Электролит и его свойства и противопоказания
Наверняка значительная часть автомобилистов обладают только поверхностными знаниями об устройстве своего аккумулятора, но иногда так хочется покопаться и узнать, что же там внутри, как в детстве разломать, посмотреть. Ломать не нужно, мы постараемся Вам рассказать.
В пред идущих статьях мы разбирали из чего же состоит АКБ. Если в кратце, то из положительных и отрицательных электродов которые чередуются, а между ними пластмассовые сепараторы. Все остальное пространство заполнено электролитом.
Так что же представляет из себя электролит? Ничего сложного, состав электролита для аккумулятора — это раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Итак, по порядку.
Аккумуляторная серная кислота
Серная кислота это тяжелая прозрачная маслянистая жидкость. Она хорошо растворима в воде и не имеет запаха. Процесс растворения кислоты в воде при приготовлении электролита для свинцовых АКБ, сопровождается выделением тепла.
Используется серная кислота согласно ГОСТ 667-83 марки А или серная кислота особой чистоты согласно ГОСТ 142б2-78. Содержание моногидрата серной кислоты нормируется в пределах 92-94 %. Плотность по ГОСТ – 1,830 г/см3. Суммарное содержание примесей — не более 0,03665 %, в их числе марганца — не выше 0,0О01 %, железа — 0,012 %, мышьяка – 0,0001%, хлора — 0,0005 %, окислов азота – 0,0001%.
Дистиллированная вода
Процесс приготовления электролита для свинцовых аккумуляторов невозможен без дистиллированной воды. Не допускается применение технической, питьевой и речной воды. Допускается применение конденсата воды паротурбинных установок с обязательным проведением химического анализа на содержание железа, которое не должно превышать величины 0,0004 %, и меди, с максимально допустимым её содержанием 0,005 %.
Для приготовления дистиллированной воды в лабораториях, на аккумуляторных станциях, в аптеках и лечебных учреждениях обычно применяются электрические дистилляторы.
Дистиллятор модели Д-1 мощностью 4 кВт имеет производительность 5 л/час, модели АД-10 — 10 л/час. Могут применяться и дистилляторы других моделей. При работе с конкретными моделями дистилляторов необходимо руководствоваться их инструкциями по эксплуатации.
Целесообразно не реже 1 раза в полгода проводить анализ воды, получаемой в дистилляторах. Содержание сухих веществ не должно превышать 5 мг/л, аммиака и солей аммония — не более 0,05 мг/л, сульфатов — не более 0,5 «г/л, хлоридов — не более 0,02 мг/л, кальция — не более 1,0 мг/.
Кроме того, полученная вода должна проверяться на содержание железа, тяжелых металлов и нитратов. Результаты сводятся в карту химанализа, на основании которой делается вывод о возможности использования дистиллята для приготовления электролита.
Вода должна соответствовать ГОСТ 6709-72.
Стоимость дистиллированной воды в аптеках и магазинах варьируется от 10 до 20 рублей за 1,5 литра.
Электролит
Электролит для свинцовых батарей представляет собой водный раствор серной кислоты. Серную кислоту и дистиллированную воду применяют с вышеуказанными характеристиками. Для заливки новых стационарных АКБ и вышедших из ремонта, а также для доливки применяется электролит с плотностью 1,18-1,24 г/см3.
Если для приготовления электролита применяется серная кислота с плотностью 1,83 г/см3 — целесообразно работы вести в два этапа. На первом этапе готовится электролит с плотность. 1,4 г/см3. Необходимо обеспечить его остывание до температуры 20С. На втором этапе из электролита с плотностью 1,4 г/см3 готовят электролит необходимой плотности. При двухэтапном процессе степень нагрева раствора серной кислоты будет значительно ниже.
Готовить электролит нужно в чистой эбонитовой, фаянсовой или специальной пластмассовой посуде. Из металлических сосудов можно применять только свинцовые. Применение стеклянной посуды категорически запрещено ввиду возможности разрушения при тепловом ударе.
