3. ქვითარი. კალციუმი მიიღება გამდნარი ქლორიდის ელექტროლიზით.
4. ფიზიკური თვისებები. კალციუმი არის ვერცხლისფერი თეთრი ლითონი, ძალიან მსუბუქი (ρ = 1,55 გ/სმ3), ისევე როგორც ტუტე ლითონები, მაგრამ მათზე შეუდარებლად მყარი და აქვს გაცილებით მაღალი დნობის წერტილი, უდრის 851 0 C.
5. ქიმიური თვისებები. ტუტე ლითონების მსგავსად, კალციუმი არის ძლიერი შემცირების აგენტი, რომელიც სქემატურად შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:
კალციუმის ნაერთები ცეცხლს აგურისფრად ღებავს. ტუტე ლითონების მსგავსად, კალციუმის მეტალი ჩვეულებრივ ინახება ნავთის ფენის ქვეშ.
6. განაცხადი. მაღალი ქიმიური აქტივობის გამო კალციუმის ლითონი გამოიყენება ზოგიერთი ცეცხლგამძლე ლითონის (ტიტანი, ცირკონიუმი და სხვ.) მათი ოქსიდებისგან გამოსაყვანად. კალციუმი ასევე გამოიყენება ფოლადისა და თუჯის წარმოებაში, ამ უკანასკნელის გასაწმენდად ჟანგბადის, გოგირდისა და ფოსფორისგან, გარკვეული შენადნობების, კერძოდ ტყვიის-კალციუმის წარმოებისთვის, რომელიც აუცილებელია საკისრების წარმოებისთვის.
7. მრეწველობაში მიღებული ყველაზე მნიშვნელოვანი კალციუმის ნაერთები.
კალციუმის ოქსიდი წარმოებულია სამრეწველო გზით კირქვის კალცინით:
CaCO 3 → CaO + CO 2
კალციუმის ოქსიდი არის ცეცხლგამძლე თეთრი ნივთიერება (დნება 2570 0 C ტემპერატურაზე), აქვს ქიმიური თვისებები, რომლებიც თან ახლავს აქტიური ლითონების ძირითად ოქსიდებს (I, ცხრილი II, გვ. 88).
კალციუმის ოქსიდის წყალთან რეაქცია ათავისუფლებს დიდი რაოდენობით სითბოს:
CaO + H 2 O ═ Ca (OH) 2 + Q
კალციუმის ოქსიდი არის ცოცხალი კირის მთავარი კომპონენტი, ხოლო კალციუმის ჰიდროქსიდი არის ჩამქრალი კირის მთავარი კომპონენტი.
კალციუმის ოქსიდის წყალთან რეაქციას კირის დაშლა ეწოდება.
კალციუმის ოქსიდი ძირითადად გამოიყენება ჩამქრალი კირის წარმოებისთვის.
დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს კალციუმის ჰიდროქსიდს Ca(OH) 2. იგი გამოიყენება ჩამქრალი ცაცხვის, ცაცხვის რძისა და ცაცხვის წყლის სახით.
ჩამქრალი ცაცხვი არის თხელი, ფხვიერი ფხვნილი, ჩვეულებრივ ნაცრისფერი ფერის (კალციუმის ჰიდროქსიდის კომპონენტი), წყალში ოდნავ ხსნადი (1,56 გ იხსნება 1 ლიტრ წყალში 20 0 C ტემპერატურაზე). მშენებლობაში გამოიყენება ჩამქრალი კირის ნაზავი ცემენტთან, წყალთან და ქვიშასთან. თანდათანობით ნარევი გამკვრივდება:
Ca (OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O
ცაცხვის რძე არის რძის მსგავსი სუსპენზია (შეჩერება). იგი წარმოიქმნება ჭარბი ჩამქრალი კირის წყალთან შერევისას. ცაცხვის რძე გამოიყენება მათეთრებლის დასამზადებლად, შაქრის წარმოებისთვის, მცენარეთა დაავადებების წინააღმდეგ საბრძოლველად საჭირო ნარევების მოსამზადებლად და ხის ტოტების გასათეთრებლად.
კირის წყალი არის კალციუმის ჰიდროქსიდის გამჭვირვალე ხსნარი, რომელიც მიიღება კირის რძის გაფილტვრით. იგი გამოიყენება ლაბორატორიაში ნახშირბადის მონოქსიდის (IV) გამოსავლენად:
Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O
ნახშირბადის მონოქსიდის (IV) ხანგრძლივი გავლისას ხსნარი გამჭვირვალე ხდება:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O → Ca(HCO 3) 2
თუ მიღებული კალციუმის ბიკარბონატის გამჭვირვალე ხსნარი გაცხელებულია, კვლავ დაბინდვა ხდება:
მსგავსი პროცესები ბუნებაშიც ხდება. თუ წყალი შეიცავს გახსნილ ნახშირბადის მონოქსიდს (IV) და მოქმედებს კირქვაზე, კალციუმის კარბონატის ნაწილი გარდაიქმნება ხსნად კალციუმის ბიკარბონატად. ზედაპირზე, ხსნარი თბება და კალციუმის კარბონატი კვლავ გამოდის მისგან.
* მათეთრებელს დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს. იგი მიიღება ჩამქრალი კირის ქლორთან რეაგირებით:
2 Ca(OH) 2 + 2 Cl 2 → Ca(ClO) 2 + CaCl 2 + 2H 2 O
გაუფერულების აქტიური კომპონენტია კალციუმის ჰიპოქლორიტი. ჰიპოქლორიტები განიცდიან ჰიდროლიზს. ეს გამოყოფს ჰიპოქლორმჟავას. ნახშირბადის მჟავაც კი შეიძლება შეცვალოს ჰიპოქლორმჟავა მისი მარილიდან:
Ca(ClO) 2 + CO 2 + H 2 O → CaCO 3 ↓+ 2 HClO
2 HClO → 2 HCl + O 2
გაუფერულების ეს თვისება ფართოდ გამოიყენება გაუფერულების, დეზინფექციისა და გაზისგან გაწმენდისთვის.
8. თაბაშირი. გამოიყოფა თაბაშირის შემდეგი სახეობები: ნატურალური - CaSO 4 ∙ 2H 2 O, დამწვარი - (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O, უწყლო - CaSO 4.
დამწვარი (ნახევრად წყლიანი) თაბაშირი, ან ალაბასტრი, (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O მიიღება ბუნებრივი თაბაშირის 150-180 0 C-მდე გაცხელებით:
2 → (CaSO 4) 2 ∙ H 2 O + 3H 2 O
თუ ალაბასტრის ფხვნილს წყალს ურევთ, წარმოიქმნება ნახევრად თხევადი პლასტიკური მასა, რომელიც სწრაფად მკვრივდება. გამკვრივების პროცესი აიხსნება წყლის დამატებით:
(CaSO 4) 2 ∙ H 2 O + 3H 2 O → 2
დამწვარი თაბაშირის გამაგრების თვისება გამოიყენება პრაქტიკაში. მაგალითად, თაბაშირად გამოიყენება ცაცხვი, ქვიშა და წყალი შერეული ალაბასტრი. სუფთა ალაბასტრი გამოიყენება მხატვრული ნივთების დასამზადებლად, მედიცინაში კი – თაბაშირის სახსრის დასაყენებლად.
თუ ბუნებრივი თაბაშირი CaSO 4 ∙ 2H 2 O გაცხელებულია უფრო მაღალ ტემპერატურაზე, მაშინ მთელი წყალი გამოიყოფა:
CaSO 4 ∙ 2H 2 O → CaSO 4 + 2H 2 O
მიღებულ უწყლო თაბაშირს CaSO 4 აღარ შეუძლია წყლის დამატება და ამიტომ მას მკვდარი თაბაშირი ეწოდა.
წყლის სიხისტე და მისი აღმოფხვრის გზები.
ყველამ იცის, რომ საპონი კარგად ქაფდება წვიმის წყალში (რბილ წყალში), მაგრამ წყაროს წყალში ის ჩვეულებრივ ცუდად ქაფდება (მყარი წყალი). მძიმე წყლის ანალიზმა აჩვენა, რომ ის შეიცავს მნიშვნელოვან რაოდენობას ხსნადი კალციუმის და მაგნიუმის მარილებს. ეს მარილები ქმნიან უხსნად ნაერთებს საპნით. ასეთი წყალი გამოუსადეგარია შიდა წვის ძრავების გასაგრილებლად და ორთქლის ქვაბების გასამაგრებლად, რადგან მძიმე წყლის გაცხელებისას, გამაგრილებელი სისტემების კედლებზე წარმოიქმნება მასშტაბი. სასწორი კარგად არ ატარებს სითბოს; ამიტომ შესაძლებელია ძრავების და ორთქლის ქვაბების გადახურება, გარდა ამისა, მათი ცვეთა დაჩქარებულია.
რა სახის სიხისტე არსებობს?
კარბონატული, ანუ დროებითი სიხისტე გამოწვეულია კალციუმის და მაგნიუმის ბიკარბონატების არსებობით. მისი აღმოფხვრა შესაძლებელია შემდეგი გზებით:
1) დუღილი:
Ca(HCO 3) 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2
Mg(HCO 3) 2 → MgCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2
2) ცაცხვის რძის ან სოდის მოქმედება:
Ca(OH) 2 + Ca(HCO 3) 2 → 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O
Ca(HCO 3) 2 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓ + 2 NaHCO 3
Ca 2+ + 2 HCO 3 - + 2 Na + + CO 3 2- → CaCO 3 ↓ + 2 Na + + 2HCO 3 -
Ca 2+ + CO 3 2- → CaCO 3 ↓
არაკარბონატული, ანუ მუდმივი სიხისტე განპირობებულია სულფატებისა და კალციუმის და მაგნიუმის ქლორიდების არსებობით.
იგი გამოიყოფა სოდის მოქმედებით:
CaSO 4 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4
MgSO 4 + Na 2 CO 3 → MgCO 3 ↓ + Na 2 SO 4
Mg 2+ + SO 4 2- + 2Na + + CO 3 2- → MgCO 3 ↓ + 2Na + + SO 4 2-
Mg 2+ + CO 3 2- → MgCO 3 ↓
კარბონატული და არაკარბონატული სიმტკიცე ემატება წყლის მთლიან სიმტკიცეს.
IV. ცოდნის კონსოლიდაცია (5 წთ.)
1. პერიოდული სისტემისა და ატომის აგებულების თეორიის საფუძველზე ახსენი მაგნიუმის და კალციუმის რა თვისებებია საერთო. ჩაწერეთ შესაბამისი რეაქციების განტოლებები.
2. რა მინერალები შეიცავს კალციუმს და როგორ გამოიყენება?
3. ახსენით, როგორ განვასხვავოთ ერთი ბუნებრივი მინერალი მეორისგან.
V. საშინაო დავალება (3 წთ.)
უპასუხეთ კითხვებს და შეავსეთ სავარჯიშოები 1–15, § 48,49, ამოხსენით სავარჯიშოები 1–4, გვ.132–133.
ზუსტად ასე გამოიყურება გაკვეთილის გეგმა სკოლაში თემაზე „კალციუმი და მისი ნაერთები“.
ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, აშკარაა სასკოლო ქიმიის კურსის გარემოსდაცვითი შინაარსით შევსების აუცილებლობა. შესრულებული სამუშაოს შედეგები წარმოდგენილი იქნება მესამე თავში.
ერთჯერადი) – 0,01%. 4 შიგთავსი შესავალი ..................................................... .................................................... .......... ....................4 თავი 1. ინტერდისციპლინური კავშირები ქიმიის სასკოლო საგნის კურსში ნახშირბადის მაგალითის გამოყენებით. და მისი ნაერთები ..................................................... ...................... .........5 1.1 ინტერდისციპლინარული კავშირების გამოყენება მოსწავლეთა განვითარებისთვის...
აქტივობა. სწავლების მეთოდებისა და ფორმების ძიებამ, რომელიც ხელს უწყობს შემოქმედებითი პიროვნების განვითარებას, განაპირობა სწავლების ზოგიერთი სპეციფიკური მეთოდის გაჩენა, რომელთაგან ერთ-ერთია თამაშის მეთოდები. თამაშის სწავლების მეთოდების დანერგვა ქიმიის შესწავლაში დიდაქტიკური და ფსიქოლოგიურ-პედაგოგიური მახასიათებლების დაცვით ზრდის მოსწავლეთა მომზადების დონეს. სიტყვა "თამაში" რუსულად...
