Деминерализованный электролит что это
Что такое электролит
Вещества, в которых электрический ток обусловлен движением ионов, то есть ионной проводимостью, называются электролитами. Электролиты относятся к проводникам второго рода, поскольку ток в них связан с химическими процессами, а не просто с движением электронов, как например в металлах.
В зависимости от вида ионов, на которые распадается вещество при растворении в воде, можно выделить электролиты без ионов Н+ и ОН- (солевые электролиты), электролиты с обилием ионов Н+ (кислоты) и электролиты с преобладанием ионов ОН- (основания).
Если при диссоциации молекул электролита образуется равное число положительных и отрицательных ионов, такой электролит называется симметричным. Или же несимметричным, если количество положительных и отрицательных ионов в растворе не одинаково. Примеры симметричных электролитов — KCL-1,1-валентный электролит и CaSO4 – 2,2-валентный электролит. Представителем несимметричного электролита является, например, H2SO4 – 1,2-валентный электролит.
Все электролиты можно условно разделить на сильные и слабые, в зависимости от их способности к диссоциации. Сильные электролиты в разбавленных растворах почти полностью распадаются на ионы. К ним относится большое количество неорганических солей, некоторые кислоты и основания в водных растворах или растворителях с высокой диссоциирующей способностью, таких как спирты, кетоны или амиды.
Слабые электролиты распадаются лишь частично, и пребывают в динамическом равновесии с недиссоциированными молекулами. К ним относится большое количество органических кислот, а также многие основания в растворителях.
Степень диссоциации зависит от нескольких факторов: от температуры, от концентрации, от вида растворителя. Так, один и тот же электролит при разной температуре или при одинаковой температуре, но в разных растворителях, будет диссоциирован в разной степени.
Поскольку электролитическая диссоциация по определению порождает большее количество частиц в растворе, это приводит к значительным различиям в физических свойствах растворов электролитов и веществ иного рода: увеличивается осмотическое давление, изменяется температура замерзания по отношению к чистому растворителю и т. д.
Часто ионы электролита участвуют в электрохимических процессах и химических реакциях как самостоятельные кинетические единицы, независимо от других присутствующих в растворе ионов: на электродах, погруженных в электролит, при прохождении через электролит тока, протекают окислительно-восстановительные реакции, продукты которых добавляются в состав электролита.
Таким образом, электролиты — это сложные системы веществ, включающие в себя ионы, молекулы растворителя, недиссоциированные молекулы растворенного вещества, ионные пары и более крупные соединения. И свойства электролитов определяются поэтому целым рядом факторов: характером ион-молекулярных и ион-ионных взаимодействий, изменением структуры растворителя при наличии растворенных частиц и т. д.
Ионы и молекулы полярных электролитов очень активно взаимодействуют друг с другом, что приводит к формированию сольватных структур, роль которых становится значительнее с уменьшением размеров ионов и с ростом их валентностей. Энергия сольватации является мерой взаимодействия ионов электролита с молекулами растворителя.
Электролиты, в зависимости от их концентрации, бывают: разбавленными растворами, переходными и концентрированными. Разбавленные растворы близки по структуре к чистому растворителю, но присутствующие ионы нарушают эту структуру своим влиянием. Такие слабые растворы сильных электролитов отличаются от идеальных растворов по свойствам в силу электростатического взаимодействия между ионами.
Переходная область концентрации характеризуется значительным изменением структуры растворителя из-за влияния ионов. При еще более высокой концентрации большинство молекул растворителя участвуют в сольватационных структурах с ионами, создавая таким образом дефицит растворителя.
Концентрированный же раствор имеет структуру близкую к ионному расплаву или кристаллосольвату, отличающуюся высокой упорядоченностью и единообразием ионных структур. Такие ионные структуры связываются друг с другом и с молекулами воды в ходе сложных взаимодействий.
