Как электролит, так и дистиллированная вода широко применяются в электротехнике несмотря на то, что эти вещества обладают разной электропроводностью и способностью образовывать свободные заряженные частицы. Они также отличаются физико-химическими свойствами. Больше информации о различиях между дистиллятом и электролитом приведено в статье.

Дистиллят: жидкость, которая не проводит ток

Бутылка с дистиллированной водой на аккумуляторе
Дистиллированная вода получается посредством перегонки (дистилляции).В ее процессе H2O переходит в парообразное состояние и затем конденсируется, избавившись почти от всех примесей.

В отношении электропроводности главной особенностью воды, очищенной в процессе дистилляции, является то, что она освобождается от химических примесей, способных образовывать ионы. Поэтому она не может проводить электрический ток, в отличие от электролита.

Электропроводность жидкости зависит от растворенных в ней веществ. Измеряется эта характеристика в единицах удельной электрической проводимости: Сименс на 1 м (См/м). Это довольно большой показатель, значения для жидкостей измеряются в производных величинах: миллисименсах на 1 м (мСм/м) или микросименсах на 1 см (мкСм/см).

Чем больше солей и иных примесей растворено в H2O, тем лучше она проводит ток. Для морской воды в океанах этот показатель составляет в среднем 30000 мкСм/см. Электропроводность обычной водопроводной воды в среднем 365 мкСм/см. Электропроводность у очищенной воды– 1-5 мкСм/см, т. е. в тридцать тысяч раз меньше, чем у слабого солевого раствора, которым является океаническая H2O (в морях соленость бывает во много раз выше).

Определение электропроводности воды

Способ производства

Пластиковые бутылки с дистиллированной водой на производстве
Для изготовления дистиллированной H2O в промышленных масштабах используют аквадистилляторы.По сути, в этих аппаратах воссоздается природный процесс круговорота воды в природе - от ее испарения до конденсации при охлаждении и выпадения в качестве осадков.

Главное отличие – нагревание воды до температуры кипения.

После аквадистиллятора содержание примесей составляет не более 100 мг на 1 литр. Удаление этих минимальных остатков слишком трудоемко и не имеет практического значения, т. к. чистота полученного дистиллята достаточна для применения.

Применение

Дистиллированная вода возле АКБ
Оставив все примеси в аквадистилляторе, H2O становится более активным растворителем.Также она выступает в роли более предсказуемого растворителя.

Поэтому ее использование для разбавления кислоты в аккумуляторных кислотных батареях (АКБ), едкого калия или едкого натрия в щелочных аккумуляторах гарантирует то, что электрохимические реакции в аккумуляторе будут протекать без незапланированных воздействий неких растворенных веществ.

Чистота дистиллята позволяет применять его там, где нежелательно появление минеральных отложений — в приборах, работающих при нагреве, например, в радиаторах и утюгах.

Отдельная сфера применения — производство лекарств и продуктов питания.

Влияние на организм

Женщина пьет дистиллированную воду из стакана
Отсутствие примесей гарантирует безопасность водного дистиллята для организма.Но и никакой пользы он не несет.

Надо учитывать, что природный водный дистиллят часто попадает в наш организм без нашей воли — с дождевой или талой воды из природных источников. Низкий уровень минерализации воды помогает сделать приготовленную на ней пищу более приятной на вкус, особенно чай или кофе.

Ученые отвергли бытовавшее мнение, что очищенная H2O:

  • растворяет и выводит из организма важные полезные вещества (микро- и макроэлементы);

  • способствует «разбавлению крови».

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Выяснено, что с жидкостью удаляются из организма только те вещества и соли, которые выводятся из обмена печенью и почками и которые были бы удалены и с обычной водой «из-под крана». Из этого следует также и то, что не имеет смысла использовать водный дистиллят для т. н. «очищения организма» или «удаления шлаков» – с таким же успехом можно использовать простую чистую воду.

Японские ученые рекомендуют перед употреблением дистиллированной H2O подвергать ее замораживанию. Они утверждают, что это изменяет ее микроструктуру.

Электролит: состав, который проводит ток

Бутылка с электролитом рядом с аккумулятором
Электролитом может считаться любое токопроводящее вещество твердое, так и жидкое.Но в составах свободных ионов гораздо больше, чем в твердых кристаллах.

Например, в кристаллической поваренной соли (всем известный натрий-хлор NaCl) 1 моль частиц, а в ее растворе их в 2 раза больше — 2 моля.

Электропроводность в электролитах описывает Теория электролитической диссоциации, объясняющая ход процессов, определяющих взаимодействие молекул электролитов с жидкостями (водой или другим растворителем), их разделение на ионы и катионы. Таким образом, электропроводность обусловлена подвижностью положительно или отрицательно заряженных ионов в разнонаправленных процессах: при распаде молекул на ионе (электролитическая диссоциация) и при ассоциации ионов в молекулы (моляризация).