და ჰიგიენური მოთხოვნები); საგანმანათლებლო და ფიზიკური აქტივობის შესაბამისობა ბავშვის ასაკობრივ შესაძლებლობებთან; აუცილებელი, საკმარისი და რაციონალურად ორგანიზებული საავტომობილო რეჟიმი. ჯანმრთელობის დაზოგვის საგანმანათლებლო ტექნოლოგიით (პეტროვი) მას ესმის სისტემა, რომელიც ქმნის მაქსიმალურ პირობებს სულიერი, ემოციური, ინტელექტუალური, შენარჩუნების, განმტკიცებისა და განვითარებისათვის.
ელექტროლიზი არის რედოქს რეაქცია, რომელიც ხდება ელექტროდებზე, როდესაც პირდაპირი ელექტრული დენი გადის დნობის ან ელექტროლიტის ხსნარში.
კათოდი არის შემცირების აგენტი და აძლევს ელექტრონებს კათიონებს.
ანოდი არის ჟანგვის აგენტი და იღებს ელექტრონებს ანიონებიდან.
|
კათიონების აქტივობის სერია: |
Na +, Mg 2+, Al 3+, Zn 2+, Ni 2+, Sn 2+, Pb 2+, H+ , Cu 2+ , Ag + _____________________________→ გაზრდილი ჟანგვის უნარი |
|
ანიონის აქტივობების სერია: |
I - , Br - , Cl - , OH - , NO 3 - , CO 3 2- , SO 4 2- ←__________________________________ გაზრდილი აღდგენის უნარი |
ელექტროდებზე მიმდინარე პროცესები დნობის ელექტროლიზის დროს
(არ არის დამოკიდებული ელექტროდების მასალაზე და იონების ბუნებაზე).
1. ანიონები გამოიყოფა ანოდზე (Ვარ - ; ოჰ-
A m - - m ē → A °; 4 OH - - 4ē → O 2 + 2 H 2 O (ჟანგვის პროცესები).
2. კათოდზე კათიონები გამოიყოფა (მე n + , H + ), გადაიქცევა ნეიტრალურ ატომებად ან მოლეკულებად:
Me n + + n ē → Me ° ; 2 H + + 2ē → H 2 0 (აღდგენის პროცესები).
ელექტროდებზე მიმდინარე პროცესები ხსნარების ელექტროლიზის დროს
|
კათოდი (-) არ არის დამოკიდებული კათოდის მასალაზე; დამოკიდებულია ლითონის პოზიციაზე დაძაბულობის სერიაში |
ანოდი (+) ეს დამოკიდებულია ანოდის მასალაზე და ანიონების ბუნებაზე. |
|
|
ანოდი უხსნადია (ინერტული), ე.ი. დამზადებულია ქვანახშირი, გრაფიტი, პლატინი, ოქრო. |
ანოდი ხსნადია (აქტიური), ე.ი. დამზადებულიაკუ, აღ, ზნ, ნი, ფედა სხვა ლითონები (გარდაპტ, აუ) |
|
|
1. უპირველეს ყოვლისა, მცირდება ლითონის კათიონები, რომლებიც შემდეგ სტრესების სერიაში არიანჰ 2 : Me n+ +nē → Me° |
1. პირველ რიგში, უჟანგბადო მჟავების ანიონები იჟანგება (გარდაფ - ): A m- - mē → A° |
ანიონები არ იჟანგება. ანოდის ლითონის ატომები იჟანგება: Me° - nē → Me n+ მამაკაცი + კათიონები გადადით ხსნარში. ანოდის მასა მცირდება. |
|
2.შორის მდგომი საშუალო აქტივობის ლითონის კათიონებიალ და ჰ 2 , აღდგება წყალთან ერთად: Me n+ + nē →Me° 2H 2 O + 2ē → H 2 + 2OH - |
2. ოქსომჟავის ანიონები (ᲘᲡᲔ 4 2- , CO 3 2- ,..) და ფ - არ იჟანგება, მოლეკულები იჟანგებაჰ 2 ო : 2H 2 O - 4ē → O 2 +4H + |
|
|
3. აქტიური ლითონების კათიონებილი ადრე ალ (მათ შორის) არ მცირდება, მაგრამ მოლეკულები მცირდებაჰ 2 ო : 2 H 2 O + 2ē →H 2 + 2OH - |
3. ტუტე ხსნარების ელექტროლიზის დროს იონები იჟანგებაოჰ- : 4OH - - 4ē → O 2 +2H 2 O |
|
|
4. მჟავა ხსნარების ელექტროლიზის დროს კათიონები მცირდება H+: 2H + + 2ē → H 2 0 |
||
დნობის ელექტროლიზი
სავარჯიშო 1. შეადგინეთ გამდნარი ნატრიუმის ბრომიდის ელექტროლიზის სქემა. (ალგორითმი 1.)
|
თანმიმდევრობა |
მოქმედებების შესრულება |
|
NaBr → Na + + Br - |
|
|
K- (კათოდი): Na+, A+ (ანოდი): Br - |
|
|
K + : Na + + 1ē → Na 0 (აღდგენა), A + : 2 Br - - 2ē → Br 2 0 (დაჟანგვა). |
|
|
2NaBr = 2Na +Br 2 |
დავალება 2. შეადგინეთ გამდნარი ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ელექტროლიზის სქემა. (ალგორითმი 2.)
|
თანმიმდევრობა |
მოქმედებების შესრულება |
|
NaOH → Na + + OH - |
|
|
2.აჩვენეთ იონების მოძრაობა შესაბამის ელექტროდებზე |
K- (კათოდი): Na+, A + (ანოდი): OH -. |
|
3.შეადგინეთ ჟანგვის და შემცირების პროცესების დიაგრამები |
K - : Na + + 1ē → Na 0 (აღდგენა), A + : 4 OH - - 4ē → 2 H 2 O + O 2 (დაჟანგვა). |
|
4. შექმენით გამდნარი ტუტეების ელექტროლიზის განტოლება |
4NaOH = 4Na + 2H 2 O + O 2 |
დავალება 3.შეადგინეთ გამდნარი ნატრიუმის სულფატის ელექტროლიზის სქემა. (ალგორითმი 3.)
|
თანმიმდევრობა |
მოქმედებების შესრულება |
|
1. შექმენით მარილის დისოციაციის განტოლება |
Na 2 SO 4 → 2Na + + SO 4 2- |
|
2.აჩვენეთ იონების მოძრაობა შესაბამის ელექტროდებზე |
K- (კათოდი): Na+ A+ (ანოდი): SO 4 2- |
|
K - : Na + + 1ē → Na 0 , A + : 2SO 4 2- - 4ē → 2SO 3 + O 2 |
|
|
4. შექმენით გამდნარი მარილის ელექტროლიზის განტოლება |
2Na 2 SO 4 = 4Na + 2SO 3 + O 2 |
ხსნარების ელექტროლიზი
სავარჯიშო 1.შეადგინეთ ნატრიუმის ქლორიდის წყალხსნარის ელექტროლიზის სქემა ინერტული ელექტროდების გამოყენებით. (ალგორითმი 1.)
|
თანმიმდევრობა |
მოქმედებების შესრულება |
|
1. შექმენით მარილის დისოციაციის განტოლება |
NaCl → Na + + Cl - |
|
ხსნარში ნატრიუმის იონები არ მცირდება, ამიტომ წყალი მცირდება. ქლორის იონები იჟანგება. |
|
|
3. შეადგინეთ შემცირების და დაჟანგვის პროცესების დიაგრამები |
K - : 2H 2 O + 2ē → H 2 + 2OH - A + : 2Cl - - 2ē → Cl 2 |
|
2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH |
დავალება 2.შეადგინეთ სპილენძის სულფატის წყალხსნარის ელექტროლიზის სქემა ( II ) ინერტული ელექტროდების გამოყენებით. (ალგორითმი 2.)
|
თანმიმდევრობა |
მოქმედებების შესრულება |
|
1. შექმენით მარილის დისოციაციის განტოლება |
CuSO 4 → Cu 2+ + SO 4 2- |
|
2. შეარჩიეთ იონები, რომლებიც გამოიყოფა ელექტროდებზე |
სპილენძის იონები მცირდება კათოდზე. ანოდზე წყალხსნარში სულფატის იონები არ იჟანგება, ამიტომ წყალი იჟანგება. |
|
3. შეადგინეთ შემცირების და დაჟანგვის პროცესების დიაგრამები |
K - : Cu 2+ + 2ē → Cu 0 A + : 2H 2 O - 4ē → O 2 +4H + |
|
4. შექმენით მარილის წყალხსნარის ელექტროლიზის განტოლება |
2CuSO 4 +2H 2 O = 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4 |
დავალება 3.შეადგინეთ ინერტული ელექტროდების გამოყენებით ნატრიუმის ჰიდროქსიდის წყალხსნარის წყალხსნარის ელექტროლიზის სქემა. (ალგორითმი 3.)
|
თანმიმდევრობა |
მოქმედებების შესრულება |
|
1. შექმენით ტუტეს დისოციაციის განტოლება |
NaOH → Na + + OH - |
|
2. შეარჩიეთ იონები, რომლებიც გამოიყოფა ელექტროდებზე |
ნატრიუმის იონების შემცირება შეუძლებელია, ამიტომ წყალი მცირდება კათოდზე. ანოდზე ჰიდროქსიდის იონები იჟანგება. |
|
3. შეადგინეთ შემცირების და დაჟანგვის პროცესების დიაგრამები |
K - : 2 H 2 O + 2ē → H 2 + 2 OH - A + : 4 OH - - 4ē → 2 H 2 O + O 2 |
|
4. შეადგინეთ ტუტე ხსნარის ელექტროლიზის განტოლება |
2 H 2 O = 2 H 2 + O 2 , ე.ი. ტუტე ხსნარის ელექტროლიზი მცირდება წყლის ელექტროლიზამდე. |
გახსოვდეთ.ჟანგბადის შემცველი მჟავების ელექტროლიზის დროს (H 2 SO 4 და ა.შ.), ფუძეები (NaOH, Ca (OH) 2 და ა.შ.) , აქტიური ლითონების მარილები და ჟანგბადის შემცველი მჟავები(K 2 SO 4 და ა.შ.) წყლის ელექტროლიზი ხდება ელექტროდებზე: 2 H 2 O = 2 H 2 + O 2
დავალება 4.შეადგინეთ ვერცხლის ნიტრატის წყალხსნარის ელექტროლიზის სქემა ვერცხლისგან დამზადებული ანოდის გამოყენებით, ე.ი. ანოდი ხსნადია. (ალგორითმი 4.)
|
თანმიმდევრობა |
მოქმედებების შესრულება |
|
1. შექმენით მარილის დისოციაციის განტოლება |
AgNO 3 → Ag + + NO 3 - |
|
2. შეარჩიეთ იონები, რომლებიც გამოიყოფა ელექტროდებზე |
ვერცხლის იონები მცირდება კათოდზე და ვერცხლის ანოდი იშლება. |
|
3. შეადგინეთ შემცირების და დაჟანგვის პროცესების დიაგრამები |
K - : Ag + + 1ē→ Ag 0 ; A+: Ag 0 - 1ē→ Ag + |
|
4. შექმენით მარილის წყალხსნარის ელექტროლიზის განტოლება |
Ag + + Ag 0 = Ag 0 + Ag + ელექტროლიზი იშლება ვერცხლის ანოდიდან კათოდში გადატანამდე. |
Აირჩიეთ სწორი ვარიანტი.
91. კათიონების ნარევიდან: Ag + , Cu 2+ , Fe 2+ , Zn 2+ ჯერ შემდეგი კათიონები შემცირდება:
92. ლითონის ნიკელის დასაფარად, ელექტროლიზი ტარდება შემდეგი გამოყენებით:
93. ნატრიუმის ქლორიდის ხსნარის ელექტროლიზის დროს კათოდში ხსნარის გარემო არის:
ნეიტრალური
ტუტე
94. კალციუმის მიღება შესაძლებელია კალციუმის ქლორიდიდან:
1) ხსნარის ელექტროლიზი
2) დნობის ელექტროლიზი
3) წყალბადის შემცირება
4) თერმული დაშლა.
