелочные и быстро выделяют OH ^— при помещении в воду, тем самым повышая pH.

Буферы

Большинство клеток нашего тела работают в очень узком диапазоне шкалы pH, обычно в пределах от 7,2 до 7,6. Если pH тела выходит за пределы этого диапазона, дыхательная система не работает, как и другие органы тела. Клетки больше не функционируют должным образом, и белки будут разрушаться. Отклонение от диапазона pH может вызвать кому или даже смерть.

Так как же мы можем проглотить или вдохнуть кислые или основные вещества и не умереть? Буферы — это ключ.Буферы легко поглощают избыток H ⁺ или OH ^—, тщательно поддерживая pH тела в вышеупомянутом узком диапазоне. Двуокись углерода является частью заметной буферной системы в организме человека; он поддерживает pH в нужном диапазоне. Эта буферная система включает угольную кислоту (H ₂ CO ₃ ) и анион бикарбоната (HCO ₃ ^—). Если слишком много H ⁺ попадает в организм, бикарбонат объединяется с H ⁺ , образуя угольную кислоту и ограничивая снижение pH.

Аналогичным образом, если в систему вводится слишком много OH ^— , угольная кислота быстро диссоциирует на бикарбонат и ионы H ⁺ . Ионы H ⁺ могут объединяться с ионами OH ^— , ограничивая увеличение pH. Хотя угольная кислота является важным продуктом в этой реакции, ее присутствие мимолетно, потому что углекислота выделяется из организма в виде углекислого газа каждый раз, когда мы дышим. Без этой буферной системы pH в нашем организме будет слишком сильно колебаться, и мы не сможем выжить.

Резюме: буферы, pH, кислоты и основания

pH раствора является мерой концентрации ионов водорода в растворе. Раствор с большим количеством ионов водорода кислый и имеет низкое значение pH. Раствор с большим количеством гидроксид-ионов является основным и имеет высокое значение pH. Шкала pH находится в диапазоне от 0 до 14, при этом pH 7 является нейтральным. Буферы — это растворы, которые замедляют изменение pH при добавлении кислоты или основания в буферную систему. Буферы важны в биологических системах из-за их способности поддерживать постоянный уровень pH.

Практический вопрос

Используя pH-метр, вы обнаружите, что pH неизвестного раствора равен 8,0. Как бы вы описали это решение?

1. слабокислый
2. сильнокислый
3. слабоосновная
4. сильно простой

Показать ответ

Это решение слабоосновное. Помните, что pH 7,0 нейтрален. Все, что выше (7–14), является основным, а все, что ниже (0–6), является кислотным.

pH лимонного сока составляет около 2,0, тогда как pH томатного сока составляет около 4.0. Насколько приблизительно увеличивается концентрация водородных ионов между томатным и лимонным соками?

1. 2 раза
2. 10 раз
3. 100 раз
4. 1000 раз

Показать ответ

Лимонный сок в 100 раз кислотнее томатного. Помните, что каждый шаг шкалы pH означает изменение концентрации в 10 раз. Поскольку томатный сок имеет pH 4,0, а лимонный сок — 2,0, концентрация изменится в 10 раз.

Проверьте свое понимание

Ответьте на вопросы ниже, чтобы увидеть, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе. В этой короткой викторине , а не засчитываются в вашу оценку в классе, и вы можете пересдавать ее неограниченное количество раз.

Используйте этот тест, чтобы проверить свое понимание и решить, следует ли (1) изучить предыдущий раздел дальше или (2) перейти к следующему разделу.

pH | Определение, использование и факты

PH , количественная мера кислотности или основности водных или других жидких растворов.Этот термин, широко используемый в химии, биологии и агрономии, переводит значения концентрации иона водорода, которые обычно находятся в диапазоне от 1 до 10 ^-14 грамм-эквивалентов на литр, в числа от 0 до 14. В чистая вода, которая является нейтральной (ни кислой, ни щелочной), концентрация иона водорода составляет 10 ^-7 грамм-эквивалентов на литр, что соответствует pH 7. Раствор с pH менее 7 считается кислым. ; раствор с pH более 7 считается щелочным или щелочным.