Вначале в ёмкость вливается мерное количество дистиллированной воды, а потом тонкой струёй, при помешивании стеклянной или эбонитовой палочкой, вливается расчетный объем серной кислоты. Кислоту лучше доливать отдельными порциями.
Необходимо неукоснительно соблюдать следующее правило: лить кислоту в воду, а не наоборот. Оно обусловлено тем, что если вливать воду в кислоту, то вода мгновенно разогревается, вскипает и разбрызгивается, увлекая за собой капли горячей кислоты, падание которых на кожные покровы вызывает ожоги. Именно поэтому все работы необходимо производить в резиновых сапогах, суконном комбинезоне и резиновых перчатках. Так же можно одеть резиновый передник и обязательно защитные очки.
Чтобы приготовить электролит плотностью 1,4 г/см3 из расчета на 1 литр раствора ниже мы приводим таблицу какие пропорции серной кислоты и дистиллированной воды необходимо выдерживать.
Таблицы соотношения серной кислоты и дистиллированной воды
Таблица 1
Для электролита плотностью 1,4 г/см3 нужно выдерживать пропоции из второй таблицы.
Таблица 2
Для приготовлении электролита из плотностью 1,83 г/см3 воспользуйтесь третей таблицей.
Таблица 3
При измерении плотности используют ареометры с пределами измерения 1,1-1,4 г/см3 и ценой деления не грубее 0,005 г/см3 и, поскольку плотность зависит от температуры, термометры на пределы измерения 0÷50С и ценой деления 1С. Термометры не должны иметь деревянных или металлических оправ. Ареометры с указанными пределами измерения и точностью отсутствуют, поэтому применяют набор с более узкими диапазонами измерений.
Как уже упоминалось выше, в процессе приготовления электролита выделяется тепло. В таком случае измерение плотности нагретого электролита будет не корректным, соответственно при измерении необходимо вносить поправку, ну а лучше подождать пока температура станет 20С.
Температурный градиент плотности равен 0,0007 г/см3 на 1С. При температуре электролита выше приведенной, в данном случае 20С, расчетная поправка прибавляется к измеренному значению плотности. Например: температура фактическая равна 30С, разница с приведенной 20С составляет 10С. Градиент 0,0007 х 10 = 0,07 г/см3. К измеренному значению плотности прибавляем поправку, равную 0.007 г/см3.
При фактической температуре 10С разница с приведенной температурой также 10С. Градиент, равный 0,0007 г/см3 умножаем на 10, получаем поправку 0,007 г/см3, но в данном случае поправка вычитается из измеренного значения плотности при температуре 10С.
Необходимо помнить, что заливать электролит температурой выше 25С в аккумуляторы недопустимо.
Физические свойства сернокислотного электролита
Есть еще один физический фактор, который необходимо учитывать, особенно когда приготавливаются большие объемы раствора серной кислоты и дистиллированной воды. Это то обстоятельство, что при смешивании равных объемов серной кислоты и воды, после охлаждении такого раствора его объем будет меньше, чем сумма первоначальных объёмов. Что бы учесть этот фактор нужно обратится к четвертой таблице, в которой указаны величины уменьшения объёмов для растворов серной кислоты различной плотности.
Таблица 4 Сокращение объема раствора
Вязкость
Вязкость это свойство электролита, наиболее существенно влияющее на работоспособность свинцового аккумулятора. Электрохимические процессы, протекающие при работе аккумулятора, носят диффузионный характер. Скорость диффузии, в основном, зависит от вязкости электролита. Именно скоростью диффузии определяется поступление электролита к поверхности и в поры электродов при разряде, особенно при установке жестких (минутных, часовых) режимов разряда.
Чем вязкость выше, тем диффузия медленнее. При понижении температуры на 25С вязкость электролита возрастает в 2 раза, а при температуре в -50С она возрастает почти в 30 раз по сравнению с вязкостью при нормальной температуре. С увеличением вязкости падает ёмкость. Именно поэтому ра6отоспособность свинцовых аккумуляторов при низких температурах ухудшается. Это обстоятельство необходимо учитывать при установке герметичных аккумуляторов с гелевым (загущённым) электролитом.
