22-Мавзу: Боғланган азот технологияси

22-Мавзу: Боғланган азот технологияси
Режа:
1. Azot birikmalarining ahamiyati.
2. Azot sanoati xom ash‘yolari.
3. Azotning aylanishi.
4. Azotning fizik-kimyoviy xususiyatlari.
5. Elementar azotning bog’lash usullari.
6. Kaltsiy tsianamidi olishning ToshKTI usuli haqida.
Tayanch iboralar: gidrozin, Kevindish usuli, Elektron bulutlar, kaltsiy tsianamidi, karbamid.
AZOT BIRIKMALARINING AXAMIYАTI.
Ular xalq xo’jaligida keng qo’llaniladi. Qishloq xo’jaligida suyuq ammiak, karbamid va boshqalar mineral o’g’it sifatida nitrat kislotasi, gaz holidagi ammiak, mudofaada, meditsinada, neft sanoatida, metallurgiya sanoatida ishlatiladi.
Azotning birikmalari uch xil shaklda bo’lishi mumkin:
1.Ammoniy formasida-ammoniy sulfati (NH₄)₂SO₄,
ammoniy nitrati NH₄NO₃ va x.k.

2. 
   Amid formasida-kaltsiy tsianamidi СаСN₂, karbamid СО(NH₂)₂ va x.k.
   

1. 
   Nitrat formasida-natriy nitrati NaNO₃, kaliy nitrati КNO₃ va x.k.
   

1. 
   Qishloq xo’jaligi uchun azot o’g’itlarining, kaliyli va fosforli o’g’itlarning ahamiyati katta. Ayniqsa, kartoshka, kand lavlagi, paxta hosildorligini oshiradi. 1 kg bog’langan azot birikmasi paxta hosildorligini 12 kg ga, qand lavlagini 160 kg ga, kartoshkani 120 kg gacha oshiradi.
   
2. 
   1990 yilda 80 mln. tonna atrofida bog’langan azot ishlab chiqarilgan bo’lsa, 2000 yilda 120 ming tonna ishlab chiqarilishi mumkin.
   
3. 
   

AZOT SANOATI XOM ASHYОLARI.
Azotning xom ashyolari sifatida avvalombor atmosfera havosini ko’rsatish mumkindir. Atmosfera havosi asosan azot va kisloroddan iboratdir.
Quruq havo tarkibi: N₂ - 78,09 %, O₂ - 20,95 %, Ar - 0,93 %, CO₂ - 0,03 %. Qolganlari neon, geliy, kripton, Н₂, azonlardan iboratdir. Bu quruq havoning tarkibi. Tabiatda esa har qaysi geologik yerda yilning fasliga qarab, ma‘lum miqdorda suv bug’i bo’ladi. Elementar azotning dunyodagi havo tarkibidagi zahirasi 4,10¹⁵ t ga teng; 1 gektar yer yuziga esa o’rtacha 80 ming tonna bog’lanmagan holdagi elementar azot to’g’ri kelar ekan. Bu yerda azot bog’lanmagan holdadir. Ammo azot tabiatda qisman bog’langan ham uchraydi: NaNO₃-chili selitrasi, КNO₃-hindiston selitrasi. Chaqmoq natijasida yuqori temperaturada N₂ + O₂ = 2NO - Q ga o’tadi. Keyinchalik azot monoksidi N₂ ga, yomg’ir suvlari bilan HNO₃ ga, yerga tushgach Са(NO₃)₂ ga aylanadi.
AZOTNING AYLANISHI.
Insoniyat elementar azotni o’zlashtira olmaydi, chunki azot inertdir. Shuning uchun tabiatda har xil usullar bilan elementar azot bog’langan azot holatga aylantiriladi. Ularni o’simlik dunyosi iste‘mol qiladi, ularni esa hayvonat dunyosi iste‘mol qiladi, natijada insonlar uchun kerak bo’lgan oqsil paydo bo’ladi. Ma‘lum bo’lishicha, inson kuniga 100 g cha oqsil iste‘mol qilmog’i kerak. Uning tarkibida 16 g azot bo’ladi.
Tabiatda bu oqsil moddalar ham vaqti kelganda chirib, yana elementar azotga o’tishi mumkin ekan. Shunday qilib, azot tabiatda yo’qolmay doimo aylanib yurar ekan.