95. სპილენძის ქლორიდის ხსნარის (სპილენძის ანოდი) ელექტროლიზის დროს ანოდზე იჟანგება:
2) ჟანგბადი
3) წყალბადი
96. ანოდზე გრაფიტის ელექტროდებით ნატრიუმის კარბონატის ხსნარის ელექტროლიზის დროს ხდება შემდეგი:
1) CO 2-ის გამოყოფა
2) ჟანგბადის გამოყოფა
3) წყალბადის ევოლუცია
4) ნატრიუმის ნალექი.
ნაწილი B
მიეცით ამოცანების სრული გადაწყვეტილებები.
1. შექმენით რკინის ატომების ელექტრონული ფორმულა, გრაფიკულად მიუთითეთ ვალენტური ელექტრონები ნორმალურ და აღგზნებულ მდგომარეობებში. რა ჟანგვის მდგომარეობა შეიძლება გამოავლინოს რკინის ატომს? მიეცით რკინის ოქსიდების და ჰიდროქსიდების მაგალითები შესაბამის ჟანგვის მდგომარეობებში, მიუთითეთ მათი ბუნება.
კჯ/მოლ წ წ (-285.84)
ამიაკის წარმოქმნის სითბო (ნ 0 არრ.(ნ.ჰ. 3 )) უდრის:
92,15 კჯ/მოლი;
92,15 კჯ/მოლი;
46,76 კჯ/მოლი;
46,76 კჯ/მოლ.
4. შესაძლებელია სპილენძის (II) ოქსიდის რედუქციის რეაქცია ალუმინთან
გ 0 arr.. 3CuO + 2Al = Al 2 ო 3 + 3 Cu
კჯ/მოლი -129,8 -1582
გიბსის თავისუფალი ენერგია (გx.r.) უდრის:
5. როდესაც 1 მოლი ორთოფოსფორის მჟავა რეაგირებს 1 მოლი ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან, წარმოიქმნება:
1) ნატრიუმის ორთოფოსფატი 3) ნატრიუმის დიჰიდროგენ ორთოფოსფატი
2) ნატრიუმის წყალბადოფოსფატი 4) ნატრიუმის ფოსფატი
დაწერეთ მოლეკულური იონური რეაქციის განტოლებები. მოკლე იონურ განტოლებაში ყველა კოეფიციენტის ჯამი არის...
6. მეთილის ფორთოხალი ყვითლდება, როცა წყალში იხსნება ორი მარილი:
1) K 2 S და K 3 PO 4 3) LiCl და FeSO 4
2) KNO 3 და K 3 PO 4 4) CH 3 COOK და K 2 SO 4
დაწერეთ მოლეკულური იონური განტოლებები ჰიდროლიზის რეაქციებისთვის.
7. ალუმინის სულფატისა და ნატრიუმის კარბონატის მარილების წყალხსნარი ურთიერთქმედებისას, მოკლე იონურ განტოლებაში კოეფიციენტების ჯამი უდრის:
1) 10 2) 12 3) 13 4) 9
მჟავე გარემო იქმნება, როდესაც წყალში იხსნება ორი მარილი:
1) BaCl 2 და AlCl 3 3) CuCl 2 და LiCl
2) K 2 S და K 3 PO 4 4) NH 4 NO 3 და Zn(NO 3) 2
შეადგინეთ მოლეკულური იონური ჰიდროლიზის განტოლებები და გამოიღეთ ჰიდროლიზის მუდმივი პირველი საფეხურის გამოყენებით.
რეაქციის განტოლებაში, რომლის დიაგრამაა:
FeSO 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 Fe 2 (SO 4) 3 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
საწყისი ნივთიერებების ფორმულების წინ კოეფიციენტების ჯამი უდრის:
მიეცით პრობლემის სრული გადაწყვეტა (გამოიყენეთ იონ-ელექტრონული მეთოდი).
დაადგინეთ მოქმედებების სწორი თანმიმდევრობა CA ჰიბრიდიზაციის ტიპის განსაზღვრისას. ნაწილაკში:
მატჩი:
ჰიბრიდიზაციის ტიპი C.A. ნაწილაკი
1) sp 2 ა) H 2 O
2) sp 3 ბ) VN 3
3) sp 3 d გ) SCl 6
4) sp 3 d 2 გ) CO
ალგორითმის გამოყენებით განიხილეთ ის ნაწილაკები, რომლებშიც C.A. sp 3 და sp 3 d ჰიბრიდიზაციაში.
INგ. ე.:აგ | AgNO 3 | | Fe (NO 3 ) 2 | ფე
გამოთვალეთ ემფ ნომერზე.
მიეცით ამოცანების სრული გადაწყვეტილებები
შესავალი
თავი I. ლიტერატურის მიმოხილვა
1.1. კალციუმის ქლორიდის მიღებისა და გადამუშავების მეთოდები 7
1.1.1 ქიმიური მეთოდები 7
1.1.2. ელექტროქიმიური მეთოდები 10
1.2. კალციუმის საქარატების მომზადება და კოროზიის ინჰიბიტორებად გამოყენება 12
1.3 ქლორის აირის ელექტროქიმიური სინთეზი 13
1.4. ნახშირორჟანგის სინთეზი 16
1.5. ელექტროქიმიური პროცესების ნიმუშები კალციუმის იონების შემცველ ბუნებრივ წყლებში 17
1.5ლ. თერმული წყლების ელექტროლიზი 17
1.5.2. ზღვის წყლის ელექტროლიზი 20
1.6. დასკვნები ლიტერატურის მიმოხილვიდან 23
თავი II. ექსპერიმენტული პროცედურა 24
2.1. პოლარიზაციის გაზომვები 24
2.2- ელექტროქიმიური სინთეზები 25
2.3. პროდუქციის ანალიზისა და იდენტიფიკაციის მეთოდოლოგია 26
2.4. მიღებული შედეგების მათემატიკური დამუშავება 33
თავი III. ექსპერიმენტული მონაცემები და დისკუსია
3.1. ელექტროდის რეაქციების ნიმუშები კალციუმის ქლორიდის ხსნარში სხვადასხვა ელექტროდის მასალებზე 39
3.1.1. ანოდური პროცესი - კალციუმის ქლორიდის ხსნარის ელექტროლიზისას გაზის ქლორის წარმოქმნის კინეტიკა და მექანიზმი 39
3.1.2. კათოდური პროცესი - კალციუმის ქლორიდის ხსნარის ელექტროლიზის დროს წყალბადის გაზის წარმოქმნის კინეტიკა 45
3.1.3. კალციუმის ქლორიდის წყალხსნარის ელექტროლიზის მოსამზადებელი ასპექტები 48
3.2. ელექტროდის რეაქციების წარმოშობის თავისებურებები წყალხსნარებში (CAC12 + SUCCAROSE) სხვადასხვა ელექტროდის მასალებზე 50
3.2.1. კათოდური პროცესი 50
3.2.2. კალციუმის საქაროზის ელექტროქიმიური წარმოების მოსამზადებელი ასპექტები 58
3.2.3. ელექტროდის რეაქციების ნიმუშები სისტემაში: (CaC12 + საქაროზა + Ca(OH)2) 61
3.2.3.1 ანოდური პროცესი 61
3.2.3.2 კათოდური პროცესი 62
3.3. ელექტროდის რეაქციების ნიმუშები სისტემაში [CaCl2+NIII3+Ca(III3)2] 65
3.3.1. ანოდური პროცესი 65
3.3.2. კათოდური პროცესი. 68
3.3.3. კალციუმის ნიტრატის ელექტროქიმიური სინთეზის მოსამზადებელი ასპექტები 74
3.3.4. ნახშირორჟანგის ელექტროქიმიური წარმოების მოსამზადებელი ასპექტები 75
3.4 კალციუმის აცეტატის ელექტროქიმიური წარმოება 78
3.4.1. კათოდური პროცესის თავისებურებები კალციუმის აცეტატის ელექტროსინთეზში სხვადასხვა ელექტროდულ მასალებზე 79
3.4.2. კალციუმის აცეტატის ელექტროსინთეზის მოსამზადებელი ასპექტები 87
ლიტერატურა
ნაწარმოების შესავალი
თემის აქტუალობა. თითქმის ყველა ბუნებრივი წყალი შეიცავს კალციუმის ნაერთებს სხვადასხვა კონცენტრაციით. დიდი რაოდენობით კალციუმის ქლორიდი წარმოიქმნება ნარჩენების სახით სოდის წარმოების, ქლორირებული ორგანული ნაერთების ჰიდროლიზისა და წარმოების სხვა პროცესებში.
კალციუმის ქლორიდის დამუშავების ცნობილ ქიმიურ და ელექტროქიმიურ მეთოდებს აქვს მნიშვნელოვანი უარყოფითი მხარეები: ქლორიდის დაშლა.
კალციუმი 950-1000 C ტემპერატურაზე მოითხოვს სპეციალური სამშენებლო მასალების გამოყენებას და ენერგიის მაღალ ხარჯებს; კალციუმის ქლორიდის ხსნარების ელექტროლიზის დროს კათოდზე დევს უხსნადი ნალექი. (tCa(OH)2* iCaCI2) და დროთა განმავლობაში სისტემაში ელექტრული დენის გავლა ჩერდება.
კალციუმის ქლორიდის უფრო ღირებულ პროდუქტად გადამუშავება, მისი ახალი ტიპის ნედლეულის გამოყენება ორგანულ და ფარმაცევტულ წარმოებაში მარილმჟავას, ქლორის, ქლოროსულფონის მჟავების და ალუმინის ქლორიდის წარმოებისთვის, გადაუდებელი პრობლემაა.
ამ მიზნებისათვის განსაკუთრებით პერსპექტიულია ელექტროქიმიური მეთოდები, რომლებიც იძლევა ქიმიური პროდუქტების სინთეზის საშუალებას რეაგენტების გამოყენების გარეშე, ელექტროოქსიდაციური და ელექტრორედუქციური პროცესების გამოყენებით.
სადისერტაციო ნაშრომში კვლევის ობიექტების არჩევანი განისაზღვრა, ერთის მხრივ, საბოლოო პროდუქტების ღირებულებით, ხოლო მეორე მხრივ, კალციუმის ქლორიდის ნედლეულად გამოყენების შესაძლებლობით, დიდი ტონაჟის სამრეწველო ნარჩენებით. რომლის დამუშავება ხელს უწყობს გარემოს დაცვას მავნე სამრეწველო გამონაბოლქვისგან.
კვლევის მიზანი და ამოცანები. სამუშაოს მიზანი იყო სამართლის შესწავლა
ელექტროდების რეაქციების ზომები და კალციუმის შემცველი გამომუშავება
თხევადი ნაერთები კალციუმის ქლორიდის წყალხსნარებიდან.
ამ მიზნის მისაღწევად საჭირო იყო შემდეგი ამოცანების გადაჭრა:
კალციუმის ქლორიდის წყალხსნარებიდან ქლორის გამოყოფის ანოდური რეაქციის შესწავლა ელექტროდის სხვადასხვა მასალებზე;
კალციუმის ქლორიდის, კალციუმის ნიტრატის, კალციუმის აცეტატის წყალხსნარებში და კალციუმის ქლორიდის ნარევში საქაროზასთან ელექტროდული რეაქციების კინეტიკა და მექანიზმის დადგენა;
განსაზღვრეთ კალციუმის ელექტროქიმიური სინთეზის ოპტიმალური პარამეტრები
ფცი-შემცველი ნაერთები: დენის სიმკვრივე, ელექტროლიტების კონცენტრაცია,
სამიზნე პროდუქტების მიმდინარე გამომავალი.