Измерение было первоначально использовано датским биохимиком S.P.L. Соренсена для представления концентрации водородных ионов, выраженной в эквивалентах на литр, водного раствора: pH = −log [H ⁺ ] (в выражениях такого рода заключение химического символа в квадратные скобки означает, что концентрация символизируемый вид — это рассматриваемое количество).

Подробнее по этой теме

биосфера: ph

Относительная кислотность или щелочность раствора указывается шкалой pH, которая является мерой концентрации ионов водорода в нем…

Из-за неопределенности в отношении физического значения концентрации ионов водорода определение pH является рабочим; т. е. основан на методе измерения. Национальный институт стандартов и технологий США определил значения pH с точки зрения электродвижущей силы, существующей между определенными стандартными электродами в определенных растворах.

pH обычно измеряется с помощью pH-метра, который переводит в показания pH разность электродвижущей силы (электрического потенциала или напряжения) между подходящими электродами, помещенными в тестируемый раствор.По сути, pH-метр состоит из вольтметра, прикрепленного к pH-чувствительному электроду, и эталонного (неизменяемого) электрода. Чувствительный к pH электрод обычно представляет собой стеклянный, а эталон — обычно ртутно-ртутный хлоридный (каломельный) электрод, хотя иногда используется электрод из хлорида серебра и серебра. Когда два электрода погружены в раствор, они действуют как батарея. Стеклянный электрод создает электрический потенциал (заряд), который напрямую связан с активностью ионов водорода в растворе, а вольтметр измеряет разность потенциалов между стеклянным и контрольным электродами.Счетчик может иметь цифровой или аналоговый (шкала и отклоненная стрелка) показания. Цифровые показания имеют преимущество точности, тогда как аналоговые показания лучше показывают скорость изменения. Портативные pH-метры с батарейным питанием широко используются для полевых испытаний pH почвы. Тесты pH также могут быть выполнены, менее точно, с помощью лакмусовой бумаги или путем смешивания индикаторных красителей в жидких суспензиях и сопоставления полученных цветов с цветовой диаграммой, откалиброванной по pH.

pH-метр

pH-метр используется для измерения кислотности или основности жидкостей.

© photongpix / Fotolia Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

В сельском хозяйстве pH, вероятно, является наиболее важным параметром влажности, связанной с почвой, поскольку этот показатель показывает, какие культуры будут легко расти в почве и какие корректировки необходимо внести, чтобы адаптировать их для выращивания любых других культур. Кислые почвы часто считаются неплодородными, и поэтому они подходят для большинства обычных сельскохозяйственных культур, хотя хвойные деревья и многие члены семейства вересковых, такие как черника, не будут расти в щелочной почве.Кислотную почву можно «подсластить» или нейтрализовать, обработав ее известью. По мере увеличения кислотности почвы увеличивается и растворимость алюминия и марганца в почве, и многие растения (включая сельскохозяйственные культуры) переносят лишь незначительные количества этих металлов. Кислотность почвы повышается за счет разложения органических материалов под действием микробов, гидролизующих или нитрифицирующих солей удобрений, окисления соединений серы при осушении солончаков для использования в качестве сельскохозяйственных угодий и по другим причинам.

Аккумуляторная батарея | Коалиция по переработке отходов Джорджии

Что за все эти разные типы батарей?

Аккумулятор — это просто аккумулятор для электрической энергии. Батареи обычно называют в честь одного или двух материалов внутри батареи, которые хранят энергию. Итак, щелочная батарея названа так потому, что она содержит щелочной электролит, обычно гидроксид калия.

Единственное существенное различие между батареями — это их размер и материалы, из которых они изготовлены.То же самое касается разницы между аккумуляторными и одноразовыми батареями. Перезаряжаемые батареи содержат материалы, которые можно перезарядить, если в батарею подать электричество, в то время как одноразовые батареи содержат материалы, которые нельзя перезарядить. Наиболее распространенными одноразовыми батареями являются щелочная батарея и литиевая батарея. Наиболее распространенными перезаряжаемыми батареями являются литий-ионные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные, никель-цинковые и небольшие герметичные свинцовые батареи. Батареи для таких устройств, как сотовые телефоны, плееры iPod и ноутбуки, как правило, перезаряжаемые, в то время как одноразовые батареи — это AA, AAA, D и т. Д.батарейки, которые мы используем во многих различных устройствах.