AZOTNING FIZIK-KIMYOVIY XUSUSIYATLARI.

Azot D. I. Mendeleev jadvalida 5-guruh, 2-qatorda, 7-o’rinda joylashgan bo’lib, N2 ning molekulyar massasi 28,013 u.b. ga tengdir. Azot atomi 7 elektrondan iborat bo’lib, undan 5 tasi tashqi qobiqdadir.
Elektron bulutlar tuzilishi: 1S² 2S² 3Р³
Azot atomi ikkita izotopdan iborat.
¹⁴₇N - 99,63 %
¹⁵₇N - 0,37%
¹⁵₇N da 1 neytroni ko’p.
Oddiy sharoitda inert holatdagi azot faqat litiy bilan birikishi mumkin. Azotning О₂ bilan quyidagi birikmalari bor:
N₂⁺¹O-N(1) oksid, N⁺²0, N₂⁺³O₃, N₂⁺⁴O₄, N₂⁺⁵O₅.
HNO₂ - nitrit kislotasi.
HNO₃ - nitrat kislotasi.
Azotning vodorod bilan ham bir qator birikmalari bordir:
NН₃ - ammiak, NH₂-NH₂ gidrozin (reaktiv yoqilg’i sifatida ishlatiladi), N₃H azot vodorodli kislota, NH = NH diimid, NH₂ОН gidroksilamin va boshqalar. Yuqoridagilardan ko’rinib turibdiki, N⁺⁵ dan N^-3 gacha valentligi o’zgarishi mumkin ekan. N⁺⁵ dan N^-3 gacha 8 elektron qabul qilyapti va N qaytarilayapti. Elementar azotning kritik temperaturasi minus 147,16 ⁰С. Qattiq azot ikki xil - kubik va geksagonal shaklda bo’lishi mumkin. Kritik bosimi 33,5 atmosferaga teng, uch xil holatdagisi bir muvozanat holatdagi holidir. Atmosfera bosimida suyuq azotning qaynash temperaturasi minus 195,8 ⁰С. Qattiq holatdagi azotni erish temperaturasi minus 209,9 ⁰С. Tabiatda eng past harorat minus 273,16 ⁰С. Azotning radioaktiv izotoplari ¹³₇N va ¹⁶₇N ham bordir. Normal sharoitda 1 g/mol azot gazi 22,404 l hajmni egallaydi. Ma‘lumki, normal sharoitda esa 1 atm. va 0 ⁰С.
ELEMENTAR AZOTNING BOG’LASH USULLARI.
Ular 2 xildir.

1. 
   Biologik usul.
   
2. 
   Texnik usul.
   

1. 
   Biologik usulga asosan dukkakli o’simliklar (no’hat, mosh, loviya)ning ildizlarida joylashgan mikroorganizm yoki azot bakteriyalari orqali elementar azotni bog’langan azotga o’tkazish jarayoniga aytiladi.
   
2. 
   Biologik usul bilan juda kam mikdorda boglangan azot birikmalari xosil buladi.Masalan: 1 gektar joyda 50 kg atrofida biologik usul bilan bog’langan azot xosil bo’ladi. Ammo bu juda xam kam mikdorda bo’lib, o’sib borayotgan xalq xo’jaligini bog’langan azot birikmalarida bo’lgan talabini kondira olmaydi. Shuning uchun amaliyotda asosan texnik usul keng qo’llaniladi. Ular asosan 3 xildir:
   
3. 
   1) Yoy usuli - Kevindish usuli. Bunda elementar azot havodagi О₂ bilan birikib azot monooksidini hosil qiladi:
   
4. 
   

