Алюминиевая бутылка+++

[kika]

Здравствуйте, коллеги!
Есть такая задачка на грани техники безопасности.
Имеется алюминивая бутылка емкостью 1 литр и имеется 3%-ный водный раствор NaOH.
Сколько мл NaOH можно поместить в бутылку, чтобы не произошел взрыв?

p.s. Никто не собирается в алюминиевой бутылке, конечно, хранить водный раствор щелочи, задача скорее на оценку прочности бутылки, с таким предположением, что избыточное давление сработает быстрее, чем в бутылке возникнет дырка.
Заранее спасибо!

[Phobos]

Ну, во-первых зависит от толщины стенки. Во-вторых, от геометрии бутылки, включая нюансы крепления дна - прямой там угол или с закруглением. В третьих, материал и резьба пробки - может, давление просто выбьет ее или приподнимет для сброса. И каждый параметр выльется в весьма сложное уравнение с эмпирическими коеффициентами, которое под силу каким-нибудь профи в области взрывотехники или хотя бы проверки качества баллонов газов под давлением.

[ximi]

Имеется алюминивая бутылка емкостью 1 литр и имеется 3%-ный водный раствор NaOH.
Сколько мл NaOH можно поместить в бутылку, чтобы не произошел взрыв?

задача не решаема при такой постановки задачи.
Как минимум нужно знать толщину стенок бутылки. А в реальности все еще сложнее ....

1 мм это одна история.
5 мм другая.

А если 100 мм ее вообще никогда не разорвет.

[kika]

Спасибо огромное, коллеги!
Видимо, да, толщина - определяющий параметр.
А если не учитывать, то можно без штанов дна остаться.

[ximi]

Ну это как бы очевидно что толщина играет.
Фольга от пивной банки вообще мигом слабину даст !

[Jokermaniak]

Kika, если вам нужно оценить предельное давление, которое выдерживает бутылка, может, взять менее агрессивный источник газа? Например сухого льда туда закинуть?

Фольга от пивной банки вообще мигом слабину даст !

Всё не так однозначно, всей правды мы не знаем. © Пивные банки покрыты изнутри лаком, поэтому щелочью они растворяться не будут, если не пошкрябать.

[kika]

Kika, если вам нужно оценить предельное давление, которое выдерживает бутылка, может, взять менее агрессивный источник газа? Например сухого льда туда закинуть?

Спасибо, Jokermaniak!
Думаю теперь, что лучше не приближаться к предельному давлению. Зная свободный об'ем бутылки, можно прибавить ровно столько разбавленной щелочи, чтобы тот об'ем газа, который может образоваться, вместился бы в свободный об'ем. Как-то так! Возможно, это будет уравнение с двумя переменными, но это уже детали...

[Phobos]

Сухой лед не даст полной картины - нет коррозии стенки, которая явно снизит ее прочность, плюс водород гораздо лучше будет просачиваться через пробку.
Но вообще-то зреет напрашивающийся вопрос "на хрена?" Нельзя лить щелочь в люминий, и все тут.

[Шуша]

... избыточное давление сработает быстрее, чем в бутылке возникнет дырка.

1. Бутылку разорвет в любом случае, если количество щелочи будет достаточным. При этом пробку считаем бесконечно надежной. Возможность точечной коррозии исключаем, т.к. это учесть в теоретических выкладках невозможно. В бутылке будет давление. Как только истончившаяся стенка не сможет ему противостоять, ее разорвет.
2. Пивная банка имеет минимальную толщину стенок 0,1 мм. И выдерживает давление до 6 атм. Если у бутылки толщина стенки будет хотя бы 1 мм, то она выдержит давление в разы больше. Насколько, это надо спросить у специалистов по сосудам, работающим под давлением.
3. Если я не ошибся в расчетах, то пол-литра 3% раствора NaOH (полностью прореагировавшего с алюминием) создадут в литровой бутылке давление около 26 атм (растворимость газа в жидкости не учтена).
4. Равномерного истончения стенок сосуда не будет. Максимальная коррозия будет наблюдаться вблизи места контакта 3-х фаз, из-за наилучшего перемешивания барботированием. Просчитать это практически нереально. Если давление окажется достаточным, то бутылку разорвет рядом с линией заполнения раствором.

[ximi]

Пивные банки покрыты изнутри лаком, поэтому щелочью они растворяться не будут, если не пошкрябать.

Лак может дать слабину от щелочи .....

Он порой даже от пива может слабину дать ...была одна история ....знакомый на оптовке работал рассказывал.

[kika]

Но вообще-то зреет напрашивающийся вопрос "на хрена?" Нельзя лить щелочь в люминий, и все тут.

Часто ли это написано большими печатными буквами в лаборатории?
А за студентами-практикантами не всегда углядишь!

[kika]

1. Бутылку разорвет в любом случае, если количество щелочи будет достаточным. ...

Огромное спасибо, Шуша!
Сосчитала потом - газа возникло около 25 литров на 0.5 литра свободного объема,
видимо, достаточное давление, чтобы оторвало дно.

[Шуша]

...газа возникло около 25 литров на 0.5 литра свободного объема...

Ну, это Вы где-то ошиблись в 2 раза. На моль щелочи получается полтора моля водорода. 15 г NaOH в пол-литра раствора, это 0,375 моль. Водорода будет 0,56 моль, т.е. 12,6 л.

[ximi]

А это примерно 25 Ат

[Шуша]

Часто ли это написано большими печатными буквами в лаборатории?
А за студентами-практикантами не всегда углядишь!

Гм, когда я был еще молодым специалистом и работал в лаборатории НИИ, у нас одна лаборантка учудила. Было две емкости с плавиковой кислотой ОСЧ. Она решила место под тягой освободить и слила их в одну. Хорошо хоть, что в пластиковую, но... через стеклянную воронку. Пришлось кислоту утилизировать. Казалось бы большинство людей, даже далеких от химии, должны были слышать, что плавиковая кислота растворяет стекло, а здесь лаборантка.
Всего не предусмотришь и большими буквами на плакатах, развешенных в лаборатории, не напишешь. Места не хватит. И всегда может найтись чудак, который что-то совершенно идиотское сотворит.

[kika]

Ну, это Вы где-то ошиблись в 2 раза. На моль щелочи получается полтора моля водорода. 15 г NaOH в пол-литра раствора, это 0,375 моль. Водорода будет 0,56 моль, т.е. 12,6 л.

А не пол-моля на моль щелочи?

[kika]

И всегда может найтись чудак, который что-то совершенно идиотское сотворит.

Назвала бы это оплошностью.
У нас опытный химик в свое время досушивал сложный эфир молекулярными ситами.
Ну, не пришло ему в голову, что в воде присутствовал спирт.
В итоге на этих ситах пошла трансэстерификация

[Сержл]

не в воде, в выдохах опытного химика

[kika]

не в воде, в выдохах опытного химика

А у Вас, конечно, никогда промахов не было в Вашей практике?

[Сержл]

ни капли, всё в цель