Удельное сопротивление электролита
Сопротивление электролита, занимающего объем, ограниченный длиной 1 см и сечением в 1 см3, рассчитывается по формуле:
=rS/L
где r – удельное сопротивление Ом см;
L- длина, см.
S — поперечное сечение см2.
Сопротивление изменяется с изменением концентрации и температуры электролита.
Чтобы иметь минимальное внутреннее сопротивление АКБ, желательно применять электролит с наименьшим удельным сопротивлением.
Величины удельных сопротивлений приведены в таблице 5.
Таблица 5. Удельные сопротивления электролита
Удельное сопротивление электролита возрастает при снижении температуры, наиболее значительно при температуре 0С.
Температура замерзания электролита важна, постольку по мере разряда аккумулятора снижается его плотность и, соответственно, температура его замерзания. При замерзании объем электролита увеличивается, что приводит к разрушению сосуда и электродов аккумулятора. Наиболее низкую температуру замерзания имеет электролит плотностью 1,29 г/см3. Стартерные аккумуляторные батареи, эксплуатируемые в суровых условиях, имеют электролит плотностью 1,26-1,30 г/см3, который не замеряет при самых низких возможных температурах.
Для определения температур замерзания электролитов различной плотности следует пользоваться таблицей 6.
Таблица 6. Температура замерзания электролитов
Щелочные электролиты
Обычно для приготовления электролита щелочных аккумуляторов используют едкий калий и едкий литий.
Едкий калий (КОН) — твердое белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. При растворении едкого калия в воде происходит выделение тепла. Согласно ГОСТ 9285-59 калий едкий технический изготовляется трех сортов: высший, А и Б. Содержание едкого калия в высшем сорте не менее 96%, в сорте А — 92% и в сорте Б — 88%. Кроме того, выпускается реактивный едкий калий (ГОСТ 4203-435), содержащий меньше примесей, чем технический едкий калий.
Если электролит приготовляют из едкого калия и едкого лития, то сначала растворяют едкий калий, а затем добавляют едкий литий из расчета 10-20 г на 1 л электролита. Чтобы он остыл после разведения, а также для осаждения примесей необходимо оставить его на 15-20 часов в емкости, закрыв плотно крышкой.
По истечении этого времени очистившийся раствор осторожно сливают в чистую посуду, затем ареометром проверяют плотность, и, если нужно, доводят до нормы, добавляя воду, щелочь или готовый концентрированный электролит.
Рекомендуемую плотность электролита устанавливает завод-изготовитель кадмий-никелевых и железо-никелевых батарей. Если в документации нет жестких рекомендаций, то применяется электролит с плотностью 1,19-1,21 г/см3 при 15С и содержанием 10-20 г/л едкого лития. Раствор с такими параметрами применяется при эксплуатации аккумулятора при температурах не ниже —20С. Если температура ниже, то необходим электролит с плотностью 1,25—1,27 г /см3 без едкого лития.
Для восстановления старых щелочных кадмий-никелевых и железо-никелевых аккумуляторов применяют калиево-литиевый электролит плотностью 1,255—1,279 г/см3 с добавкой 69 г едкого лития на 1 л электролита. Для приготовления электролитов требуемой плотности необходимо руководствоваться таблицей 7.
Таблица 7. Плотность щелочных электролитов
Приготовление щелочных электролитов для железо-никелевых и кадмий-никелевых аккумуляторов
В заключение можно констатировать, что век самостоятельного приготовления электролита в гаражах уже подошёл к концу. В любом автомобильном магазине можно купить готовый и не подвергать себя риску при работе с химическими веществами, например, серной кислотой.
Вы когда-либо размышляли, открывая свой любимый спортивный напиток: «Что вообще представляют собой эти электролиты?» Мы все знаем, что они важны для гидратации организма, особенно если вы занимаетесь спортом, но почему это так? Разве они не являются всего лишь солями?