---

Связанная информация

Как утилизировать аккумуляторы?

Нелегко найти возможности бесплатной утилизации щелочных батарей. Рентабельные, экологически безопасные переработчики вторичного сырья еще не доступны повсеместно. Поскольку содержание ртути в щелочных батареях было снижено, их можно безопасно утилизировать вместе с бытовым мусором. Их принимают через IKEA и некоторые магазины бытовой техники и товаров для дома в небольших количествах.Большие количества могут быть переработаны в Battery Recycling Made Easy в Калхуне, Джорджия (678) 721-0022, или в Davis Recycling в Атланте (404) 524-1746. Управление отходами начало новую программу под названием «Думай экологично из дома». Эта программа позволяет потребителям отправлять старые одноразовые батареи в WM для переработки за небольшую плату. Посетите https://www.thinkgreenfromhome.com, чтобы узнать больше.

Перезаряжаемые батареи, которые могут быть легко переработаны, включают никель-кадмиевые, никель-металлогидридные и ионно-литиевые батареи, которые используются в телефонах, видеокамерах, электроинструментах и ​​ноутбуках.Для получения информации об утилизации аккумуляторных батарей позвоните по телефону 1-800-822-8837 или посетите сайт www.call2recycle.org (Call2Recycle, Inc.). В число участвующих мест входят RadioShack, Home Depot, AT&T Mobility, Wal-Mart и Ace Hardware, а также множество мест для выезда из местных сообществ.

А как насчет автомобильных аккумуляторов?

Автомобильные аккумуляторы, также известные как свинцово-кислотные аккумуляторы, запрещено выбрасывать на свалки в Джорджии. Они должны быть переработаны в соответствии с законодательством Джорджии.Уточните у местного автомобильного дилера, в магазине аккумуляторов или в другом магазине по поводу утилизации этих аккумуляторов. Когда вы покупаете новый автомобильный аккумулятор, дилер или торговая точка должны сдать старый аккумулятор на переработку.

---

Ресурсы вторичной переработки

• http://www.call2recycle.org/ — Call2Recycle предоставляет обширные ресурсы, чтобы найти местное место, где можно бесплатно взять аккумуляторные батареи.
• https://www.thinkgreenfromhome.com/ThinkGreenFromHome.cfm — Управление отходами предлагает дешевую услугу в рамках своей новой программы Think Green From Home по утилизации одноразовых батарей, а также компактных люминесцентных ламп.За небольшую плату WM отправит вам посылку с предоплаченными почтовыми расходами за ваши батареи, которые вы затем сможете отправить обратно для утилизации.
• Earth911.org — Earth 911 предоставляет базу данных с возможностью поиска для многих вторсырья, включая батареи. Выполняйте поиск по материалу и по почтовому индексу, чтобы сузить результаты до центров приема батарей в вашем районе.
• http://www.batteryrecycling.com/ — Battery Solutions предлагает множество программ, адаптированных к корпоративным, государственным и бытовым потребностям утилизации батарей, от программ заказа по почте до программ массовой утилизации.
• http://veoliaes-ts.com/recyclepak — Служба защиты окружающей среды Veolia предлагает по почте пакет RecyclePak емкостью 3,5 галлона для бытовых одноразовых батарей.
• https://batteryrecyclingmadeeasy.com/ — Battery Recycling Made Easy обладает более чем 50-летним опытом производства, переработки и применения аккумуляторов, а также знаниями в области технологий и обращения с материалами.

Бытовые аккумуляторы — Переработка — Улицы и переработка

Утилизация бытовых аккумуляторов

В городе Мэдисон действует программа утилизации бытовых аккумуляторов, и они должны быть должным образом подготовлены, чтобы их можно было утилизировать.