Для электролитов характерны высокотемпературная и низкотемпературная области их свойств, а также области высоких и нормальных давлений. С ростом давления или температуры снижается молярная упорядоченность растворителя, слабеет влияние ассоциативных и сольватационных эффектов на свойства раствора. А когда температура падает ниже температуры плавления — некоторые электролиты переходят в стеклообразное состояние. Примером такого электролита может служить водный раствор LiCl.
Сегодня электролиты играют особую важную роль в мире техники и биологии. В биологических процессах электролиты выступают средой неорганического и органического синтеза, а в технике — основой электрохимических производств.
Электролиз, электрокатализ, коррозия металлов, электрокристаллизация — данные явления занимают важные места во многих современных производствах, особенно применительно к энергетике и защите окружающей среды.
Уделим внимание одному из интересных, но малоизвестных видов жидкостей. Посмотрим, что такое деионизированная вода (DM water, DI): чем отличается от обычной, какой бывает, какими свойствами обладает, как ее получить, где применять и так далее. В результате вы поймете, в каких случаях ее использовать.
Сразу отметим, что в природе ее не существует – она производится в промышленных условиях и масштабах. Это объясняется ключевой ее особенностью – отсутствием примесей. В естественной среде любая H2O – даже если она кристально прозрачная, не пахнет и не обладает посторонним привкусом – представляет собой минеральный раствор: с большей или меньшей концентрацией солей, с каким-то количеством микроорганизмов и так далее. У нас же несколько другой случай.
Деионизированная вода: что это такое
Она является жидкостью, из которой искусственным путем удалили все заряженные частицы примесей. Она – не просто остаток, а самое чистое из известных науке соединений водорода и кислорода: состоит из молекул H2O на 99,99999991%.
Из-за специфики технологии получения (которую мы подробно рассмотрим ниже) это также обессоленный и деминерализованный раствор, что несколько ограничивает области его применения. Хотя правильнее считать, что конкретизирует, потому что каждый случай его использования достаточно важен сам по себе.
Важный момент в отсутствии вредных микроорганизмов: да, DI очищена от бактерий, но это не значит, что ее стоит пить. Вопрос целесообразности ее регулярного употребления мы тоже рассмотрим отдельно – ниже и более подробно.
Деионизированная вода: свойства
Применение деионизированной воды
Такой уникальный набор свойств позволяет использовать DI в электронике – для промывки микросхем, полупроводников, печатных плат, так как в этой сфере особенно важно изолировать рабочие поверхности и убрать с них частицы солей. В быту она тоже востребована – для удаления отложений с ТЭНов и других нагревательных элементов (что существенно продлевает срок службы приборов), а также со стекол и металлов. По сути, является идеальным моющим средством.
Она помогает быстро и без лишних денежных трат очищать окна торговых центров и многоэтажных офисов. Ее преимущество в том, что с этой задачей она справляется сама, не требуя мыла или геля (образующего пену, которую после тоже придется смывать). И никаких пятен или разводов!
Особенно полезным оказывается ее совершенно потрясающий эффект впитывания – ее поток вбирает в себя грязь, пыль, соли кальция и магния.
Отдельный случай – автомобильные системы, в которых с помощью рассматриваемой нами вариации H2O:
Но и это еще не все сферы, где используется деионизованная вода: свойства DI крайне востребованы в трех областях, каждая из которых настолько объемна и важна, что заслуживает более детального рассмотрения.
В промышленности
Пользу такой жидкости при производстве чипов, схем, электрорадиоэлементов сложно переоценить, но она помогает обеспечить чистоту проведения всех химических процессов (в которых только могут быть задействованы растворители).
MBFT-75 Мембрана на 75GPD
SF-mix Clack до 0,8 м3/ч
SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч
Также ею обрабатывают металлические и пластиковые поверхности под покраску – чтобы гарантировать устойчивую связь основного материала с ЛКМ и исключить вероятность скорого отслаивания декоративного слоя.