С точки зрения того, как функционируют наши тела, электролиты – это далеко не просто соли…
Ваше тело представляет собой сложную и тщательно сбалансированную систему, состоящую из клеток, тканей и жидкостей, сквозь которые почти каждую секунду проходит непостижимое количество электрических импульсов. А возможно это лишь потому, что в этих клетках, тканях и жидкостях поддерживается гомеостатическая среда, необходимая для того, чтобы электрические сигналы беспрепятственно достигали пункта назначения.
Ключевым фактором поддержания высокой проводимости электрических импульсов являются электролиты.
Что такое электролиты?
При растворении в жидкости, соли разделяются на составляющие их ионы, создавая электропроводящий раствор. Например, поваренная соль (NaCl), растворенная в воде, разделяется на положительно заряженные ионы натрия (Na+) и отрицательно заряженные ионы хлора (Cl-). Любая жидкость, которая проводит электричество, например, соленая вода, является электролитным раствором, а ионы соли, которые он содержит, называются электролитами.
В организме обнаружено несколько распространенных электролитов, каждый из которых выполняет определенную и важную роль, но большинство из них в некоторой степени отвечают за поддержание баланса жидкостей между внутриклеточной и межклеточной средой. Этот баланс критически важен для таких вещей, как гидратация, проводимость нервных импульсов, функционирование мышц и уровень рН.
Электролитный дисбаланс, неважно большой или маленький, может быть весьма вредным для вашего здоровья. Например, для сокращения мышц нужны кальций, калий и натрий. Дефицит этих минералов может привести к мышечной слабости или сильным судорогам. Слишком большое количество натрия, с другой стороны, может повысить кровяное давление и значительно увеличить риск развития сердечных заболеваний. К счастью, уровни электролитов в основном зависят от потребляемой вами пищи и воды, поэтому поддержание их баланса просто сводится к правильному питанию.
Давайте рассмотрим 7 основных электролитов, обнаруженных в организме человека, чтобы лучше понять, что каждый из них делает и почему это важно.
7 основных электролитов и их функции
Семью основными электролитами являются:
1. Натрий (Na +)
2. Хлор (Cl-)
3. Калий (K +)
4. Магний (Mg ++)
5. Кальций (Ca ++)
6. Фосфат (HPO4-)
7. Бикарбонат (HCO3-)
Натрий (Na+)
Натрий отвечает за контроль общего количества воды в организме. Он также важен для регулирования объема крови и поддержания функции мышц и нервов. Натрий является основным положительно заряженным ионом (катионом) в межклеточном пространстве вашего организма и главным образом содержится в крови, плазме и лимфе. Он необходим для поддержания электролитного баланса между внутриклеточной и межклеточной средой (натрий – в межклеточной жидкости, калий – внутри клеток).
Большая часть натрия поступает в организм в результате потребления поваренной соли. Минимальное количество натрия, необходимое для правильного функционирования организма – 500 мг в день, рекомендуемое количество – 2,3 г. Но современный человек обычно потребляет в среднем 3,4 г в день, а это уже чревато развитием гипертонии и повышением риска развития сердечных заболеваний.
Состояние, при котором в жидкостях тела наблюдается избыточный уровень натрия, называется гипернатриемией и развивается оно, как правило, в результате недостаточного количества воды в организме (обезвоживание). Это может привести к слабости и летаргии, а в тяжелых случаях к эпилептическим припадкам или коме.
Слишком низкий уровень натрия в организме вызывает состояние, называемое гипонатриемией, которое является наиболее распространенным расстройством электролитного баланса. Часто вызывается тяжелой диареей или рвотой, симптомы могут включать в себя головную боль, спутанность сознания, усталость, галлюцинации и мышечные спазмы.
Хлор (Cl-)
Основной отрицательно заряженный ион (анион), хлор содержится, главным образом, в межклеточной жидкости и тесно взаимодействует с натрием, чтобы поддерживать правильный баланс и давление в различных жидкостных отделах организма (кровь, внутриклеточная и межклеточная жидкость). Он также жизненно важен для поддержания правильного уровня кислотности в организме, пассивно уравновешивая положительные ионы в крови, тканях и органах.