N₂ + O₂ = 2NO - 180,6 кЖ / мол (1.)
Bu endotermik reaktsiya bo’lib, issiqlik yutish bilan ketadi va yuqori haroratda 1300 - 1500 ^оС da ketadi. Bu vaqtda NО ning chiqishi juda past bo’lib, 3 - 4 % ni tashkil qiladi xolos. Bunday yuqori haroratni hosil qilish uchun 2000 v kuchlanish, 0,75 amper tok kuchi kerak. Bundan ko’rinib turibdiki, bu ko’p energiya talab qiladi, iqtisodiy jihatdan qimmatdir. Bu yerda optimal sharoitlardan biri N₂:О₂ = 1:1, bu usul hozir bizda ham va qo’shni respublikalarda ham ishlatilmaydi.
2) Tsianamid usuli. Bu usulda 2 xil usul bilan kaltsiy tsianamidi ishlab chiqiladi.
а) Klassik usul ya‘ni karbidli usul. Bu usul Meyer tomonidan 1878 yilda topilgan.
б)Karbidsiz usul. Bu usul yangi zamonaviy usuldir.
Karbidli usulga muvofiq СаСN₂ quyidagi 3 xil reaktsiya orqali ishlab chiqariladi:
1000^оС

1. 
   CаСО₃ = СаО + СО₂ - Q₁ (2.)
   

2200^оС

2. 
   СаО + 3С = СаС₂ + СО - Q₂ (3.)
   

1100^оС
3)CаС₂ + N₂ = СаСN₂ + С + Q₃ (4.)
Umuman olganda СаСN₂ ni bu usul bilan olish katta energiya sarfi bilan ketadi. Bu esa СаСN₂ ni sifatini pasaytiradi. Toza СаСN₂ tarkibida 34,99 % azot bor, bu ammoniy selitradagi azot miqdoriga tengdir. Kaltsiy tsianamidining molekulyar og’irligi 80,01 uglerod birligiga tengdir.
Struktura tuzilishi: 3 xil kurinishga egadir:
N

Са = С (5.)

N
С а = N-C N (6.)
N

Са С (7.)

N
Karbid usuli bilan olingan СаСN₂ da tarkibida ko’mir qurimi bilan chiqqanligi uchun nazariy jihatdan bog’langan azotni miqdori 27% bo’lishi mumkin, ammo amaliyotda 18-20% dan oshmaydi, chunki reaktsiyaga kirishmay qolgan kaltsiy karbidi, koks, mexanik aralashmalar (qum, tuzlar) va hokazolar bo’lishi mumkin: bu yerda 5-12% СаС₂ bordir, chunki havodagi suv bug’i bilan reaktsiyaga kirishib, atsitelenni hosil qilishi mumkin, bu modda havodagi О₂ bilan portlovchi aralashma hosil qilishi mumkin:
СаС₂ + 2Н₂О = С₂Н₂ + Са(ОН)₂ + Q (8)
Ammiakli usul. Geber va Nernest tomonidan 1904-1907 yillarda nazariy jihatdan topilgan:
N₂ + 3H₂ = 2NH₃ + Q (9)
Ammiak ko’p moddalar olish uchun xom ashyodir. Ammiak tarkibida bog’langan azot eng yuqori bo’lib 82,3% ni tashkil etadi.
Yuqorida ko’rilgan uchala usuldan yoy va karbidli tsianamid usul mahsulotning chiqish past, ko’p energiya talab qilgani va iqtisodiy jihatdan qimmat bo’lgani uchun hozirgi davrda derli qo’llanilmaydi.
SHu munosabat bilan elementar azotni bog’lashning ammiakli usuli hozir va kelajakda ham eng qulay va ko’p qo’llaniladigan usul bo’lib qoladi.
Ammo, shuni ta‘kidlash kerakki, ammiakni (9) reaktsiyasi buyicha ishlab chiqarish uchun ko’p miqdorda toza holdagi elementar ozot va vodorod kerakdir.
Biz yuqorida ko’rib o’tganimizdek, elementar azotning asosiy xom ashyosi-bitmas tuganmas atmosfera havosidir. Shu munosabat bilan biz sizlar bilan bundan buyon atmosfera havosidan qanday qilib elementar azot va kislorod ishlab chiqarish masalalarini o’rganamiz. Buning uchun amaliyotda atmosfera havosini azot, kislorod va boshqa komponentlarga ajratish usullari qo’llaniladi.
Toshkent Kimyo-texnologiya institutida NMET kafedrasida professor Sigov S.A., dotsentlar Leykin Z.M., Daychi R.I., Yakubov Sh.A., assistent Pimenova A.A., katta o’qituvchi Terexin Ye.L., dots.Mirzaev I.T. lar ishtirokida karbidsiz usullardan biri - ToshKTI usuli bo’yicha kaltsiy tsianamida olish texnologiyasi yaratilgan. Bu usulga muvofiq kaltsiy tsianamidini quyidagi reaktsiyalar bo’yicha olish mumkin:
СаО + 2СО + 2NH₃ = CаСN₂ + CO₂ + 2H₂ + H₂O + Q (10)
Bu reaktsiya geterogen, qaytar, ekzotermikdir.
СаСО₃ +2СО + 2NH₃ = CаСN₂ + 2CO₂ + 2H₂ + H₂O - Q (11)
Bu reaktsiya ham geterogen, qaytar, ammo endotermikdir.