Чаще в качестве электролита применяются водные составы, содержащие частицы с разными зарядами (анионами и катионами). Частицы движутся в разных направлениях:

  • катионы — к катоду,

  • анионы — к аноду.

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Они переносят электрические заряды. Появление большого количества свободных заряженных частиц наделяет жидкость способностью проводить ток. Д. И. Менделеев проанализировал и объяснил процесс появления в электролитической жидкости ионов, объяснив взаимодействие молекул растворенных веществ с молекулами воды и/или другого растворителя. Электролитическую диссоциацию описывают очень простой схемой: KA ⇄ K+ (катион) + A- (анион).

H2O в составе не просто разбавляет растворитель, но и сама активно участвует в диссоциации. Молекулы воды представляют собой диполи, в которых:

  • атомы водорода имеют частичный положительный заряд,

  • а атомы кислорода – частичный отрицательный.

В соответствии со знаком заряда:

  • атомы кислорода притягиваются к катионам,

  • а атомы водорода — к анионам.

Электростатическое притяжение способно ослабить и в итоге разорвать ионную связь между молекулами вещества, и оно диссоциирует на ионы.

Катодом и анодом в аккумуляторных батареях являются два электрода, погруженные в электролитический раствор. В результате химических реакций окисления и восстановления в аккумуляторе начинают действовать сторонние электродвижущие силы (ЭДС), вызывающие перемещение электрических зарядов.

В стандартной автомобильной кислотно-свинцовой аккумуляторной батарее роль электролита выполняют свинцовые решетчатые пластины. Отрицательные пластинчатые электроды покрываются мелкопористым свинцом, положительные – двуокисью свинца.

Свинцовая решетчатая пластина в АКБ

В качестве токопроводящего состава чаще всего применяют раствор H₂SO₄ в очищенной воде. Гораздо реже вместо жидкостей используются гелеобразные субстанции.

Физические свойства электролитов

Бутылка с электролитом на фоне аккумулятора
Жидкие электролиты содержат ионы в большой концентрации.Она достаточная, чтобы обеспечить прохождение электрического тока.

По сути, ими могут быть любые составы, содержащие достаточное количество ионов. Электрохимические процессы жизненно важны для биологических систем. Кровь может считаться электролитом, который с ионами железа транспортирует кислород к тканям организма. Ионы калия и натрия в биологических жидкостях регулируют водно-солевой баланс в организме, помогают работе сердца, кишечника и других органов.

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Для оценки возможностей токопроводящего состава к диссоциации используется особая характеристика – «степень диссоциации», которая оценивает возможность растворенных активных веществ к образованию ионов. Она определяется особенностями самого вещества и растворителя, от концентрации и температуры. Главным фактором является концентрация, т. е. соотношение частей кислоты и воды в растворе. Эта характеристика называется плотностью электролита и от нее в наибольшей степени зависит активность движения ионов.

Как действует проводящий ток состав в аккумуляторе?

Заливка электролита в аккумулятор
В кислотных аккумуляторах ионы появляются при взаимодействии H₂SO₄ и материала электродов.Когда аккумулятор отдает накопленный заряд, осуществляется реакция между свинцом, диоксидом свинца и H₂SO₄:

  PbO2 + Pb + 2H₂SO₄ → 2PbSO4 + 2H2O

Эта формула отображает процесс перемещения ионов от одного электрода к другому, в результате чего возникает электрический ток.

На молекулярном уровне происходит следующее: молекулы H₂SO₄ присоединяются к активному веществу электродных пластин, осаждаясь в виде сульфата свинца. При этом концентрация H2O в растворе становится выше, а его плотность снижается.

Если электроды подсоединить к источнику тока (начать зарядку аккумулятора), ионы будут двигаться в обратном направлении из осадка в раствор. Тогда кристаллическая решетка сульфата свинца начинает разрушаться, а содержание серной кислоты восстанавливается, но уже с некоторыми потерями. Эта химическая реакция выглядит так:

2PbSO4 + 2H2O → PbO2 + Pb + 2H₂SO₄

Что происходит с электролитом в аккумуляторе?

Добавление электролита в аккумулятор из бутылки
Иногда аккумулятор начинает отдавать свой заряд (т. е. разряжается).Это выражается в химическом превращении материала отрицательных и положительных электродов в сернокислый свинец (сульфат свинца).

В ходе реакции:

  • активное вещество реагирует с сернокислотным электролитом;

  • происходит выработка электрического тока.

На электроды выпадает сульфат свинца, а H₂SO₄ разлагается с выделением воды. В результате понижается уровень жидкости в приборе и уменьшается плотность состава – базовая характеристика, определяющая его свойства.

