Сколько воды нужно, чтобы из концентрированной кислоты получить электролит для аккумулятора? Растворяй вещество в колбе и разбавляй раствор по правилу C₁V₁ = C₂V₂.
Раствор это вещество, равномерно разошедшееся в воде на отдельные молекулы или ионы. Соль в рассоле, кислота в электролите, гликоль в антифризе. Чтобы сказать, насколько раствор крепкий, считают, какая доля его массы приходится на вещество или сколько молей вещества в одном литре.
При разбавлении вещество никуда не девается: частиц столько же, просто они расходятся по большему объему. Поэтому если долить воды до двойного объема, концентрация упадет ровно вдвое. На этом простом правиле держится приготовление электролита, антифриза и любых рабочих растворов.
ⓘ Разбавляют в мерной колбе: сначала вода, потом раствор, затем воду доливают до метки V₂. Воды уходит чуть больше, чем V₂ − V₁, потому что при смешивании объем немного уменьшается.
Первые две формулы описывают готовый раствор, третья отвечает на главный вопрос практики: сколько воды долить. Числа под формулами берутся из опыта. Подсвечены формулы того режима, который сейчас включен.
Какая доля массы приходится на вещество?
Массу вещества делят на массу всего раствора, вещества вместе с водой. Умножь на 100, и получатся проценты.
Сколько молей в литре?
Количество вещества делят на объем раствора в литрах. Объем считают через плотность: V = mр / ρ, он не равен объему взятой воды.
Сколько долить воды?
Слева количество вещества до разбавления, справа после. Вода его не меняет, поэтому произведения равны. Отсюда V₂ = c₁V₁ / c₂.
Серная кислота при смешивании с водой выделяет много тепла: разбавление концентрированной кислоты вдвое может нагреть смесь почти до кипения. Важно, где это тепло выделяется.
Если лить воду в кислоту, легкая вода остается сверху тонким слоем на тяжелой кислоте (плотность 1,84 против 1,00). Первые капли реагируют прямо на поверхности, мгновенно вскипают и выбрасывают брызги кислоты в лицо.
Если лить кислоту в воду тонкой струйкой, тяжелая кислота тонет и перемешивается со всем объемом воды. Тепло расходится по большой массе, и ничего не вскипает. Правило запоминают так: «сначала вода, потом кислота». Со щелочью поступают так же: твердый едкий натр понемногу сыплют в воду.
Второй вывод из таблиц плотности: проценты и моли на литр не пропорциональны. Чем крепче раствор, тем он плотнее, поэтому в литре 96% кислоты не в 2,7 раза больше вещества, чем в литре 35%, а почти в 4 раза.
Электролит свинцового аккумулятора это серная кислота около 35%, плотность от 1,26 до 1,28 г/мл. При разряде кислота уходит в пластины, и плотность падает. Ареометр по плотности показывает степень заряда каждой банки.
Концентрат этиленгликоля разводят водой под нужный мороз. Смесь около 50% держит примерно −35 °C, около 60% до −50 °C. Чистый концентрат замерзает раньше смеси, поэтому без воды его не заливают. Проверяют плотномером или рефрактометром.
Моющие растворы для деталей, двигателей и рам готовят из концентрата по инструкции, обычно от 2 до 5%. Слишком крепкий раствор портит резину, алюминий и краску, слишком слабый не отмывает.
Реагенты флотации и выщелачивания дозируют растворами известной концентрации. Насосы-дозаторы задают расход в литрах в час, а технологу нужны граммы на тонну руды: пересчет идет через c и V.
Соль для регенерации умягчителей растворяют до рассола от 8 до 12%. Жесткость воды и щелочность котловой воды меряют в миллимолях на литр, это та же молярная концентрация.
Стандартные растворы для анализов готовят точным разбавлением по c₁V₁ = c₂V₂ в мерных колбах. Так проверяют масла на кислотность, воду на хлориды, руду на содержание металла.
Плотности растворов взяты из справочных таблиц при 20 °C, между табличными точками значения интерполируются по прямой. Нагрев при растворении не учитывается: смесь считается уже остывшей до 20 °C. Растворимость соли и медного купороса взята при 20 °C, при нагреве растворяется больше. Медный купорос считается безводным CuSO₄, хотя продается кристаллогидрат CuSO₄ · 5H₂O, и навеску пересчитывают. Цвет раствора условный и нужен только для наглядности: соль, кислота, щелочь и гликоль на самом деле бесцветны. Температуры замерзания антифриза даны для смеси чистого этиленгликоля с водой, у готовых продуктов есть присадки.