კვლევის ობიექტები იყო ელექტროქიმიური პროცესები, პროტ
ქლორიდის წყალხსნარებში სხვადასხვა ელექტროდის მასალებზე შეღწევა
კალციუმი სხვადასხვა დანამატებით. კვლევის ობიექტის არჩევანი განისაზღვრა
ერთის მხრივ, რბოლებში ელექტროდული პროცესების ცოდნის ნაკლებობა და სირთულე
განხილვის პროცესში მყოფი სისტემები და, მეორე მხრივ, ნარჩენების გამოყენების შესაძლებლობა
შ
კალციუმის ქლორიდის ფართომასშტაბიანი წარმოება ღირებული
პროდუქტები.
სამეცნიერო სიახლე:
შეიქმნა კალციუმის იონების შემცველი წყალხსნარების ელექტროლიზის ტექნოლოგიის სამეცნიერო საფუძველი და მოწინავე ტექნოლოგიური ხსნარები;
ანოდური და კათოდური რეაქციების წარმოშობის ნიმუშები მიხედვით
კალციუმის შემცველი ნაერთების გამოსხივება სხვადასხვა ელექტროდის მასალებზე
პრაქტიკული მნიშვნელობასამუშაოები:
პირველად, კალციუმის ქლორიდის ნედლეულის გამოყენებით, სინთეზირებულია ისეთი ღირებული ქიმიური ნაერთები, როგორიცაა კალციუმის აცეტატი, კალციუმის საქაროზა, კალციუმის ნიტრატი, ნახშირორჟანგი, ქლორი და წყალბადის აირები.
მოწონებამუშაობა. ძირითადი შედეგები მოხსენებული და განხილული იქნა XIV შეხვედრაზე ორგანული ნაერთების ელექტროქიმიის შესახებ "ახალი ორგანული ნაერთების ელექტროქიმიის შესახებ" (ნოვოჩერკასკი, 1998), რუსულ სამეცნიერო და პრაქტიკულ კონფერენციაზე "ქიმია ტექნოლოგიასა და მედიცინაში" (მახაჩკალა). , 2002 წ.), საერთაშორისო სამეცნიერო-ტექნიკურ კონფერენციაზე, რომელიც მიეძღვნა სანქტ-პეტერბურგის დაბალი ტემპერატურისა და კვების ტექნოლოგიების სახელმწიფო უნივერსიტეტის 70 წლის იუბილეს (სანქტ-პეტერბურგი, 2001 წ.), საერთაშორისო კონფერენციაზე "ორგანული ქიმიის, ეკოლოგიის და თანამედროვე პრობლემები". ბიოტექნოლოგია" (ლუგა, 2001), საბოლოო რუსულ კონფერენციებზე "ეკოლოგია და ბუნებრივი რესურსების რაციონალური გამოყენება" (სანქტ-პეტერბურგი, 2001 და 2002).
დისერტაციის მოცულობა და სტრუქტურა.დისერტაცია შედგება შესავლის, სამი თავის, დასკვნებისა და ცნობარების ჩამონათვალისგან, 111 სათაურის ჩათვლით. ნამუშევარი წარმოდგენილია საბეჭდი ტექსტის 100 გვერდზე, მოიცავს 36 ფიგურას და 6 ცხრილს.
მუშაობა განხორციელდა რუსეთის ფედერაციის განათლების სამინისტროს გრანტის ფარგლებში პროგრამის "უმაღლესი განათლების სამეცნიერო კვლევა მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების პრიორიტეტულ სფეროებში", ქვეპროგრამა - "ეკოლოგია და ბუნებრივი რესურსების რაციონალური გამოყენება". განყოფილება - "ტექნოგენური წარმონაქმნების პრობლემები და სამრეწველო და საყოფაცხოვრებო ნარჩენების გამოყენება 2001-2002 წწ." .
კალციუმის საქარატების მომზადება და კოროზიის ინჰიბიტორებად გამოყენება
ქლორი მნიშვნელოვანი რაოდენობით გამოიყენება გაუფერულების მოსამზადებლად (კალციუმის ჰიპოქლორიტი და მათეთრებელი). წყალბადის ატმოსფეროში ქლორის წვის შედეგად მიიღება სუფთა წყალბადის ქლორიდი. შესაბამისი ქლორიდები გამოიყენება ტიტანის, ნიობიუმის და სილიციუმის წარმოებაში. რკინისა და ალუმინის ფოსფორის ქლორიდები ასევე გამოიყენება ინდუსტრიაში.
წარმოებული ქლორის 60%-ზე მეტი გამოიყენება ქლორორგანული ნაერთების სინთეზისთვის. ქლორის მსხვილ მომხმარებლებში შედის ნახშირბადის ტეტრაქლორიდის, ქლოროფორმის, მეთილენ ქლორიდის, დიქლოროეთანის, ვინილის ქლორიდის და ქლორბენზოლის წარმოება. ქლორის მნიშვნელოვანი რაოდენობა მოიხმარება გლიცეროლისა და ეთილენგლიკოლის სინთეზში ქლორის მეთოდების გამოყენებით, ასევე ნახშირბადის დისულფიდის სინთეზში.
წყლის დეზინფექციისთვის, ქლორის დიოქსიდი, რომელიც მიღებულია ნატრიუმის ქლორიდის ხსნარის ელექტროლიზით, უფრო პერსპექტიულია.
წინასწარი შეფასებით, ქლორის წარმოებამ 1987 წელს შეერთებულ შტატებში შეადგინა 10,4 მილიონი ტონა. 1 ტონა ქლორის ღირებულება 195 დოლარია. ქლორი მიიღება NaCl ხსნარის ელექტროლიზით. სამრეწველო ელექტროლიზატორების თეორიული საფუძვლები და დიზაინი აღწერილია მონოგრაფიაში.
იონგამცვლელი მემბრანების გამოყენებით NaCl მარილწყლების ელექტროლიზის ტექნოლოგიის დაუფლება შესაძლებელს ხდის შემცირდეს (დიაფრაგმის ან ვერცხლისწყლის ელექტროლიზთან შედარებით) აღჭურვილობის ღირებულება (15-25%) და ენერგიის ხარჯები (20-35%). მემბრანული ელექტროლიზის მომგებიანობა დაკავშირებულია ტუტეების წარმოების შესაძლებლობასთან 40% კონცენტრაციით 200 კვტ/ტ პროდუქტის ელექტროენერგიის მოხმარებით. ორფენიანი მემბრანები იძლევა 4 კა/მ-მდე დენის სიმკვრივის მუშაობის საშუალებას, რაც უზრუნველყოფს იაფი ელექტროენერგიის უფრო ეფექტურ გამოყენებას ღამით. ეს უპირატესობები სრულად ანაზღაურებს ახალი მემბრანების შედარებით მაღალ ღირებულებას (500-700 $/მ2).
განხილულია გააქტიურებული კათოდების გამოყენების ეფექტურობა წყალბადის ევოლუციის ზედმეტი ძაბვის შესამცირებლად. უჯრედის ძაბვის შემდგომი შემცირება მიიღწევა ოპერაციული წნევის 5 ბარამდე გაზრდით და ტემპერატურის ერთდროულად გაზრდით. ჟანგბადის (ჰაერის) გამოყენება, რომელიც ახდენს კათოდის დეპოლარიზაციას, წყალბადის ევოლუციის პროცესის ჩანაცვლება ჟანგბადის შემცირების პროცესით, ამცირებს ენერგიის ხარჯებს 1600 კვტ/ტ ტუტემდე (თუ წყალბადის დაკარგული ენერგიის ინტენსივობა არ იქნება გათვალისწინებული). . ალტერნატიული გზა არის წყალბადის ელექტროოქსიდაცია საწვავის უჯრედში.
აღწერილია Hoechst კომპანიის ექსპერიმენტები ქლორის მემბრანული ელექტროლიზატორით, რომლის მემბრანის ფართობია 0,1 მ2. აღმოჩნდა, რომ მიმდინარე ეფექტურობა, რომელიც იკლებს ტუტეს კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, აღწევს მინიმუმს 30%-იანი კონცენტრაციით და შემდეგ იზრდება 34%-მდე კონცენტრაციამდე, რის შემდეგაც ისევ ეცემა. განხილულია მემბრანის პროცესის განხორციელების სხვადასხვა მექანიზმი და მემბრანის თვისებების შერჩევისა და მათი დაბერების მიზეზები. ნაჩვენებია, რომ მხოლოდ ორთქლის დაბალი ღირებულებით, მემბრანის ელექტროლიზში ენერგიის ხარჯები შეიძლება მიუახლოვდეს ვერცხლისწყლის მეთოდს.
სამუშაომ ჩაატარა დიაფრაგმის გარეშე ტუტე და მიწის ტუტე ლითონების ქლორიდების ხსნარების ელექტროლიზის პროცესის სისტემატური შესწავლა. ნაჩვენებია, რომ ანოდური პროცესის მიმდინარეობის განსხვავებები, საწყისი ელექტროლიტის კათიონის ბუნებიდან გამომდინარე, განპირობებულია ელექტროლიზის პროდუქტების განსხვავებული ხსნადობით, ძირითადად შესაბამისი ლითონების ჰიდროქსიდების ხსნადობით.
ქლორიდის მემბრანის ელექტროლიზატორში მემბრანის ერთ მხარეს მაინც არის ფოროვანი აირით და თხევადი გამტარი ფენა, რომელსაც არ გააჩნია ელექტროდის აქტივობა. კათოდისა და ანოდის კამერებში წნევა სასურველია შენარჩუნდეს 15 კგფ/სმ2-მდე, რაც შესაძლებელს ხდის ელექტროლიზის ძაბვის შემცირებას. მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას წყლის და მარილმჟავას ელექტროლიზისთვის.
ნაშრომში განხილულია ქლორის გაზის წარმოების პროცესის მოდელი არანაკადის ელექტროლიზატორში.
თერმული წყლების ელექტროლიზი
ბოლო დროს ნატრიუმის ან კალციუმის ჰიპოქლორიტი გამოიყენება წყლის გასაწმენდად და განსაკუთრებით გასანეიტრალებლად. ჰიპოქლორიტის მიმართ გაზრდილი ინტერესი დიდწილად განპირობებულია მისი გამოყენების დიდი შესაძლებლობებით. ზღვის წყლის ელექტროლიზით მიღებული ჰიპოქლორიტის გამოყენება ჩამდინარე წყლების გასაწმენდად ეკოლოგიურად სუფთაა.
სუფრის მარილის ან ბუნებრივი წყლების წყალხსნარების ელექტროლიზით ჰიპოქლორიტის ხსნარების წარმოების ელექტროქიმიური მეთოდი შესაძლებელს ხდის ამ წარმოების ორგანიზებას უშუალოდ ხსნარების მოხმარების ადგილებში და არ არის საჭირო ჰიპოქლორიტის ხსნარების გრძელვადიანი შენახვა.
ამჟამად გამოყენებულია სადეზინფექციო საშუალების ელექტროქიმიური წარმოების ორი მეთოდი: ნატრიუმის ქლორიდის კონცენტრირებული ხსნარების ელექტროლიზი, რასაც მოჰყვება დამუშავებული წყალთან შერევა და დეზინფიცირებული წყლის პირდაპირი ელექტროლიზი. ელექტროლიზის პროცესი, როგორც ერთში, ასევე მეორე შემთხვევაში, დამოკიდებულია ელექტროდების დენის სიმკვრივეზე, ნატრიუმის ქლორიდის კონცენტრაციაზე, pH-ზე, ტემპერატურაზე და ელექტროლიტის მოძრაობის ბუნებაზე, ელექტროდების მასალაზე და მათ პასივაციაზე. ასევე ელექტროდების დენის მიწოდების მეთოდი.
შესწავლილი იყო ნატრიუმის ჰიპოქლორიტის ელექტროქიმიური სინთეზის პროცესი მემბრანულ ელექტროლიზატორში ORTA ელექტროდით და არაორგანული კერამიკული მემბრანის საფუძველზე 2x0 გ. შესწავლილი იქნა დენის სიმკვრივის გავლენა, ნატრიუმის ქლორიდის ხსნარის კონცენტრაცია, ნატრიუმის ქლორიდის ხსნარის მიწოდების სიჩქარე, ელექტროდის კამერებში ხსნარების მიწოდების სიჩქარე. ნაჩვენებია, რომ ოპტიმალურ პირობებში, ნატრიუმის ჰიპოქლორიტის მიმდინარე ეფექტურობა არის 77% ელექტროენერგიის სპეციფიკური მოხმარებით 2,4 კვტ/სთ/კგ და ნატრიუმის ქლორიდი 3,1 კგ/კგ. ანოდის კოროზიის უნარი განისაზღვრა ექსპერიმენტულ პირობებში.