Жители Мэдисона могут утилизировать свои правильно подготовленные одноразовые бытовые батарейки (A, AA, AAA, C, D, батарейки для фонарей и т. Д.), Доставив их в городские пункты выдачи.

Существует три основных типа бытовых батарей.

Для каждого вида существуют особые инструкции по обращению.

Основные правила

Для всех типов батарей удалите их из упаковки, пакетов и других средств хранения / транспортировки батарей (например, бутылок или банок).

Утилизация батарей предназначена только для бытовых батарей. Не кладите гвозди, шурупы, лампочки, электрические зубные щетки, вейп-ручки или другие мелкие предметы вместе с батареями.

ЛИТИЕВЫЕ БАТАРЕИ

Жильцам следует отделять литиевые батареи от других типов. Вы также должны заклеить их точки соприкосновения прозрачной лентой.

Вы должны использовать прозрачную ленту. Лучше всего упаковочная лента.

Не используйте клейкую ленту, малярную ленту, изоленту, малярную ленту, клейкую ленту и т. Д.

Поместите батареи с изолентой в соответствующий контейнер в местах высадки.

Как узнать, есть ли у меня литиевая батарея?

Литиевые батареи

легко идентифицировать.

Литиевые батареи будут иметь четкую маркировку с надписью «Lithium» или «Li-ion».

Это плоские батарейки в виде кнопок, вроде тех, что используются в часах или слуховых аппаратах.

Они также часто используются для питания фотоаппаратов, телефонов и ноутбуков.Иногда они выглядят как традиционные одноразовые батареи, но с надписью «Литий» сбоку. Многие сеялки и другие мощные аккумуляторные устройства (например, газонокосилки) используют литиевые батареи.

Как мне закрепить эти батареи?

Самый простой способ приклеить литиевые батареи изолентой — сначала положить полоску упаковочной ленты на плоскую поверхность липкой стороной вверх. Поместите батарейки на липкую полоску изоленты. Наконец, прижмите другую полоску упаковочной ленты (липкой стороной вниз) поверх батарей, создав простую упаковку, которая предотвращает скольжение батарей и их соприкосновение.

Вы пытаетесь закрыть части батареи, которые обеспечивают питание устройства, внутри которого они должны находиться. Это будут «точки соприкосновения».

Вот пример:

Зачем мне заклеивать батареи? Это хлопотно.

Литиевые батареи

представляют собой опасность возгорания. При повреждении они могут выделять тепло или искры, что может привести к пожару. Прикосновение к точкам контакта делает их неактивными. Заклеивание концов ленты необходимо для соблюдения требований Министерства транспорта США по транспортировке аккумуляторов такого типа.

никелевые батареи

Жители должны отделять никелевые батареи от других типов. Вы также должны заклеить их точки соприкосновения прозрачной лентой.

Вы должны использовать прозрачную ленту. Лучше всего упаковочная лента.

Не используйте клейкую ленту, малярную ленту, изоленту, малярную ленту, клейкую ленту и т. Д.

Поместите батареи с изолентой в соответствующий контейнер в местах высадки.

Как узнать, есть ли у меня никелевая батарея?

Чаще всего это перезаряжаемые батареи для дрелей или беспроводных телефонов.

Вы можете идентифицировать их, потому что на батарее написано «Ni-CD» или «Ni-MH».

Как мне закрепить эти батареи?

То же, что и с литиевыми батареями. Вы должны покрыть область, в которой аккумулятор будет обеспечивать питание устройства.

Некоторые никелевые батареи имеют красный и черный провод, ведущий от батареи к пластиковой заглушке или порту. Закройте эту пластиковую деталь прозрачной лентой, чтобы никелевый аккумулятор не заряжался.

Другие никелевые батареи более традиционны и имеют металлические точки контакта.

Вот несколько примеров никелевых батарей с лентой:

Зачем мне заклеивать эти батареи?

Требуется продавцом, который их принимает.

щелочные батареи

Для большинства щелочных батарей нет специальных инструкций по обращению.

Щелочные батареи 12 В и выше должны быть закреплены лентой, как указано выше (точки контактов).