И, наконец, ее свойства позволяют постепенно улучшать структуру жидкостей, что обуславливает ее использование в таких сферах как:
В этих случаях DI добавляют в пруды, озера и другие загрязненные водоемы (естественно, в точно рассчитанном объеме). DM water начинает активно вбирать в себя нежелательные примеси и таким образом очищать ту среду, в которой она оказалась. Метод максимально прост и достаточно эффективен, так как дает возможность восстановить флору с фауной, пусть и частично. Главное – не переборщить с ее концентрацией.
В косметологии
Для приготовления масок, кремов, гелей не подходит даже родниковая вода, так как она все равно содержит в себе ионы тяжелых металлов, соли, микроорганизмы. Фармацевтике нужна сверхочищенная жидкость, которая сможет ускорять механизмы клеточного деления. Ею и стала DI: она способствует заживлению гнойничков, следов от прыщей, ранок, замедлению процессов старения и образования морщин, не оказывая при этом негативного бактериологического влияния.
Также она помогает запускать процессы омоложения кожи и в целом улучшать ее состояние, поэтому и входит в состав всевозможных пилингов и скрабов. Отдельный ее плюс в том, что она продлевает срок хранения косметических средств.
В медицине
DM water широко применяется в самых разных направлениях этой важнейшей для общества сферы, ее свойствами активно пользуется:
Она помогает бороться с опухолями сразу несколькими способами: во-первых, замедляет размножение раковых клеток, во-вторых, ускоряет восстановление ДНК-нитей, в-третьих, блокирует проведение сигналов через мембраны АТФ-молекул, что тоже позволяет приостанавливать или даже полностью прекращать процессы роста злокачественных новообразований.
Также деионизированная вода усиливает эффект от лекарств, что дает возможность назначать меньшие дозы средств с опасным побочным действием, например, гомеопатических препаратов. Внимание, она запоминает структуру тех молекул, которые растворяет: если добавить в нее тот же аспирин, она частично повторит его целебные свойства. Благодаря этому ею можно с пользой разбавлять физрастворы для последующих инъекций.
Уникальным свойствам DI продолжают искать еще более широкое применение: ее всесторонне исследуют. Например, к очень интересным результатам недавно пришли ученые, ставившие опыты над крысами (физиология этих грызунов достаточно похожа на человеческую). Специалисты выяснили, что DM water улучшает жизнестойкость клеток секреции, продуцирующих инсулин, а значит потенциально очень перспективна в борьбе с диабетом.
Получение деионизированной воды
Полностью осуществляется в лабораторных условиях. В общем случае процесс ее выделения является четырехэтапным:
1. Поток H2O из артезианской скважины (или другого природного источника) прогоняется через дистиллятор. Это так называемая первичная очистка, позволяющая убрать посторонние механические примеси, молекулы со сложными соединениями, бактерии.
2. Полученная жидкость подвергается предварительному обратному осмосу, то есть пропускается сквозь мембрану и комбинированные фильтры, и достигает состояния дистиллята.
SF-mix ручной до 0,8 м3/ч
Аэрационная установка AS-1054 VO-90
3. Наступает основная стадия – прохождения через установку с загрузкой из смолы – либо катионитной R-H, либо анионитной R-OH. Это дает возможность удалить еще и посторонние заряженные частицы, причем полностью.
4. Выделенная DI заливается в тару из фторопласта, в которой и хранится до тех пор, пока не понадобится.
В результате получают DM water, состоящую из молекул H2O на 99,9(9)%. Естественно, она проходит проверку: в обязательном порядке выясняют, насколько ее коэффициент сопротивления и другие параметры соответствуют необходимым.
Классификация
На практике приготовление деионизированной воды зависит от того, какого класса чистоты нужно достичь. В случае с ОСТ 11.029.003-80 они так и поделены, на 3 категории – В, Б и А соответственно. И это едва ли не единственный комплексный показатель, по которому разделяют DI (включающий в себя ряд конкретных характеристик, таких как та же окисляемость).