შემოთავაზებულია წყლის დამუშავების დროს ქლორის შემცველი ნაერთების მონიტორინგის მეთოდი და მოწყობილობა, რომელიც განკუთვნილია ძირითადად საცურაო აუზებში წყლის დეზინფექციისთვის. ნატრიუმის ჰიპოქლორიტის სადეზინფექციო ხსნარის გამომუშავება ხორციელდება ელექტროლიტური მეთოდით და ვარაუდობენ, რომ აუზში წყალი შეიცავს საკმარის რაოდენობას ქლორიდებს. წყალი ცირკულირებს დახურულ წრეში, რომლის გარე ნაწილში არის ელექტროლიზატორი, ასევე წყლის გამწმენდი ფილტრი.
სასმელი წყლის დეზინფექციისთვის, პატენტის ავტორები გვთავაზობენ მილსადენის გვერდით ზედაპირზე მინი-ელექტროლიზატორის აშენებას, რომელშიც ჰიპოქლორიტი ელექტროქიმიურად წარმოიქმნება ქლორიდის შემცველი ხსნარისგან.
შესწავლილი იყო განზავებული (0,89%) ნატრიუმის ქლორიდის ხსნარის ელექტროლიზის თავისებურებები ნაკადის პირობებში. დადგენილია, რომ ნაკადის სიჩქარის გაზრდა იწვევს ქლორატის მოსავლიანობის მკვეთრ შემცირებას და შეიძლება მნიშვნელოვნად გაზარდოს ელექტროლიზატორის პროდუქტიულობა და სტაბილურობა. საუკეთესო შედეგები მიღებულ იქნა ელექტროლიზატორში ტიტანის ელექტროდებით დაფარული დისპერსიული პლატინით, უხეშობის ფაქტორით მინიმუმ 200, ანოდების პერიოდული კათოდური გააქტიურებით.
შესწავლილია წნევის ქვეშ ნატრიუმის ჰიპოქლორიტის სინთეზის ელექტროქიმიური პროცესი. ელექტროლიზი ტარდება ტიტანის შენადნობისგან დამზადებულ ავტოკლავში, რომელიც შიგნიდან გამაგრებულია ფტორპლასტიკით მორევით. კათოდური რეაქციის დროს წარმოქმნილი წყალბადის გაზი გროვდება სისტემაში და ზრდის მის წნევას. კვლევები ტარდებოდა 100-150 ატმ წნევით. იმის გამო, რომ ხსნარი მაღალი წნევის ქვეშ იმყოფება, ქლორის ხსნადობა იზრდება, რაც იწვევს ნატრიუმის ჰიპოქლორიტის უფრო მაღალ მიმდინარე გამოსავლიანობას. ტიტანზე დაფუძნებული რუთენიუმის დიოქსიდი, გრაფიტი და პლატინი გამოიყენებოდა კათოდის მასალად, ხოლო ტიტანი მსახურობდა კათოდად.
ნატრიუმის ჰიპოქლორიტის გამოყენება, რომელიც მიიღება ბუნებრივი წყლების ელექტროლიზით, ასუფთავებს მახაჩკალა-ტერნაირის ველიდან წყალს ფენოლისგან.
ზღვის წყალს აქვს მაღალი მინერალიზაცია. ზოგადად ზღვის წყლის მინერალიზაცია არის 3,5% ანუ 35000 ppm. ”1. აქედან მხოლოდ ორი კომპონენტი (ქლორიდები და ნატრიუმი) არის 1%-ზე მეტი რაოდენობით, ხოლო დანარჩენი ორის კონცენტრაცია: სულფატი და მაგნიუმი არის დაახლოებით OD%, კალციუმი, კალიუმი, ბიკარბონატი და ბრომი შეადგენს დაახლოებით 0.001%.დანრჩენი ელემენტები წარმოდგენილია ძალიან დაბალ კონცენტრაციებში.
ცალკეული მარილების ჯამთან შეფარდების მიხედვით, კასპიის ზღვის წყლების მარილიანობა განსხვავდება ოკეანისა და შავი ზღვისგან. კასპიის ზღვის წყლები შედარებით ღარიბია ოკეანეებთან შედარებით, Na და SG იონებით და მდიდარია Ca და SO4 იონებით.კასპიის ზღვის წყლების საშუალო მარილიანობა 12,8-12,85%, მერყეობს 3%-დან. ვოლგის პირი ბალხანის ყურეში 20%-მდეა.ზამთარში ჩრდილოეთ კავკასიის წყლების მარილიანობა მაღალია, რაც აიხსნება ყინულის წარმოქმნით და ვოლგის წყლების სუსტი შემოდინებით.
ბოლო წლებში იმატა მარილების შემოდინება ზღვაში, რაც დაკავშირებულია მდინარეების იონური დინების ზრდასთან.
ზღვის წყლებში არსებული შეჩერებული ნაწილაკების ყველაზე დიდი რაოდენობა შეიცავს იგივე მინერალებს, რასაც მიმდებარე ქანები (კაოლინიტი, ტალკი, კვარცი, ფელდსპარი და ა.შ.). ცხრილი 1.1. წარმოდგენილია კასპიის ზღვის წყლის ძირითადი შემადგენლობა.
ელექტროქიმიური სინთეზები
ქლორის შემცველი ნაერთების ანალიზი ჩატარდა შემდეგი მეთოდებით: HC-ის განსაზღვრა პონტიუსის მეთოდით. 10 მლ ელექტროლიტი (pH = 8) მცირე რაოდენობით სახამებლის დამატებით ტიტრირებულ იქნა კალიუმის იოდიდის OD ხსნარით. სგ-ის განმარტება. 1 მლ ელექტროლიტი მიიყვანეთ 100 მლ-მდე გამოხდილი წყლით. 10 მლ ნიმუში ტიტრარდება ვერცხლის ნიტრატის 0,1 N ხსნარით CH3COOH + K2ClO4-ის რამდენიმე წვეთი თანდასწრებით.
C1CV-ის განსაზღვრა. 10 მლ ნიმუშს დაუმატეთ 25 მლ მორის მარილი. გააცხელეთ ბუშტუკების გაჩენამდე და მკვეთრად გაცივდით. დაამატეთ 5 მლ რეინჰარტის ნარევი და ტიტრატით კალიუმის პერმანგანატის 0,1 N ხსნარით, სანამ არ გამოჩნდება ვარდისფერი ფერი.
SY-ის განმარტება/. 10 მლ ელექტროლიტს დაამატეთ 10 მლ გაჯერებული კალიუმის ქლორიდის ხსნარი. თუ ნალექი არ წარმოიქმნება, მაშინ სისტემაში არ არის CO/s. გამოთავისუფლებული ქლორის ოდენობის განსაზღვრა ელექტროლიზის დროს წარმოქმნილი აირისებრი ქლორი გადადის კალიუმის იოდიდის ხსნარში და გამოთავისუფლებული იოდის ტიტრირება ხდება გარკვეული კონცენტრაციის ნატრიუმის თიოსულფატით. ქლორი განისაზღვრება იოდომეტრიული ტიტრიმეტრიული მეთოდით.
რეაგენტები: ნატრიუმის თიოსულფატი - 0,005 N ხსნარი; KI - 10% ხსნარი; აცეტატის ბუფერული ნარევი. მომზადება CH3COONa და CH3COOH 1 N ხსნარების თანაბარი მოცულობის შერევით; ახლად მომზადებული სახამებლის ხსნარი - 1% ხსნარი.
განსაზღვრის პროგრესი. ჩაასხით 100 მლ ონკანის წყალი 250 მლ კონუსურ კოლბაში, დაამატეთ 5 მლ 10% KI ხსნარი, 5 მლ აცეტატის ბუფერული ნარევი და 1 მლ სახამებლის ხსნარი. ნიმუშის ტიტრირება 0,005 N ნატრიუმის თიოსულფატის ხსნარით, სანამ ხსნარის ლურჯი ფერი არ გაქრება.
წყლებში კალციუმის შემცველობის დასადგენად გამოიყენება ტრილონომეტრიული მეთოდი, რომელიც შესაძლებელს ხდის ნიმუშში 0,1 მგ ან მეტი Ca-ის განსაზღვრას. ეს მეთოდი ეფუძნება ტრილონ B-ს გამოყენებას mu-rexide ინდიკატორის თანდასწრებით. მეთოდის არსი მდგომარეობს იმაში, რომ Ca2+ იონები ტუტე გარემოში ქმნიან კომპლექსურ ნაერთს მურექსიდთან, რომელიც ნადგურდება ტრილონ B-ით ტიტრირებისას უფრო სტაბილური ნატრიუმის კომპლექსონატის წარმოქმნის შედეგად. მურექსიდი (იისფერი მჟავას ამონიუმის მარილი pH 12-ზე ურთიერთქმედებს Ca იონებთან, წარმოქმნის ვარდისფერ ნაერთებს.
მურექსიდი არ რეაგირებს Mg იონებთან, მაგრამ თუ ეს უკანასკნელი შესწავლილ წყალში 30 მგ/ლ-ზე მეტია, წარმოიქმნება Mg(OH)2 ნალექი, რომელიც შთანთქავს ინდიკატორს მის ზედაპირზე, რაც ართულებს დაფიქსირებას. ეკვივალენტობის წერტილი. შემდეგ საცდელი ხსნარი უნდა განზავდეს 5-6-ჯერ მაგნიუმის კონცენტრაციის შესამცირებლად.
რეაგენტები: Trilon B - 0,05 N ხსნარი. ზუსტი ნორმალურობა დადგენილია MgS04-ის სტანდარტული 0,05 N ხსნარის გამოყენებით ან მომზადებული ფიქს-სანალიდან; NaOH - 10% ხსნარი; მურექსიდი - მშრალი ნარევი (1 წილი მურექსიდი და 99 წილი NaCl).
ანალიზის პროგრესი. ჩაასხით 100 მლ შესამოწმებელი წყალი 250 მლ კონუსურ კოლბაში, დაამატეთ 5 მლ 10% ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარი და დაამატეთ ცოტა მშრალი ინდიკატორი ნარევი. ხსნარი ხდება წითელი. ნიმუში ტიტრირდება Trilon B-ით ენერგიული მორევით, სანამ არ გამოჩნდება მეწამული ფერი, რომელიც სტაბილურია 3-5 წუთის განმავლობაში. Trilon B-ის შემდგომი დამატებით, ფერი არ იცვლება. ტიტრირებული ნიმუში შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც „მოწმე“, მაგრამ უნდა გვახსოვდეს, რომ ტიტრირებული ნიმუში ინარჩუნებს სტაბილურ ფერს შედარებით მოკლე დროში. ამიტომ აუცილებელია ახალი „მოწმის“ მომზადება, თუ შეინიშნება ადრე მომზადებულის ფერის ცვლილება.
კათოდური პროცესი - კალციუმის ქლორიდის ხსნარის ელექტროლიზის დროს წყალბადის გაზის წარმოქმნის კინეტიკა
იმის გათვალისწინებით, რომ პლატინი ძვირადღირებული ელექტროდის მასალაა, ქლორის გამოყოფის პროცესი შეისწავლეს უფრო იაფი მასალის - გრაფიტის გამოყენებით. ნახ. სურათი 3.3 გვიჩვენებს ანოდური დენი-ძაბვის მრუდები გრაფიტზე კალციუმის ქლორიდის წყალხსნარებში 0,1 - 2,0 მ კონცენტრაციით. როგორც პლატინის ელექტროდის შემთხვევაში, კალციუმის ქლორიდის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, ქლორის გამოყოფის პოტენციალი იცვლება. ანოდურ მხარეს საშუალოდ 250 - 300 მვ.
პლატინის, გრაფიტისა და ORTA-სგან დამზადებულ ელექტროდულ მასალებზე ზემოთ წარმოდგენილი ქლორის გამოყოფის დენის ძაბვის მრუდებიდან გამომდინარეობს, რომ კალციუმის ქლორიდის კონცენტრაციის გაზრდით, მოლეკულური ქლორის გამოყოფის პროცესი ხელს უწყობს პროცესის დიფუზიური კომპონენტის შემცირების გამო. .