Используйте только прозрачную ленту. Лучше всего подойдет упаковочная лента.

Не используйте клейкую ленту, изоленту, малярную ленту, клейкую ленту, клейкую ленту и т. Д.

Цинковые батареи также можно вставлять вместе с щелочными батареями, не заклеивая их лентой.

Поместите их в соответствующий контейнер в местах сдачи.

МЕСТА ВЫПАДЕНИЯ АККУМУЛЯТОРА для жителей города

• Место высадки в городе Мэдисон, 4602 Sycamore Ave.
• Место высадки в городе Мэдисон, 1501 W. Badger Rd.

На обоих пунктах высадки есть четко обозначенные контейнеры для бытовых аккумуляторов. Поместите батареи в правильный контейнер.

Другие места высадки могут существовать в частных местах по всему городу, но требование о разделении и упаковке батарей, вероятно, будет соблюдаться и в этих местах.

Пункты

Batteries Plus перерабатывают батареи за определенную плату.

Другая информация

Одноразовые батареи против. Перезаряжаемый, какой выбрать?

Прочтите обсуждение и решите, что лучше всего подходит для вашей ситуации:

Одноразового использования Vs. Аккумуляторные батареи (Земля 911)

Перезаряжаемые батареи лучше щелочных? (NY Times / Wirecutter)

Другие варианты утилизации аккумуляторов:

В округе Дейн есть много мест, где можно перезаряжать аккумуляторные батареи, в том числе многие хозяйственные магазины.Дополнительные возможности см. В Справочнике по переработке и утилизации округа Дейн.

Свинцово-кислотные аккумуляторы для транспортных средств, ИБП и прочие

Автомобильные аккумуляторы и другие свинцово-кислотные аккумуляторы можно легко переработать.

Кислоты, щелочи и шкала pH — сложный процент

Нажмите для увеличения

Шкала pH — это то, с чем мы все знакомы; большинство людей запомнит это из школьных уроков химии. Это шкала, используемая для определения силы кислоты (или щелочи) в растворе. Цвета, связанные с каждым числом, соответствуют цвету универсального индикатора в растворах с определенным pH.Однако значительная часть людей, вероятно, не знает химического состава шкалы pH — откуда именно берутся эти числа?

На самом деле подсказки частично скрыты в названии весов. «H» в pH обозначает элемент, водород. На простом уровне шкалу pH можно рассматривать как ранжирование количества ионов водорода в растворе: чем больше ионов водорода, тем ниже значение pH. «P» в pH, по крайней мере для химиков, означает математическую операцию «-log ₁₀ ».Тогда pH просто равен -log ₁₀ [H ⁺ ], где [H ⁺ ] — концентрация ионов водорода в конкретном растворе. (Обратите внимание, что, строго говоря, мы обычно использовали бы H ₃ O ⁺ для обозначения ионов водорода, так как это форма, которую они принимают в растворах. Однако для простоты мы продолжим использовать H ⁺ здесь).

Глядя на график выше, вы можете увидеть, что увеличение pH на одну точку на самом деле влечет за собой десятикратное уменьшение концентрации ионов водорода в растворе.Шкала — это так называемая логарифмическая шкала. Зачем вообще нам нужны эти математические манипуляции? Что ж, очевидно, что намного проще указать одно число, говоря о кислотности (или щелочности) раствора, чем указать концентрацию многозначных ионов водорода. PH точки на 7 обозначает нейтральный раствор (ни кислый, ни щелочной). Любой pH ниже 7 является кислым, в то время как любой pH выше 7 называется щелочным.

Молекулы воды имеют химическую формулу H ₂ O.Однако эти молекулы способны немного расщепляться в растворе, в ионах H ⁺ и OH ^— (гидроксид). В нейтральном растворе концентрации этих двух ионов равны. Однако добавление кислоты или щелочи может привести к их изменению. Кислоты являются источником ионов водорода, и добавление их в воду увеличивает концентрацию ионов водорода в растворе, снижая концентрацию гидроксид-ионов. Для щелочей все наоборот: они уменьшают концентрацию ионов водорода, одновременно увеличивая концентрацию гидроксид-ионов.