Ультрачистая
Максимально обессоленная, в которой вообще не должно содержаться никаких примесей. Высшего класса – А, – и делают ее из предыдущей категории, Б, с помощью систем, включающих технологии стерилизации, микро- и ультрафильтрации, а также обратного осмоса.
Бывает двух уровней: с удельным сопротивлением 18 и 10 МОм/см и теплопроводностью в 0,0555 и 0,1 мкСим/см-1 соответственно.
Свою нишу нашла в таких областях как:
Можно смело сказать, что она применяется в самых сложных и ответственных случаях.
Чистая ДВ
В ее составе еще есть заряженные частицы (а также коллоидные и органические соединения), но их доля настолько мала, что жидкость вполне допустимо использовать даже для проведения сравнительно чувствительных анализов, например, таких как ААС (атомно-абсорбционная спектрометрия), или для определения следового количества компонентов. Ее получают, прогоняя поток класса В сквозь мембраны, улавливающие примеси до 2 мкм.
Нашла свою нишу в микроэлектронике, может быть трех уровней: с солесодержанием от 0 до 0,7 мг/л (наиболее «грязная»), с удельным сопротивлением 5, 1 и 0,5 МОм/см и теплопроводностью 0,2, 0,5 и 1 мкСим/см-1 соответственно.
Очищенная ДВ
Она обладает теми же характеристиками, что и обычная ионизированная дистиллированная вода, но она забирается из естественного источника и проходит первичную подготовку в централизованной системе с последующим отстаиванием. Она содержит заряженные частицы и некоторые виды кальциевых и магниевых соединений, но служит сырьем для получения DI более высоких классов, а также в полной мере отвечает требованиям и особенностям ГОСТа 6709-72.
Диспенсер магистральный настольный AquaPro 919H/RO (горячая и холодная вода)
Диспенсер магистральный настольный AquaPro 929CH/RO (охлаждение/нагрев)
Диспенсер напольный AquaPro 311 (пустой, без охлаждения)
Может быть 5 уровней (степеней): с солесодержанием от 3,5 до 35 мг/л, удельным сопротивлением от 0,2 до 0,02 МОм/см и теплопроводностью от 5 до 50 мкСим/см-1 соответственно.
Отдельно отметим, что совокупность физических и химических методов по превращению класса В в А полностью оправдана с практической, а значит и с экономической точки зрения. Востребованность DM water остается крайне высокой.
Можно ли пить деионизированную воду
Если вы, случайно или намеренно, примете целый ее стакан или даже пару литров, с вами ничего страшного не случится. Но вот от регулярного ее употребления лучше воздержаться – по следующим причинам:
Если подытожить, то регулярное ее употребление может нарушить обмен веществ, поэтому использовать ее стоит в промышленных или бытовых, но никак не в пищевых целях.
Чем отличается дистиллированная вода от деионизированной
Как мы уже выяснили выше, чистотой и, что важно, способом получения. На практике это взаимосвязанные показатели. DI делают путем многоступенчатой фильтрации, а не выпаривания и конденсации или заморозки и размораживания. В результате из DM water удаляются заряженные частицы, а вот в ее альтернативе, с которой мы сейчас ее сравниваем, ионы остаются.
Почему? Потому что жидкость активно впитывает их прямо из воздуха. Да и охлаждающийся и оседающий на стенках сосуда пар тоже обладает газообразными примесями. Хотя в большинстве случаев итоговая степень очистки довольно высокая для решения многих бытовых и производственных задач.
Есть еще один момент, в котором отличаются деионизированная и дистиллированная вода: разница между ними в специфике изготовления. Если собрать конденсат и заморозить/отогреть несколько десятков литров без труда можно и в домашних условиях, то создание DI требует уже промышленных масштабов.