ქლორის გამოყოფის კინეტიკური პარამეტრების შესადარებლად ნახ. სურათი 3.4 გვიჩვენებს გადაჭარბებული ძაბვის (n) ტაფელის შესაბამის დამოკიდებულებას დენის სიმკვრივის ლოგარითმზე (lg і) პლატინაზე, გრაფიტის ელექტროდებზე და ORTA-ზე.
შესაბამისი წრფივი განტოლებები, a და b კოეფიციენტების გამოთვლის შემდეგ, შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგი სახით: გამოთვლილი კოეფიციენტების a და b გამოყენებით აღმოჩნდა პროცესის მახასიათებლები - გაცვლის დენი i0 და გადაცემის კოეფიციენტი a.
2M კალციუმის ქლორიდის ხსნარიდან ქლორის ელექტროქიმიური გამოყოფის პარამეტრები მოცემულია ქვემოთ:
ნახ. 3.5. შედარებითი ანალიზისთვის წარმოდგენილია ანოდური დენი-ძაბვის მრუდები პლატინისთვის, გრაფიტისა და ORTA-სთვის 2M კალციუმის ქლორიდის ხსნარში. როგორც ნახატიდან ჩანს, ქლორი გამოიყოფა კალციუმის ქლორიდის ხსნარიდან ყველაზე დაბალ პოტენციალზე ORTA ანოდზე, ხოლო დენის ძაბვის მრუდი გრაფიტზე გადაადგილებულია 250 - 300 მვ-ით ORTA მრუდის მიმართ ანოდურ მხარეს. აქედან გამომდინარე, აშკარაა, რომ სასურველია გამოიყენოს ORTA, როგორც ანოდის მასალა კალციუმის ქლორიდის წყალხსნარების ელექტროლიზში. გრაფიტზე ენერგიის მოხმარება უფრო მაღალი იქნება, ხოლო ეს უკანასკნელი გამძლეობით ჩამოუვარდება ORTA-ს, განსაკუთრებით მაღალი ანოდიური დატვირთვის დროს.
იმის გათვალისწინებით, რომ ელექტროლიზის დროს ენერგიის ხარჯები ასევე დამოკიდებულია კათოდური პროცესის კინეტიკაზე, ჩვენ შევისწავლეთ წყალბადის ევოლუციის ნიმუშები კალციუმის ქლორიდის წყალხსნარებიდან სხვადასხვა ელექტროდის მასალებზე.
ნახ. 3.6. წარმოდგენილია კალციუმის ქლორიდის ხსნარებიდან კათოდური წყალბადის ევოლუციის მიმდინარე-ძაბვის მრუდები პლატინის ელექტროდზე 0,5 - 2,0 მ კონცენტრაციით. დენი-ძაბვის მრუდების ანალიზი აჩვენებს, რომ კალციუმის ქლორიდის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად იზრდება წყალბადის ევოლუციის გადაჭარბებული ძაბვა (30-40 მვ-ით). სავარაუდო ახსნა შეიძლება იყოს კალციუმის მარილების ნაკლებად ხსნადი ნალექის წარმოქმნა, რომელიც იცავს პლატინის ელექტროდის ზედაპირს და რომლის რაოდენობა იზრდება Ca+ იონების კონცენტრაციის მატებასთან ერთად. ამასთან დაკავშირებით, შესამჩნევია ძაბვის მატება ელექტროლიზატორზე, რაც ადრე აღინიშნა კალციუმის ჰიპოქლორიტის ელექტროქიმიური წარმოების დროს.
პრაქტიკული ელექტროლიზისთვის უფრო ხელმისაწვდომ ელექტროდულ მასალებზე - გრაფიტი, ფოლადი, სპილენძი და ტიტანი - მიღებული კათოდური დენი-ძაბვის მრუდები წარმოდგენილია სურათებში 3.7 და 3.8. დენის ძაბვის მრუდები აჩვენებს, რომ პლატინის შემდეგ წყალბადის ევოლუციის დაბალი ძაბვა შეინიშნება გრაფიტის ელექტროდზე (ნახ. 3.7, მრუდი 2)? ხოლო წყალბადის იონების ელექტრორედუქცია ტიტანის კათოდზე (ნახ. 3.8, მრუდი 2) ხდება ყველაზე მაღალი ძაბვის დროს. ეს ქცევა დამახასიათებელია ფაზის ოქსიდებით დაფარული ლითონებისთვის წყალბადის ევოლუციის პოტენციალის რეგიონში და გააჩნიათ პროცესზე ინჰიბიტორული ეფექტი. აქედან გამომდინარე, ყველაზე შესაფერისი კათოდური მასალა კალციუმის ქლორიდის ხსნარის ელექტროლიზისთვის არის გრაფიტი.
ელექტროლიტის ფიზიკოქიმიური თვისებები
კალციუმის ქლორიდის დნობის წერტილი არის 774°. ზოგიერთ შემთხვევაში ელექტროლიტს ემატება კალიუმის ქლორიდი (დნობის წერტილი 768°) და ზოგჯერ ნატრიუმის ქლორიდი (დნობის წერტილი 800°).
CaCl2-KCl სისტემის დნობის დიაგრამა შეისწავლა ო.მენგემ. სისტემაში წარმოიქმნება ნაერთი CaCl2 KCl და არსებობს ორი ევტექტიკა, 75 mol.% CaCl2 დნობის წერტილით 634° და 25 მოლ.% CaCl2 დნობის წერტილით 587°.
CaCl2-NaCl სისტემა იძლევა ევტექტიკას 53 მოლ% CaCl2-ზე, დნობის წერტილით დაახლოებით 494°.
CaCl2-KCl-NaCl სისტემის მდგომარეობის დიაგრამა შეისწავლა კ.სქოლიჩმა. მასში 508°-ზე წარმოიქმნება ევტექტიკა შემადგენლობით 52% CaCl2, 41% NaCl, 7% KCL.
რუფისა და პლატონის მიერ რეკომენდებული ელექტროლიტი შეიცავს 85,8% CaCl2 და 14,2% CaF2 და დნება 660°-ზე.კალციუმის ქლორიდის სიმკვრივე, არნდტის მიხედვით, გამოიხატება განტოლებით: d = 2,03-0,00040 (t° - 850°)
ვ.პ. ბორზაკოვსკის, CaCl2-ის სიმკვრივე 800°-ზე არის 2,049; 900° 2.001, 1000° 1.953 კალიუმის ქლორიდის ან ნატრიუმის ქლორიდის დანამატები ამცირებს დნობის სიმკვრივეს, თუმცა, ტუტე ლითონის ქლორიდების მნიშვნელოვანი დამატებების შემთხვევაშიც კი, განსხვავება დნობისა და კალციუმის მეტალის სიმკვრივეში მაინც საკმარისია. ლითონი ადვილად ცურავს ელექტროლიტის ზედაპირზე
კალციუმის ქლორიდის სიბლანტისა და ზედაპირული დაძაბულობის მნიშვნელობა გაზის ფაზასთან საზღვარზე, ვ.პ. ბორზაკოვსკი მოცემულია ქვემოთ
კალიუმის ქლორიდის და ნატრიუმის ქლორიდის დამატებები კალციუმის ქლორიდში ამცირებს დნობის სიბლანტეს და ზრდის ზედაპირულ დაძაბულობას გაზის ფაზის საზღვარზე.
კალციუმის ქლორიდის ელექტრული გამტარობა ბორზაკოვსკის მიხედვით არის: 800° 2,02 ohm-1/cm3, 900° 2,33 ohm-1/cm3; ამ მონაცემებთან მიახლოებული მნიშვნელობა მიღებული იქნა სანდონინის მიერ. 25%-მდე (მოლ.) კალიუმის ქლორიდის ან 55%-მდე (მოლ.) ნატრიუმის ქლორიდის დანამატები ამცირებს ელექტროგამტარობას; დანამატების შემდგომი ზრდა ზრდის დნობის ელექტროგამტარობას
კალციუმის ქლორიდის ორთქლის წნევა მნიშვნელოვნად მაღალია, ვიდრე KCl, NaCl, MgCl2. კალციუმის ქლორიდის დუღილის წერტილი არის დაახლოებით 1900°. მთლიანი ორთქლის წნევა კალციუმის ქლორიდის ნარევში მითითებულ ქლორიდულ მარილებთან ერთად შეისწავლეს V.A. Ilyichev და K.D. მუჟჟალევი.
კალციუმის ქლორიდის დაშლის ძაბვა (v), გაზომილი კომბისა და დევატოს მიერ ე.მ.ფ. პოლარიზაცია ტემპერატურის დიაპაზონში 700-1000°, გამოხატული ფორმულით
E = 3.38 - 1.4*10v-3 (t°-700°)
ქვემოთ მოცემულია რამდენიმე ქლორიდის მარილის დაშლის ძაბვის შედარება 800° ტემპერატურაზე.
პრაქტიკაში, 60-85% დენის გამომუშავებით, აბანოზე საპირისპირო ემფ არის 2.8-3.2 ვ. დროსბახი აღნიშნავს, რომ საპირისპირო, მაგ., დაფიქსირდა ელექტროლიზის დროს. დ.ს. პასუხობს ე.მ.ფ. უჯრედები
Ca/CaCl/CaCl2/Cl2.
მარილების დაშლის ძაბვა მცირდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად.ჰო, ვინაიდან სხვადასხვა მარილების დაშლის ძაბვის ცვლილების ტემპერატურული კოეფიციენტები განსხვავებულია, მარილების ნარევიდან კონკრეტული ლითონის გამოყოფის თანმიმდევრობა შეიძლება შეიცვალოს ტემპერატურის მიხედვით. კალციუმის ქლორიდის ელექტროლიზის ტემპერატურაზე შესაძლებელია მაგნიუმის და ნატრიუმის იონების გამონადენი. ამიტომ, კალციუმის აბაზანის ელექტროლიტი თავისუფალი უნდა იყოს ამ მარილების მინარევებისაგან
ელექტროლიზი შეხების კათოდით
ძირითადი თეორია
გამდნარი კალციუმის ქლორიდის ელექტროლიზის დროს, კათოდში გამოთავისუფლებული კალციუმი, მაგნიუმის ან ნატრიუმის წარმოებისას, გაცილებით მსუბუქია ვიდრე ელექტროლიტი და, შესაბამისად, ცურავს აბაზანის ზედაპირზე. თუმცა, შეუძლებელია კალციუმის მიღება თხევადი სახით ისე, როგორც მაგნიუმი. მაგნიუმი ოდნავ იხსნება ელექტროლიტში და დაცულია ელექტროლიტის ფირით, რომელიც მოთავსებულია ლითონის ზედაპირზე. ელექტროლიტის ზედაპირზე მცურავი მაგნიუმი პერიოდულად იშლება. კალციუმი ბევრად უფრო აქტიურია ვიდრე მაგნიუმი და არ არის დაცული ელექტროლიტური ფენით. ელექტროლიტში მისი ხსნადობა მაღალია, ლორენცის კვლევის მიხედვით, ლითონის 13% იხსნება კალციუმის ქლორიდში. როდესაც ის იხსნება, წარმოიქმნება ქვექლორიდი CaCl, რომელიც ქლორთან რეაგირებისას გადაიქცევა CaCl2-ად. ჟანგბადის და ატმოსფერული ტენიანობის გავლენის ქვეშ, სუბქლორიდები ქმნიან კალციუმის ოქსიდის სუსპენზიას დნობაში. თუ გამდნარ კალციუმს მიეცემა საშუალება დარჩეს ელექტროლიტთან კონტაქტში, მაშინ, ამ უკანასკნელის მიმოქცევის გამო, კალციუმი გადაინაცვლებს ანოდის ქლორის რეგიონში და საბოლოოდ ყველა გადაიქცევა კალციუმის ქლორიდში. გარდა იმისა, რომ კალციუმი იხსნება ელექტროლიტში, აბაზანის ზედაპირზე მყოფი, აქტიურად რეაგირებს მის გარშემო არსებულ გაზებთან.