В процессе зарядки аккумулятора эта реакция проходит в обратном направлении. Это возвращает прибору способность давать ток.

Плотность повышается с восстановлением концентрации H₂SO₄ в электролитическом растворе. Это происходит при добавлении H₂SO₄ в раствор, а также при зарядке прибора, в процессе протекания восстановительной реакции.

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Объемная доля кислоты в составе особенно важна для подготовки прибора к эксплуатации при различных температурных показателях. Чем холоднее, тем большей должна быть плотность раствора, чтобы проводящий ток раствор не замерз.

По плотности раствора можно судить об уровне заряда или разряженности аккумулятора. Чем меньше его масса относительно массы электродов, тем быстрее уменьшается содержание растворенной кислоты при разряде. В конце разряда она составляет от 10 до 25%. Уменьшение плотности на 0.01 г/см3 по сравнению с номинальной означает, что батарея разрядилась примерно на 6 — 8%.

Дистиллят и электролит: соединение противоположностей

Бутылки с водой и дистиллятом возле аккумулятора
Содержания H₂SO₄ в составе может понижаться.Это ведет к:

  • снижению напряжения,
  • затруднению запуска двигателя
  • риску замерзания при понижении температуры.

Но из этого не следует, что чем выше содержание кислоты, тем лучше. Надо учитывать, что при повышении плотности электролит активнее воздействует на электроды. Соответственно, чем быстрее они изнашиваются, тем меньше срок службы прибора.

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Корректировка содержания H₂SO₄ в аккумуляторной жидкости выполняется добавлением очищенной воды. Водный дистиллят служит необходимой средой, в которой протекают процессы электролитической диссоциации. Он используется совместно с электролитами в щелочных или кислотных аккумуляторов.

Требования к электролиту для автомобильного аккумулятора

Человек доливает электролит в аккумулятор
В заряженных аккумуляторах, предназначенных для эксплуатации в теплое время года, содержание кислоты равно 30-40%.Степень текущей разряженности прибора определяется исходя из нормативной плотности токопроводящего раствора.

Но при нормальной для России зимней погоде (до минус 30°С) может замерзнуть электролит у батареи, разряженной на 45-50% (1,19— 1,20 г/см3). Поэтому изготовители аккумуляторов считают недопустимой эксплуатацию батарей со степенью заряженности ниже 75% (плотность проводящей ток жидкости 1,24 г/см3). В средней полосе России нормальной считают плотность 1,25–1,27 г/см3. В южных регионах она может быть понижена на 0,01–0,02 г/см3, в северных — повышена на такую же величину. Поэтому в северных регионах оптимальной считается плотность вещества, равная 1.29-1.30 г/см3, а в субтропическом поясе – 1.23-1.25 г/см3.

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Плотность электролитической жидкости также зависит от режимов, в которых осуществляется эксплуатируется прибора. Для тяговых аккумуляторов этот показатель обычно составляет 1.26 кгсм³, источники питания для осветительных приборов или пусковых устройств имеют плотность до 1.3 кгс м³. В аккумуляторах для автомобилей нормой считается 1.28 кгсм³.

Химический состав и производство электролитических растворов

Электролит в бутылках от производителя
Электролит для АКБ приготовляется достаточно легко.Это происходит путем разбавления аккумуляторной серной кислоты плотностью 1,83-1,84 г/см3 дистиллированной водой.

Изготовить его требуемой плотности можно в бытовых условиях непосредственно из кислоты плотностью 1,83-1,84 г/см3, добавив к ней дистиллированную воду.

При изготовлении электролитического раствора для щелочных аккумуляторов используют:

  • едкий калий;

  • едкий натрий.

Как смешивать прошедшую дистилляцию воду и электролит?

Смешивание жидкостей двух типов в одном стакане
Определяя требуемое количество ингредиентов надо учитывать, что при смешивании жидкостей их общий объем окажется меньше исходного.Кроме того, при непрерывном вливании кислоты в H2O происходит разогрев раствора до 80-90°C.

Соединяя проводящий ток раствор с водой, нужно концентрированное вещество понемногу добавлять в дистиллят, а не наоборот. Нарушение этого правила чревато мгновенным вскипанием раствора и химическими ожогами.

Удобнее использовать состав с промежуточной плотностью 1,40 г/см3. Важно также, чтобы подготовленная смесь после охлаждения хранилась в стеклянной или полиэтиленовой посуде.

Смешивание компонентов необходимо проводить в правильных пропорциях, в соответствии с техническим регламентом.

В каких случаях используют только дистиллят, а в каких – исключительно электролит, и как определить, что именно нужно для аккумулятора?