Необходимо использовать профессиональное и многоступенчатое фильтрующее оборудование, а оно нуждается в специализированном обслуживании, дорого стоит, занимает достаточно много места. Должную степень стерильность важно поддерживать как в процессе синтеза, так и при розливе в тару – чтобы DM water не начала забирать заряженные частицы из воздуха или со стенок емкостей, с которыми она контактирует.
Хранение деионизованной воды
С одной стороны, рассматриваемая нами разновидность H2O очень активна химически, с другой – она должна оставаться максимально чистой и не растворять в себе посторонние частицы. Отсюда вывод: содержать ее следует в резервуаре, выполненном из такого материала, который точно не вступит с нею в реакцию и при этом будет экологичным. Лучшим выбором в таких условиях становится фторопласт: он ко всему прочему еще и сравнительно доступен по стоимости.
Если в бытовых условиях DI не изготовить, то как же ее получить, если она вдруг понадобилась? Купить, и аптеки или химические лаборатории – вот те места, где взять деионизированную воду не составит труда. Заказать ее вы также можете у нас, более того, мы также поможем подобрать оборудование для очистки артезианских скважин, чтобы вы могли установить одну из таких систем у себя на участке (или фильтр дома) и использовать для приготовления пищи максимально подходящую для этого H2O. На производственной базе нашей компании осуществляется полный цикл изготовления технических средств очистки и обеззараживания воды собственной разработки и сборка устройств из комплектующих ведущих зарубежных производителей. Обращайтесь за помощью (консультацией, рекомендацией, чтобы задать любые интересующие вопросы) в организацию «Вода Отечества».
Высокоэффективные безводные жидкостные электролиты
В лаборатории Sandia National, расположенной в Соединенных Штатах Америки были созданы уникальные аккумуляторные батареи на безводных жидких электролитах. Такие устройства представляют собой обратимые топливные элементы, основанные на соединениях распространенных металлов, таких как железо и медь с диэтаноламином и 2-этилгексаноатом. Данная разработка способна накапливать ранее недостижимое количество энергии.
Исследования в этом направлении производились под чутким руководством химика Трэвиса Андерсона. На базе ОВОТЭ – окислительно-восстановительных обратимых топливных элементов, команда ученых под его руководством смогла добиться потрясающих результатов, применив новейший подход. Вместо традиционно использующихся систем, основанных на растворах жидких солей металлов, на базе переходных металлов (ванадий, железо, кобальт, медь, марганец, никель) были созданы уникальные новые жидкие безводные смеси.
Сами разработчики называют свое творение MetILs (от английского transition metal based ionic liquid). В общей сложности было протестировано порядка двух сотен разнообразных безводных комбинаций лигандов, катионов и анионов на базе различных соединений. В результате удалось выяснить, что пять из них по своей электрохимической эффективности ощутимо превосходят даже ферроцен, чья электрохимическая обратимость часто принимается за эталонную. Ученые разработали уникальную системы – вместо того, чтобы растворять соли в растворителях, они создали соль, которая сама имеет свойства растворителя. Одной из самых перспективных для использования ОВОТЭ солей является Cu(DEA)6(EHN)2. Все ее компоненты гораздо более доступны, чем литий, используемый в большинстве современных аккумуляторных батарей. Проведенные в дальнейшем эксперименты позволили добиться от этой соли невероятно высоких результатов, которые были даже лучше, чем у ферроцена.
Выработка тока в обычном электролите возможно только в том случае, если реакция идет в одну сторону, в то время как при зарядке, реакция поворачивается в противоположную сторону. В новых составах показатель обратимости реакции в разы превышает лучше результаты, когда-либо достигнутые.
Процесс изготовления электролитов нового типа относительно несложный: соли требуемых металлов, наилучших результатов из которых достигла медь, нагреваются до сравнительно небольших температур в присутствии требуемых комбинаций лигандов, в роли которых чаще всего выступают алифатические амноспириты. Поскольку нагрев требуется незначительный – до комнатных температур, весь процесс широко масштабируем и требует малых энергетических затрат, что делает возможным его быстрое разворачивание в промышленных условиях.