როდესაც კალციუმი გამოიყოფა დნობის წერტილის ქვემოთ, წარმოიქმნება სპონგური დენდრიტული ლითონი, რომელიც გაჟღენთილია მარილით, დიდი დაჟანგვის ზედაპირით. ასეთი ლითონის დნობა ძალიან რთულია. მაშასადამე, კალციუმის ლითონი მისაღები დენის გამომუშავებით შეიძლება მიღებულ იქნას მხოლოდ Rathenau and Süter-ის მეთოდით - ელექტროლიზი შეხებით კათოდით.მეთოდის არსი იმაში მდგომარეობს, რომ კათოდი თავდაპირველად ეხება გამდნარ ელექტროლიტს. შეხების ადგილას წარმოიქმნება ლითონის თხევადი წვეთი, რომელიც კარგად ასველებს კათოდს, რომელიც კათოდის ნელა და თანაბრად აწევისას მასთან ერთად იშლება დნობიდან და მყარდება. ამ შემთხვევაში, გამაგრებული წვეთი დაფარულია ელექტროლიტის მყარი ფილმით, რომელიც იცავს ლითონს დაჟანგვისა და აზოტირებისგან. კათოდის მუდმივი და ფრთხილად აწევით, კალციუმი ღეროებად იჭრება.
კალციუმის ქლორიდისა და ფტორის ელექტროლიტზე შეხების კათოდით ელექტროლიზის პირობები შემდგომ შეისწავლა და გააუმჯობესა გუდვინმა, რომელმაც შეიმუშავა აპარატი ლაბორატორიული ექსპერიმენტებისთვის, ფრეი, რომელმაც ყურადღება გაამახვილა ელექტროლიზის პრაქტიკულ ტექნიკაზე, ბრეისმა, რომელმაც ააშენა 200 A. აბანო და სხვები.
რუსეთში ეს მეთოდი შეისწავლეს და გაუმჯობესდა აბანოებში 100-დან 600 ა-მდე დენით (Z.V. ვასილიევი, V.P. Mashovets, B.V. Popov და A.Yu. Taits, V.M. Guskov და M.T. Kovalenko, A.Yu. Taits და M.I. Pavlov, იუ.ვ. ბაიმაკოვი).
დამაკმაყოფილებელი დენის ეფექტურობის მიღწევის ერთ-ერთი პირობაა კათოდზე მაღალი დენის სიმკვრივის გამოყენება. ეს აუცილებელია ისე, რომ დროის ერთეულში გამოთავისუფლებული ლითონის რაოდენობა მნიშვნელოვნად აღემატებოდეს მის დაშლას. კათოდის სამუშაო ზედაპირიდან, ელექტროლიზატორის სიმძლავრედან და სხვა ფაქტორებიდან გამომდინარე, კათოდური დენის სიმკვრივე შეირჩევა 50-250 ა/სმ2-ის ფარგლებში. პროცესის ნორმალური მიმდინარეობისთვის მნიშვნელოვანია კათოდის აწევის ზუსტი კონტროლის უზრუნველყოფა. კათოდის ძალიან სწრაფი აწევა იწვევს ლითონის თხევადი წვეთების გამოყოფას და ელექტროლიტში დაშლას. ნელი მატებით, კალციუმი გადახურდება და დნება ღეროდან. ლითონის გამოყოფა ასევე შეიძლება გამოწვეული იყოს ელექტროლიტის გადახურებით. ელექტროლიტში კალციუმის დაშლა კალციუმის სუბქლორიდის და კალციუმის ოქსიდის წარმოქმნით იწვევს ელექტროლიტის გასქელებას და ქაფის წარმოქმნას, რაც არღვევს აბაზანის ნორმალურ მუშაობას. როდესაც აბაზანა ცივდება, კათოდზე ლითონი იზრდება დენდრიტების სახით.
ანოდზე დენის სიმკვრივე შერჩეულია რაც შეიძლება დაბალი (დაახლოებით 0,7-1,5 ა/სმ2) ანოდის ეფექტის თავიდან აცილების მიზნით. ანოდის ეფექტი ხდება მაშინ, როდესაც დენის სიმკვრივე გრაფიტზე აღწევს 8 ა/სმ2-ს, ხოლო ნახშირბადის ანოდზე 5,6 ა/სმ2-ს. კალციუმის ქლორიდის ელექტროლიტის ტემპერატურა დანამატების გარეშე შენარჩუნებულია 800-810°-ზე, მაგრამ სხვა მარილების დამატებით მცირდება. კათოდის გარშემო, მაღალი დენის კონცენტრაციის გამო, შეინიშნება ზედმეტად გახურებული ელექტროლიტის რგოლი, რომელსაც აქვს ტემპერატურა 820-850 °. ელექტროლიტის ტემპერატურის შენარჩუნების აუცილებლობის გამო კალციუმის დნობის წერტილთან ახლოს (851°), დანამატები ელექტროლიტის დნობის წერტილის შესამცირებლად არ არის მნიშვნელოვანი, მაგრამ მათი როლი დადებითია ელექტროლიტში კალციუმის ხსნადობის შემცირებაში. .
გამოყენებული ელექტროლიტი უნდა იყოს რაც შეიძლება გაუწყლოებული და მავნე მინარევებისაგან. ელექტროლიტში შემავალი ტენიანობა იშლება კათოდში წყალბადის გამოყოფით, რომელიც კალციუმთან შერწყმით წარმოქმნის კალციუმის ჰიდრიდს, რომელსაც თან ახლავს ტემპერატურის მატება კათოდზე. გარდა ამისა, ტენიანობა ხელს უწყობს ელექტროლიტში ქაფის წარმოქმნას. ეს ყველაფერი არღვევს ელექტროლიზის ნორმალურ მიმდინარეობას. ელექტროლიტში კიდევ ერთი მავნე მინარევებია სილიციუმი, რომელიც მცირე რაოდენობითაც კი იწვევს ელექტროლიტში კალციუმის დაშლას. შედეგად წარმოიქმნება სუბქლორიდი და ელექტროლიტი სქელდება, რაც ართულებს კალციუმის გამოყოფას კათოდში. მაგნიუმის და ნატრიუმის მინარევები არასასურველია, რადგან ისინი, ელექტროლიზის დროს გამოთავისუფლებული, კალციუმთან შერწყმულია, ამცირებს კათოდური ლითონის დნობის წერტილს და ართულებს ამოღებას.
ელექტროლიზის პრაქტიკა
კალციუმის სამრეწველო წარმოება შეხებით კათოდის ელექტროლიზით დაიწყო პირველ მსოფლიო ომამდე გერმანიაში (ბიტერფელდი) და საფრანგეთში (ჯარი). მონტელი და ჰარდი მიუთითებენ, რომ ელექტროენერგიის მოხმარება მერყეობდა 30,000-50,000 კვტ/სთ-ში 1 გ მეტალზე, რაც დამოკიდებულია ელექტროლიზერის ზომაზე, მისი დიზაინის მახასიათებლებზე და ელექტროლიზის კამპანიის ხანგრძლივობაზე.კალციუმის ქლორიდის მოხმარება იყო 4,5 კგ 1 კგ მეტალზე.
გერმანული აბანოს სამუშაო კამერას (სურ. 2) აქვს რვაკუთხა ფორმის დიამეტრი 400 მმ და სიმაღლე 350 მმ. იგი გაფორმებულია ნახშირბადის ბლოკებით, რომლებიც ემსახურებიან ანოდს. ბლოკებსა და აბაზანის გარსაცმებს შორის სივრცე გაფორმებულია და ივსება თბოიზოლაციით. აბაზანის სამუშაო კამერის ზემოთ ფიქსირდება 60მმ დიამეტრის რკინის კათოდი, რომელიც მოძრაობს ვერტიკალური მიმართულებით და ჰორიზონტალური მიმართულებით აბანოზე ძაბვის დასარეგულირებლად. ჰაერის გაგრილება მიეწოდება კათოდს და ჰაერი, ანოდურ აირებთან ერთად, აბაზანის კედელში მოწყობილი არხით გამოიყოფა. აბაზანის მოცულობა 40 ლიტრია 90 კგ დნობაზე. ელექტროლიტური შემადგენლობა,%: 35,46 Ca, 63 Cl, 0,35 CaO, 0,03 SiO2 (მაქს.), 0,04 Fe2O3+Al2O3 (მაქს.). გარდა ამისა, აბაზანას უმატებენ 1-1,5 კგ კალიუმის ქლორიდს, ზოგჯერ კი ფტორის მარილის მცირე დამატებას. ელექტროლიტის ტემპერატურა 800-820°, კათოდური დენის სიმკვრივე 50-100 ა/სმ2, ანოდური 1-1,5 ა/სმ2, აბაზანის დენი 900-2000 ა, ძაბვა 20-25 ვ. მიმდინარე გამომავალი მკვეთრად იცვლება წლის სხვადასხვა დროს და ჰაერის ტენიანობის მიხედვით და საშუალოდ 35-40%. თუმცა, აბანო უზრუნველყოფს 6-დან 15 კგ-მდე კალციუმს დღეში. 1 კგ კალციუმზე იხარჯება დაახლოებით 70 კვტ/სთ ელექტროენერგია და 8 კგ მარილი. კათოდური ლითონის მინარევების ანალიზი, % (წონა): 0,01-0,08 მგ 0,01-0,05 Si, 0,1-0,3 Fe + Al, 0,05-0,07 Mn, 0,008 -0,03 N, 0,7-1,6 კლ.
ბეგლის აღწერის მიხედვით, აშშ-ში (მიჩიგანი) 1939 წელს აშენდა სამი აბანოს საპილოტე ინსტალაცია 2000 ა მიმდინარე სიმძლავრით, რომელიც მალე გაორმაგდა (ნახ. 3). კათოდური კონტროლი ავტომატიზირებული იყო, ხოლო ელექტროლიტის პერიოდული დამატების და კალციუმის ღეროების ამოღების ოპერაციები შესრულდა ხელით. შემდგომში აბანოების ახალი სერია მიეწოდება 4000 ა, შემდეგ 5000 ა და ბოლოს 10000 ა.
შედეგად მიღებული კალციუმის ღეროებს აქვთ დიამეტრი 175-დან 350 მმ-მდე და სიგრძე 600 მმ-მდე. ღეროს გარე ნაწილი დაფარულია ელექტროლიტის ქერქით. ღეროს შიდა ლითონის ნაწილი საკმაოდ კომპაქტურია.
მაინც უნდა აღინიშნოს, რომ არსებული ტექნიკური მიღწევების მიუხედავად, შეხების კათოდის ელექტროლიზს აქვს სერიოზული უარყოფითი მხარეები: დაბალი დენის ეფექტურობა, მაღალი ენერგიის მოხმარება, კალციუმის დაბალი მოპოვება ნედლეულიდან, ელექტროლიტის გამოყენების აუცილებლობა მინარევებისაგან სრულიად თავისუფალი H2O. SiO2 და ა.შ. ნაერთები, უფრო დიდი სიმძლავრის აბაზანის აგების სირთულე და ა.შ. ამ ყველაფერმა აიძულა ბოლო ათწლეულის განმავლობაში, როდესაც კალციუმზე მოთხოვნა მნიშვნელოვნად გაიზარდა, მოეძებნა წარმოების ფუნდამენტურად განსხვავებული მეთოდები. ძებნა წარუმატებელი არ აღმოჩნდა.