1. 
   Bu reaktsiyalarda toza СО o’rniga azot o’g’itlari zavodlarida hosil bo’layotgan chiqindi gazlar:
   
2. 
   СО - fraktsiya (30-35% СО, qolgani azot va vodoroddan iboratdir);
   

Retur gazlari - bu qaytarma gaz bo’lib, uning tarkibida 60-65% СО, 5-7% ammiak, qolganlari metan, vodorod, azot, argon, uglerod dioksidilardir. Kelajakda shunday gazlarni qo’llash ko’zda tutilgan. Shuni ta‘kidlash kerakki, bu ikkala chiqindi aralashma hozirgi vaqtda zavodlarda yoqib yuborilayapti; buni yoqish uchun esa tabiiy gaz, doimo yekib turiladi. Bu bilan atrof-muhit zararlanadi, issiqlik energiyasi isrof bo’ladi. Bu reaktsiyalar bo’yicha 800⁰C da bir bosqichda energiyani kam sarf qilgan holatda СаСN₂ olinadi. Olingan mahsulot oq va dona-donadir. Olingan mahsulot tarkibida СаС₂ bo’lmaganligi uchun portlash xavfi yo’qoladi, defolitsiya sifatida ishlatilganda paxta tolasi ifloslanmaydi. Karbidsiz usulni kelajagi porloqdir.
СаСN₂ xalq xo’jaligida keng qo’llaniladi. U tilla sanoati uchun eng zarur bulgan tiomochevina-(NН₂)₂СS ishlab chiqarishda, meditsinada dorilar ishlashda, metallurgiyada, keng miqyosda ishqoriy o’g’it sifatida ishlatilishi mumkin.

Nazorat savollari.

1. Elementar azot va uning ahamiyati nimadan iborat?
2. Bog’langan azot birikmalarining qanday turlarini bilasiz?
3. Bog’langan azot birikmalarining xalq xo’jaligidagi ahamiyatini ifodalang.
4. Elmentar azotning tabiatda aylanishi nimadan iborat.
5. Elementar azotning fizik-kimyoviy xususiyatlari haqida.
6. Elementar azotning zahirasi va xom ash‘yosi.
7. Azot bog’langan holda tabiatda qanday birikmalar holda uchraydi.
8. Kaltsiy tsianamidi olishning necha xil usulini bilasiz?