Как и натрий, большую часть хлора вы получаете, потребляя соль.
Избыток хлора в организме (гиперхлоремия) и его дефицит (гипохлоремия) являются редкими состояниями, но могут возникать из-за дисбаланса других электролитов. Симптомы могут включать в себя затруднение дыхания и кислотно-щелочной дисбаланс.
Калий (K+)
В то время как натрий в основном содержится вне клеток, калий является основным катионом внутри клеток и чрезвычайно важен для регулирования сердечного ритма и функционирования мышц. Совместно с натрием участвует в поддержании электролитного баланса и обеспечивает проводимость электрических импульсов между клетками.
Мясо, молоко, фрукты и овощи, как правило, являются хорошими источниками калия, но большинство взрослых людей не потребляют эти продукты в достаточном количестве. Правильный баланс между калием и натрием очень важен для поддержания нашего здоровья, но зачастую мы избегаем натуральных фруктов и овощей, содержащих много калия, и потребляем обработанные промышленным путем продукты, содержащие много натрия. Хуже всего то, что дисбаланс между калием и натрием может еще больше увеличить риск развития гипертонии, сердечных заболеваний и даже инсульта.
По большей части избыток калия в организме (гиперкалиемия) является довольно редким состоянием, но может быть смертельным, если быстро его не исправить, так как вызывает аритмию, паралич легких и остановку сердца. Фактически, гиперкалиемия настолько опасна, что именно в это состояние вводят осужденных на смертную казнь в Соединенных Штатах посредством инъекции раствора хлорида калия. Дефицит калия (гипокалиемия), с другой стороны, встречается гораздо чаще и вызывается потерей воды в результате сильной рвоты или диареи. Легкие случаи могут проявляться незначительными симптомами, такими как мышечная слабость и судороги, но тяжелые случаи могут быть столь же смертельны, как гиперкалиемия, и лечить их следует немедленно.
Магний (Mg++)
Магний является одним из самых недооцененных минералов в нашем питании. Он необходим не только для протекания более чем 300 биохимических реакций в организме, но также играет важную роль в синтезе как ДНК, так и РНК. Четвертый из наиболее распространенных минералов в организме человека, магний помогает поддерживать нормальное функционирование нервов и мышц, укрепляет иммунную систему, поддерживает стабильный сердечный ритм, стабилизирует уровень сахара в крови и необходим для образования костной ткани. Орехи, специи, листовая зелень, кофе и чай – все это, как правило, хорошие источники данного минерала.
Избыток магния в организме (гипермагниемия) является относительно редким состоянием, потому что организм очень эффективно справляется с удалением избытка данного минерала, что затрудняет потребление слишком большого его количества с пищей. Гипермагниемия может возникать в случае почечной недостаточности или злоупотребления пищевыми добавками с магнием, и может привести к тошноте, рвоте, нарушению дыхания или аритмии. Гипомагниемия (дефицит магния) чаще всего встречается у алкоголиков, потому что почки удаляют из организма до 260% больше магния, чем обычно, после употребления алкоголя, но это состояние также может быть вызвано простым недоеданием. Симптомы включают в себя усталость, судороги, спазмы и онемение мышц.
Кальций (Ca++)
Вероятно, вы уже знаете, что кальций необходим для образования костей и зубов, но вы можете не знать, что он также важен для передачи нервных импульсов, свертывания крови и сокращения мышц. Это самый распространенный минерал в вашем организме: около 99% всего кальция находится в костях скелета, но также он содержится в крови и других клетках тела (особенно в клетках мышц). Если в вашей крови недостаточно кальция, организм берет его из ваших костей, чтобы восполнить недостаток; если это происходит постоянно, то в конечном итоге может привести к остеопорозу.