თხევადი კათოდური ელექტროლიზი და კალციუმის შენადნობების წარმოება
ძირითადი თეორია
თხევადი ლითონის კათოდიდან კალციუმის მიღება გამორიცხავს სუფთა თხევადი ლითონის იზოლაციის დროს წარმოქმნილ ძირითად სირთულეებს. კალციუმის შერწყმა კათოდური მეტალთან, რომელიც მდებარეობს აბაზანის ბოლოში, ელექტროლიტის ქვეშ, ხელს უშლის მის ელექტროლიტში დაშლას და ქლორთან რეკომბინაციას და შეუძლებელს ხდის კალციუმის დაჟანგვას მიმდებარე გაზებით. ეს უზრუნველყოფს მაღალი დენის გამომუშავებას. ელექტროდების ერთმანეთთან სიახლოვის შესაძლებლობა, შეხების კათოდით ელექტროლიზისთვის საჭირო მაღალი კათოდური დენის სიმკვრივის არარსებობა და თხევადი კათოდში კალციუმის გამოყოფის დროს დეპოლარიზაცია შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს ძაბვა აბაზანაზე. მაღალი ეფექტურობის მიღწევა დამოკიდებულია კათოდის არჩევანზე, კათოდური დენის სიმკვრივეზე, ტემპერატურაზე და პროცესის სხვა პირობებზე. კათოდური ლითონი უნდა იყოს შენადნობი კალციუმით, ხოლო კათოდური დენის სიმკვრივის სიდიდე უნდა შეესაბამებოდეს შენადნობში კალციუმის დიფუზიის სიჩქარეს. ამიტომ, კათოდური შენადნობის შერევა სასარგებლოა. კალციუმის და კათოდური ლითონის ფაზური დიაგრამის ბუნებას დიდი მნიშვნელობა აქვს. მაგალითად, კალციუმის ქლორიდის ელექტროლიზის დროს თხევადი ტყვიის კათოდით, შეუძლებელია მდიდარი შენადნობების მიღება კარგი დენის ეფექტურობით იმის გამო, რომ შენადნობის ფორმირებისას დნობის ტემპერატურა, ფაზური დიაგრამის მიხედვით (ნახ. 4), მკვეთრად იზრდება, აღწევს 28% Ca 1106°.
ვ.მ. გუსკოვი და ვ.ფ. ფედოროვმა მიიღო კარგი დენის ეფექტურობა (89,3%) Pb-Ca შენადნობის შერევით და 4,4%-მდე კალციუმით გაჯერებით; ელექტროლიზის ტემპერატურა იყო 800-810°. როდესაც შენადნობაში კალციუმის შემცველობა იზრდება და ტემპერატურა იზრდება, დენის ეფექტურობა მკვეთრად მცირდება.
სანამ შენადნობში კალციუმის რაოდენობა 1-2%-ს მიაღწევს, კათოდური დენის სიმკვრივის გაზრდა შესაძლებელია მხოლოდ 2 ა/სმ2-მდე. შენადნობში კალციუმის რაოდენობის შემდგომი მატებით, დენის სიმკვრივე უნდა შემცირდეს. მსგავსი ნიმუში დაადგინა A.F. ალაბიშევი.
Ca-Al ფაზის დიაგრამის განსხვავებული ბუნების გამო, A. Yu. Taits და A.V. გოლინსკაია კალციუმის ქლორიდის ელექტროლიზით თხევადი ალუმინის კათოდით წარმოებული შენადნობები, რომლებიც შეიცავს 62% Ca-ს 840-880° ტემპერატურაზე და კათოდური დენის სიმკვრივით 1,5 A/cm2. კალციუმით მდიდარი შენადნობის ცურვის თავიდან ასაცილებლად, აბაზანას დაემატა 15% კალიუმის ქლორიდი, რამაც შეამცირა ელექტროლიტის სიმკვრივე 2,03-დან 1,84-მდე.
Zn-Ca ფაზური სქემის მიხედვით (ნახ. 5), კალციუმის ელექტროლიტური გამოყოფა თუთიის კათოდზე, რის შედეგადაც Ca შემცველობა შენადნობაში 90%-მდეა, შესაძლებელია არაუმეტეს 720° ტემპერატურაზე. თუმცა, თუთიის კათოდზე ძალიან მდიდარი შენადნობების მიღება რთულია შენადნობის ნაწილაკების ცურვისა და შეჩერების გამო.
სპილენძის კათოდზე კალციუმის დეპონირება კარგად მუშაობს. Cu-Ca ფაზური სქემის მიხედვით (ნახ. 6), შენადნობის დნობის წერტილი 750°-ზე დაბალია, როდესაც ის შეიცავს 25-დან 70%-მდე Ca-ს, ამ შემადგენლობის შენადნობი არ ცურავს, მისი სიმკვრივე კი შიგთავსით. 60% Ca არის 4.4 სიმკვრივის ელექტროლიტზე 2.2. კალციუმ-სპილენძის შენადნობების ელექტროლიტური წარმოება განსაკუთრებული ინტერესია სუფთა კალციუმის წარმოებისთვის. სპილენძის (დუღილის წერტილი 2600°) და კალციუმის (დუღილის წერტილი 1490°) ორთქლის წნევის დიდი განსხვავება საშუალებას იძლევა სუფთა კალციუმის იზოლირება შენადნობიდან დისტილაციით.
ელექტროლიზის პრაქტიკა
ინდუსტრიაში ელექტროლიზი გამოიყენება ტყვიის, თუთიის და სპილენძის კათოდებით. ტყვიის შენადნობების წარმოება კალციუმთან და ბარიუმთან ერთად ორგანიზებულია აშშ-ში შპს გაერთიანებული კომპანიის ქარხანაში. თითოეული აბანო არის აგურის ნაგებობაში მოთავსებული რკინის ჭურჭელი, რომელშიც დამონტაჟებულია გარე გათბობა. აბანოში იტვირთება დაახლოებით 2 ტონა ღორის ტყვია. ტყვია დაფარულია სუფთა კალციუმის და ბარიუმის ქლორიდების დნობის ფენით 75-100 მმ სიმაღლით. აბაზანის ცენტრში ჩაძირულია გრაფიტის ანოდი დაწევისა და ასამაღლებელი მოწყობილობით, რომლის მოძრაობა არეგულირებს აბაზანის ტემპერატურას. ქვედა ნაწილში, ისევე როგორც აბაზანის კედლების გასწვრივ, წარმოიქმნება სკალპი, რომელიც ხელს უშლის დენის დანაკარგებს, რაც შესაძლებელია მისი ანოდიდან აბაზანის კედლებამდე ნაკადის გამო, თხევადი ტყვიის კათოდის გვერდის ავლით. ელექტროლიზის დროს გამოთავისუფლებული კალციუმი და ბარიუმი შეიწოვება გამდნარი ტყვიით. აღნიშნულია, რომ პროცესის ეფექტურობა მცირდება ანოდური ეფექტის, ლითონის დაშლისა და კალციუმის და ბარიუმის კარბიდების წარმოქმნის გამო. ელექტროლიზი ტარდება მანამ, სანამ არ მიიღება შენადნობი, რომელიც შეიცავს 2% ტუტე მიწის ლითონებს (დაახლოებით სამი დღის ელექტროლიზი). როდესაც სასურველი კონცენტრაცია მიიღწევა, დენი ითიშება და შენადნობი გამოიყოფა ლანგარში, საიდანაც მას ასხამენ საერთო მიქსერში.
გდრ-ში კალციუმ-თუთიის შენადნობი იწარმოებოდა IGF ქარხანაში.
აბანო (ნახ. 7) შედგება თუჯის ყუთისაგან ზომით 2250x700x540 მმ, კედლით შემოღობილი აგურით, ანოდი არის ექვსი ქვანახშირის ბლოკი 200X200 მმ ჯვარედინი კვეთით, დაკიდებული საერთო ლილვზე ხელით ძრავით დასაშვებად და. აწევა. თუთია შეედინება ყუთის ძირში და შენადნობი გროვდება აბაზანაში, საიდანაც 60-65% Ca-ის შემცველობით პერიოდულად ამოიღება აბაზანის შეჩერების გარეშე. გამოთავისუფლებული ქლორი იწოვება ზემოდან თავსახურით.თითოეული აბანო მოიხმარს დენს 10000 ა 25 ვ ძაბვისას. ელექტროლიტი არის კალციუმის ქლორიდის შენადნობი 18% კალიუმის ქლორიდით. ელექტროლიზის ტემპერატურა 750°. აბაზანის პროდუქტიულობა შეადგენს 4 კგ კალციუმს შენადნობაში საათში, ქარხანა აწარმოებდა თვეში 10 ტონა შენადნობას.
ბოლო წლებში კალციუმის ქლორიდის ელექტროლიზმა თხევადი კალციუმ-სპილენძის კათოდით, რასაც მოჰყვა შენადნობიდან კალციუმის დისტილაცია, ფართო ინდუსტრიული გამოყენება მიიღო.
კალციუმ-სპილენძის შენადნობის წარმოების ელექტროლიზატორი (ნახ. 8) არის მართკუთხა თუჯის აბაზანა. აბაზანის სიგანე 0,90 მ, სიგრძე 3 მ, აბანოს გარედან მოპირკეთებულია ცეცხლგამძლე აგურით და ჩასმულია ლითონის გარსაცმში მექანიკური სიძლიერისთვის.
ანოდი წარმოადგენს გრაფიტის ზოლების შეკვრას, რომლებიც მიმაგრებულია ლითონის ჯვარედინი სხივზე. დენი მიეწოდება ანოდს ტრავერსზე დამაგრებული მოქნილი ავტობუსების მეშვეობით. ანოდის აწევა და დაწევა შესაძლებელია საჭის გამოყენებით. ქლორი გამოიყოფა აბაზანის გვერდით განლაგებული კვამლის მეშვეობით. აბაზანის ძირში შეედინება სპილენძ-კალციუმის შენადნობი, რომელიც ემსახურება კათოდის ფუნქციას. დენის სიმძლავრე ასეთ ელექტროლიზატორში არის 15000 ა. ახლახან შეიქმნა ელექტროლიზატორები მაღალი დენის სიმტკიცით. აბაზანაზე ძაბვა არის 7-9 ვ. ელექტროლიზატორის ყოველდღიური პროდუქტიულობაა 15000 და დაახლოებით 300 კგ კალციუმი შენადნობაში.
ტექნოლოგიური რეჟიმი უზრუნველყოფილია შემდეგი პირობების დაცვით. ელექტროლიტის ტემპერატურა 675°-715°. ელექტროლიტის შემადგენლობა არის 80-85% კალციუმის ქლორიდი და 15-20% კალიუმის ქლორიდი. აბანოში ელექტროლიტის დონეა 20-25 სმ, კათოდური შენადნობის დონე 5-20 სმ, შენადნობი გაჯერებულია კალციუმით 60-65%-მდე, გამოხდის შემდეგ დაბრუნებული შენადნობი შეიცავს დაახლოებით 30% Ca. ელექტროდებს შორის მანძილი 3-5 სმ. ელექტროლიტის ტემპერატურა რეგულირდება ინტერპოლარული მანძილის შეცვლით.
კათოდური დენის სიმკვრივეა 0,4-0,5 ა/სმ2, ანოდური დენის სიმკვრივე 1,0-1,2 ა/სმ2. არსებობს ჩვენებები თითქმის ორჯერ მაღალი დენის სიმკვრივის გამოყენების შესახებ.
აბაზანა იკვებება მყარი კალციუმის ქლორიდის მცირე ულუფებით (თითოეული 20-30 კგ). სენსორული კათოდის ელექტროლიზატორებისგან განსხვავებით, ეს აბანო შეიძლება იკვებებოდეს ნაწილობრივ გაუწყლოებული ნედლეულით, რომელიც შეიცავს 10%-მდე ტენიანობას. მისი საბოლოო დეჰიდრატაცია ხდება აბაზანის ზედაპირზე.
შენადნობი ამოღებულია, როდესაც კალციუმის შემცველობა არ აღემატება 65% -ს. უფრო მდიდარი შენადნობით არის მისი ცურვის საშიშროება. ამოიღეთ შენადნობა ვაკუუმური კასრის გამოყენებით აბანოში ~5 სმ დონემდე. მდიდარი შენადნობის გამოწურვის შემდეგ ჩატვირთეთ მჭლე შენადნობი და კალციუმის ქლორიდი აბაზანაში.
კალციუმის ქლორიდის ელექტროლიზისას თხევადი კალციუმ-სპილენძის კათოდით, დენის ეფექტურობა არის 70-75%. ენერგიის სპეციფიკური მოხმარება არის 15000 - 18000 კვტ/სთ 1 ტონა კალციუმზე შენადნობაში, კალციუმის ქლორიდის მოხმარება 3,5 გ, ხოლო გრაფიტის ანოდები 60-70 კ 1 გ კალციუმზე შენადნობაში. თუჯის აბაზანები 10-14 თვე გრძელდება.