Бутылки с дистиллированной водой и электролитом
Прежде всего нужное произвести измерение плотности состава.На основании полученных результатов производится его корректировка при помощи того или иного вещества:

  • если концентрация слишком высока, для ее уменьшения применяется чистая дистиллированная вода;

  • если плотность понижена, она корректируется добавлением электролитного раствора.

Выплескивание электролита, испарение дистиллята

Результат вытекания электролита из аккумулятора
Уровень жидкости в аккумуляторе может уменьшаться.Это происходит по разным причинам:

  1. В процессе эксплуатации часть воды испаряется (процесс происходит медленно, но постоянно).
  2. На конечном этапе зарядки в области положительного электрода происходит выделение газообразного кислорода (процесс выкипания дистиллята).
  3. Из-за повреждения корпуса батареи или при наклоне автомобиля может происходить выплескивание электролита или его утечка.

Для восстановления плотности «свежего» аккумулятора достаточно поставить его на зарядку. Но и в этом случае имеет смысл проконтролировать уровень раствора внутри банок — для этого в заливной горловине есть специальная отметка. Нормальный уровень для 12-вольтовых аккумуляторов легковых автомобилей — это около 1,5 см над пластинами. Если он ниже, в емкость стоит добавить дистиллированную воду.

Зарядка автомобильного аккумулятора

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Добавление дистиллята в итоге понижает концентрацию раствора настолько, что в процессе зарядки она уже не восстанавливается до нормальных значений. В этой ситуации необходимо добавить электролитный раствор (желательно, повышенной плотности) или раствор кислоты промежуточной плотности, контролируя параметры жидкости при помощи ареометра (измерителя плотности).

Стоимость электролита

Удобнее и безопаснее пользоваться фирменным составом с плотностью, соответствующей условиям эксплуатации, расфасованным в емкости объемом до 5 л. Для обслуживания (корректировки плотности) можно использовать концентрат электролитического состава.

Интересное видео по теме:

Вопрос — ответ

Насколько полезно заменить воду из водопровода на дистиллированную и пить только такую «суперчистую»?

В отношении использования дистиллированной H2O можно говорить только о безопасности. А вот о пользе говорить не приходится: точно установлено, что замена обычной воды для питья на дистиллированную может принести вред: от минерального состава H2O, которой человек восполняет недостаток жидкости в организме, во многом зависит здоровье зубного аппарата. В северных регионах, где в водопровод поступает вода с пониженной минерализацией (талая H2O из северных рек и озер) потребителям (особенно детям) рекомендуется принимать специальные минеральные комплексы.

можно ли сэкономить, если готовить электролитический состав самому из кислоты и дистиллированной H2O?ожно ли сэкономить, если готовить электролитический состав самому из кислоты и дистиллированной H2O?

Да, если изготовить раствор из исходных ингредиентов (кислоты и дистиллята), он будет стоить дешевле приобретенного в магазине. Но это мероприятие требует особой осторожности: кислоты и щелочи при неосторожном обращении могут стать причиной химических ожогов кожи и слизистых, повредить глаза. Работать с такими веществами надо в изолированном помещении с хорошей вентиляцией, используя средства защиты кожи и глаз.

Что случится, если долить слишком много кислоты?

Если доливать в АКБ раствор «на глазок», не проверяя плотность ареометром, концентрация серной кислоты может превысить нормативную. Надо помнить, что это приведет к ускорению сульфатацию пластин (электродов) и приведет к потере эффективности работы аккумулятора. Поэтому лучше купить ареометр, чтобы точно знать, что долить, выполняя обслуживание прибора — это поможет продлить срок его службы.

Что представляет собой электролитный состав на основе серной кислоты?

В качестве активного вещества в АКБ чаще всего применяют серную кислоту (H₂SO₄). Она активно взаимодействует с материалами, из которых изготавливаются электроды и легко образует смеси с H2O.

Как проверить уровень жидкости в оболочке батареи без специального оборудования?

Можно воспользоваться пластиковой или стеклянной трубкой: погружаете это приспособление в аккумулятор до пластин, зажимаете отверстие и вытаскиваете. В трубке окажется столбик жидкости, длину которого можно измерить линейкой — это покажет уровень жидкости в банках. Полной емкость может считаться, когда уровень жидкости будет на 15 — 20 мм над верхней частью пластин.

Какие проблемы создаст недостаток электролитного раствора и почему емкость обязательно должна быть полной?

Если уровень упадет настолько, что откроется поверхность пластин, то они будут подвергаться воздействию воздуха и на них начнется ускоренный процесс сульфатации (иногда говорят «сульфатирования») — осаждения солей серы. Это помешает нормальной работе прибора и даже сократит срок его службы.

Почему батарея очень быстро разряжается?

Это происходит из-за быстрого снижения плотности электролитной жидкости даже в неработающей АКБ. Причиной может быть ее загрязнение или загрязнение долитого электролита.