Кроме того, концентрация активных металлов в электролитах нового типа, как правило, значительно более высокая, нежели в традиционных электролитических растворах. Это связано с высокой вязкостью жидких электролитов, из-за которого происходит смешение веществ, влияние которого на эффективность новейших электролитов существенно снижено. Благодаря использованию новейших технологий ученым удалось добиться трехкратного увеличения плотности запасания энергии, по сравнению с лучшими современными аккумуляторными батареями.
Новые батареи могут быть с успехом использованы в промышленных аккумуляторных батареях и в аккумуляторном блоке электрических автомобилей.
Применение электролитов. Кислотные и щелочные электролиты
В прошлой статье рассказывалось об основных свойствах электролитов и технике безопасности при работе с ними. Сейчас речь пойдет о видах электролитов и их применении.
Основное применение электролитов — в промышленности: 
производство источников тока, батарей (гальванических элементов), аккумуляторов, электролитических конденсаторов.
• В аналитической практике используются рН-метры и ионометры с электродами, заполненными солевыми электролитами. С их помощью измеряют не только уровень кислотности среды, но и содержание и концентрацию определенных элементов в веществах.
• В электрохимической индустрии электролиты — основа растворов для гальванирования металлов: хромирования, кадмирования, цинкования, золочения, фосфатирования и пр. С помощью электролитов проводят травление металлов.
• В медицине и биологии тоже имеют дело с электролитами. Диагностика многих заболеваний связана с определением характера водно-солевого и кислотно-щелочного баланса в организме.
Кислотные и щелочные электролиты
Чаще всего мы сталкиваемся с электролитами в аккумуляторах, работающих в различных транспортных средствах. Без них автомобили, электровозы, локомотивы и т.п. просто не способны функционировать. Используются в них кислотные и щелочные электролиты. Оба типа имеют свои достоинства и недостатки.
Щелочной электролит — это раствор щелочи в воде. Как правило, используют гидроокись натрия, калия, лития или их комбинации.
Достоинства:
• долгий срок службы;
• высокая надежность;
• способны работать в широком диапазоне температур;
• при работе выделяется меньше токсичных газов;
• неприхотливы в эксплуатации, требуют меньшего обслуживания, чем кислотные;
• щелочные аккумуляторы меньше весят, не содержат свинец, не боятся тряски, сильных токов и коротких замыканий.
К сожалению, есть и недостатки:
• щелочные аккумуляторы дороже стоят;
• у них меньший к.п.д., меньшая величина э.д.с. (электродвижущая сила);
• не способны дать стартовый ток, необходимый для запуска двигателя автомобиля.
Щелочные электролиты преимущественно используются в электропогрузчиках и в шахтных электровозах, в локомотивах и электропоездах.
В автомобильной индустрии востребованы в основном кислотные аккумуляторы. Кислотный электролит — это раствор концентрированной серной кислоты в воде.
Достоинства аккумуляторов с кислотным электролитом:
• малый саморазряд;
• высокий к.п.д. и величина э.д.с.;
• простые, хорошо отработанные технологии обслуживания;
• способны выдавать высокий стартовый ток;
• гораздо дешевле щелочных.
К недостаткам можно отнести:
• большой вес;
• чувствительны к низким температурам — электролит может замерзнуть и вывести из строя весь аккумулятор;
• неэкологичны;
• требуют регулярного обслуживания.
Это важно: нельзя менять тип электролита в аккумуляторе. Щелочные заправляют только щелочью, кислотные — только кислотой.
В нашем магазине можно недорого купить щелочные электролиты следующих видов:
• твердый калиево-литиевый;
• жидкий калиево-литиевый, плотность 1,27
• жидкий калиево-литиевый, плотность 1,41
Сплав гидроокиси лития и калия. Представляет собой порошкообразный или гранулированный продукт. Применяется для изготовления жидких электролитов с нужными характеристиками.