Многие люди не понимают, что pH зависит от температуры. Строго говоря, чистая вода имеет pH только 7 при «комнатной температуре» (25˚C). Выше и ниже этой температуры она может варьироваться: например, при 100 ° C pH чистой воды составляет 6,14, а при 0 ° C — 7,47. Это не означает, что чистая вода становится кислой или щелочной, но что при этих температурах эти конкретные значения pH представляют собой нейтральную точку. В качестве примечания также стоит отметить, что шкала pH не ограничивается обычным диапазоном 0–14, показанным здесь — некоторые сильные кислоты и щелочи могут выходить за пределы этого диапазона, иметь отрицательные значения pH или значения выше 14.

Другое распространенное заблуждение о pH касается человеческого тела. Такие диеты, как щелочная диета, утверждают, что можно повлиять на значение pH вашего тела, изменив свой рацион, включив в него «подщелачивающие» продукты, которые делают pH вашего тела более щелочным. Хотя то, что на самом деле предлагается, диета, богатая фруктами и овощами, ни в коем случае не является нездоровой, то, что вы едите, практически невозможно изменить pH вашего тела. Я не буду вдаваться в подробности, поскольку Кэт из блога The Chronicle Flask уже проделала отличную работу по опровержению щелочных диет, но стоит повторить несколько ключевых моментов.

pH желудка может варьироваться от 1,5 до 3,5 по шкале pH. Однако это не влияет на pH нашего тела или, точнее, на нашу кровь. Человеческая кровь всегда имеет слабощелочной pH в диапазоне 7,35–7,45. Если бы мы могли целенаправленно изменять pH крови за пределами этого небольшого диапазона, мы действительно могли бы нанести себе большой вред; даже изменение pH на 0,5 в любую сторону может привести к необратимому повреждению клеток. К счастью, пища, которую мы едим, практически не влияет на pH крови.

То, что мы едим может повлиять на pH нашей мочи. PH мочи имеет среднее значение около 6, но может находиться в диапазоне от 4,5 до 8. Однако, хотя вы можете хоть немного повлиять на pH мочи с помощью своей диеты, это не связано с pH вашей крови; это остается в ранее указанном диапазоне, независимо от любого изменения pH мочи.

Двигаясь дальше, и пока мы говорим о кислотах, стоит поговорить о силе кислот. Строго говоря, сложно разместить определенные химические соединения в определенных точках шкалы pH, поскольку их положение зависит от концентрации.Концентрация — это мера того, сколько вещества растворено в растворе. Если у нас есть много кислоты, растворенной в относительно небольшом количестве воды, мы бы сказали, что у нас есть раствор с высокой концентрацией. Точно так же, если бы у нас было очень мало кислоты, растворенной в большом количестве воды, у нас был бы раствор с низкой концентрацией.

Поскольку концентрацию растворов можно легко изменять, растворы с различной концентрацией одной и той же кислоты могут иметь разные значения pH. Однако некоторые кислоты сильнее других.Соляная кислота, та же кислота, что содержится в желудочной кислоте, является сильной кислотой, поскольку она может легко расщепляться на составляющие ионы. С другой стороны, уксусная кислота, содержащаяся в уксусе, является сравнительно слабой кислотой — она ​​нелегко расщепляется на составляющие ионы. Другой пример слабой кислоты — плавиковая кислота; Вопреки тому, во что заставляют вас поверить одно популярное телешоу на химическую тему, на самом деле это довольно слабая кислота, которая определенно не может растворять тело. Однако это неприятное соединение по разным причинам.Мы можем ранжировать кислоты по их силе (или по тому, насколько легко они распадаются на составляющие ионы), но это тема для другого поста!

Понравились этот пост и рисунок? Подумайте о поддержке сложного процента на Patreon и получайте предварительные просмотры предстоящих публикаций и многое другое!

Изображение в этой статье находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License. См. Рекомендации по использованию содержания сайта.

Ссылки и дополнительная литература

.

No related posts.