Рекомендуемое потребление кальция составляет от 1000 до 1500 мг в день (для поддержания надлежащего уровня минерала в крови и предотвращения ослабления костей). Гиперкальциемия или избыток кальция в организме является довольно редким состоянием, но может возникать из-за чрезмерного потребления богатых кальцием продуктов, некоторых заболеваний костей или экстремального недостатка физической активности (например, при квадриплегии или параплегии). Симптомы могут включать в себя проблемы с пищеварением и тошноту в легких случаях. Экстремальные же случаи гиперкальциемии могут привести к дисфункции мозга, коме и даже смерти. Умеренные случаи гипокальциемии (недостаток кальция) могут не вызывать немедленных симптомов, но со временем это состояние может повлиять на мозг, приводя к бреду, потере памяти и депрессии; тяжелые случаи могут приводить к мышечным спазмам, судорогам и аритмии.
Фосфат (HPO4-)
Фосфор является вторым наиболее распространенным минералом после кальция в вашем организме и 85% его содержится в ваших костях в виде фосфата. Анионы фосфата тесно взаимодействуют с кальцием для укрепления костей и зубов, но также необходимы для производства энергии в клетках, роста и восстановления тканей, и являются основным строительным материалом для клеточных мембран и ДНК.
Большинство людей получают необходимое количество фосфора с пищей, но избыток фосфата (гиперфосфатемия) не является редкостью и обычно указывает на заболевание почек или дефицит кальция. Избыток фосфата в организме также связан с повышенным риском развития сердечно-сосудистых заболеваний. Гипофосфатемия (дефицит фосфата) распространен меньше и чаще всего встречается у алкоголиков и людей с болезнью Крона или целиакией. Симптомы гипофосфатемии включают в себя боль в суставах, ослабленные кости, усталость и нарушения дыхания.
Бикарбонат (HCO3-)
Наши тела полагаются на сложную систему буферизации для поддержания надлежащих уровней pH. Легкие регулируют количество углекислого газа в организме, большая часть которого соединяется с водой и превращается в угольную кислоту (H2CO3). Угольная кислота может быть быстро превращена в бикарбонат (HCO3-), который является ключевым компонентом буферизации рН.
Когда кислоты накапливаются в результате метаболических процессов или производства молочной кислоты в ваших мышцах, почки высвобождают бикарбонат (щелочной раствор) в вашу систему, чтобы противодействовать повышенной кислотности. Когда уровень кислотности становится более низким, почки уменьшают количество бикарбоната для повышения кислотности. В отсутствие этой системы, быстрые изменения баланса рН могли бы вызвать серьезные проблемы в организме, такие как повреждение центральной нервной системы. Этот бикарбонатный буфер является одной из главных причин, по которым наши тела могут поддерживать гомеостаз и функционировать должным образом.
Баланс электролитов
Итак, вот он – ваш звездный состав электролитов. Как видите, каждый из них играет важную роль в поддержании функционирования вашего тела, но важно отметить, что они действуют должным образом, лишь пребывая в состоянии очень специфического равновесия. Знать, какую функцию выполняют электролиты в вашем организме, важно потому, что большинство людей не понимают необходимости поддержания электролитного баланса. Нарушение баланса до уровня избытка или недостатка электролитов может иметь катастрофические последствия. Так, например, увеличение количества случаев гипертонии и сердечно-сосудистых заболеваний во всем мире можно объяснить прогрессирующими проявлениями дисбаланса натрия.
К счастью, теперь, когда вы знаете, что такое электролиты и как они должны быть сбалансированы, у вас есть простое решение – здоровое питание натуральными продуктами. В зимнее время можно подключить качественные мультивитамины с минералами в хелатной форме (лучше усваиваются).
Для тех, кто активно занимается спортом, уже давно придумали изотонические напитки, которые как раз и содержат необходимые нам минералы. Эти же самые напитки рекомендуется пить в туристических поездках в жаркие страны. Купить можно в любой аптеке в готовом виде или в порошке и добавлять в воду. Минеральная вода — тоже отличный вариант!
Это кажется таким легким, но это жизненно важно для поддержания здоровья организма. Позаботьтесь о своем теле, и оно позаботится о вас!