' G. P. Xomchenko, I. G. Xomchenko
Download 6.95 Mb. Pdf ko'rish
|
|
2 0 3 — asosli oksid. Shunday qilib, RjOj va R 2 0 5 tarkibli oksid- larning kislota xossalari elementning tartib raqami ortishi bilan kamayadi ( 1 0 . 1 -jadval, 1 -p.). 10.1- jadvalning 3 va 6 -punktlaridan ko'rinib turibdiki gruppa- chada tartib raqami ortishi bilan metallmaslik xossalari susayadi, metallik xossalari esa kuchayadi. Vodorodli birikmalari R H 3 ning N H 3 dan BiH 3 ga tomon puxtaligi kamayishining, shuningdek, kislorodli birikmalari puxtaligining teskari tartibda kamayishining sababi ana shundadir. Gruppachadagi birinchi va oxirgi elementning xossalari bir- biridan katta farq qiladi; azot — metallmas (x= 3,0), vismut — metall (x= 1,9). Lekin 10.1-jadvalda ketirilgan ma’lumotlardan ko'rinib turibdiki, birinchidan oxirgi elem entga o'tish m a’lum qonuniyat bilan, atom yadrosining zaryadi va elementning tartib raqami ortib borishi bilan amalga oshadi. 10.2- §. Azot. Sigma- va pi- bog'lanishlar Tabiatda uchrashi. Azot tabiatda asosan erkin holatda uchraydi. Havoda hajmiy ulushi 78,09%, massa ulushi 75,6% bo'ladi. Oz miqdorda azot birikmalari tuproqda bo'ladi. Azot oqsil moddalar va ko'pchilik tabiiy organik birikmalar tarkibiga kiradi. Azotning yer po'stlog'idagi umumiy miqdori 0 , 0 1 %. Olinishi. Texnikada azot suyuq havodan olinadi. M a’lumki, havo — gazlar, asosan azot bilan kislorod aralashmasidan iborat. Yer yuzasidagi quruq havoning tarkibi (hajmiy ulushlarda): azot 78,09%, kislorod 20,95%, nodir gazlar 0,93% , uglerod (VI) oksid 0,03% , shuningdek, tasodifiy q o ‘shimchalar — chang, mikroorganizmlar, vodorod suifid, oltingugurt (VI) oksid va b. Azot olish uchun havo suyuq holatga o'tkaziladi, so'ngra bug'latish yo'li bilan uchuvchanligi kamroq bo'lgan kisloroddan ajratiladi (azotning qayn. temperaturasi — 195,8 °C, kislorodniki — 183 °C). Shu yo'l bilan olingan azot tarkibida nodir gazlar (asosan argon) qo'shimchalari bo'ladi. Sof azotni laboratoriya sharoitida ammoniy nitritni qizdirib parchalash orqali olish mumkin: NH.NO = N ,t+ 2 H ,0 4
2 2 2 Sigma- va pi- bog‘lanishlar. Oddiy modda bo'lgan azotning fizikaviy va kimyoviy xossalarini tushuntirish uchun uning m ole kulasining tuzilishini ancha mukammal ko'rib chiqish kerak. Azot atomi tashqi pog'onasining elektron tuzilishidan (27-§ ga q.) ko'rinib turibdiki, uning kimyoviy bog'lanishlari har qaysi atom i ning uchta juftlashmagan /^-elektronlari hisobiga amalga oshadi; p- orbitallar gantel shaklida bo'ladi va fazoviy koordinatalar o'qlari bo'ylab yo'nalgan. Bular p - , p - va p - orbitallardir. Kimyoviy bog'lanishlar hosil bo'lishi atomlar orbitallarining bir-birini qoplash natijasidir (3.1-§). Azot molekulasida uchlamchi bog'lanish hosil bo'lishini 1 0
. 1
mumkin ( N 2
p- elektronlar jufti hisobiga amalga oshadi, ularning orbitallari x, y, Z o'qlari bo'ylab yo'nalgan). 10.1- rasm. Azot molekulasidagi 5- va я- bog'lanishlar. 1 0
. 2
p- bog'lanish larning hosil bo'lish sxemasi. Orbitallar birikayotgan atomlarning markazlarini bog‘lovchi chiziq bo‘ylab bir-birini qoplaganida hosil boiadigan kovalent bog‘lanish S (sigma) bog‘lanish deyiladi. Birlamchi bog'lanishlarning hammasi 5- bog'lanish bo'ladi. Qolgan py va рг orbitallar atomlarning markazlarini bog'lovchi chiziqning tomonidan bir-birini qoplaydi ( 1 0
. 2
Orbitallar birikayotgan atomlarning markazlarini bog'lovchi chiziqning ikkala tomoni bo‘ylab bir-birini qoplaganida vujudga keladigan kovalent bog'lanish n (pi)- bog lanish deyiladi. Shunday qilib, azot molekulasida bitta 5- bog'lanish va ikkita n- bog'lanish, hammasi bo'lib uchta bog'lanish bor, buni quyida gicha tasvirlash mumkin: n z n y Fizikaviy xossalari. Azot — rangsiz, hidsiz va ta’msiz gaz, yengil. Suvda eruvchanligi kislorodnikidan kam: 20 °C da 1 1 suvda 15,4 ml azot eriydi (kislorod — 31 ml). Shu sababli suvda erigan havoda kislorodning azotga nisbatan miqdori atmosferadagidan ko'p bo'ladi. Azotning suvda kam eruvchanligiga, shuningdek, uning qaynash temperaturasi juda pastligiga sabab, azot bilan suv molekulalari orasidagi va azot molekulalari orasidagi molekulalararo o'zaro ta’sirning juda bo'shligidir. Tabiiy azot massa sonlari 14(99,64%) va 15 (0,36%) bo'lgan ikkita barqaror izotopdan tarkib topgan. Kimyoviy xossalari. Azot molekulasi ikki atomdan iborat. Ular orasidagi bog'lanish o'lchovi juda qisqa — 0,109 nm. Uchlamchi bog'lanish va uning qisqaligi molekulaning puxtaligiga sabab bo'ladi (b o g 'la n is h e n erg iy a si 9 6 4 k J /m o l) . A z o tn in g o d a td a g i temperaturada reaksiyaga kam kirishuvchanligiga sabab ana shudir (O, va Cl 3
Xona temperaturasida azot faqat litiy bilan bevosita birikadi: 6Li+N 2=2Li3N litiy nitrid
3Ca+N =C a3N2; 2A1+N=2A1N kalsiy aluminiy
nitrid nitrid
Azot vodorod bilan yuqori bosim va temperaturada katalizator ishtirokida birikadi: N 2+3H 2 <=> 2N H 3 Elektr yoyi temperaturasida (3000—4000 °C) azot kislorod bilan birikadi: N 2+ 0 2?=>2N0 Azot atomining tashqi energetik pog'onasida 5 elektron borligi sababli azot —3 va + 5, shuningdek, + 4, + 3, + 2, +1, —I va —2 oksidlanish darajalarini namoyon qiladi. Ishlatilishi. Azot ammiak olish uchun ko'p miqdorda ishlatiladi. Undan inert muhit hosil qilish — ch o‘g ‘lanish elektr lampalarini va simobli termometrlarda bo'shliqlami to'ldirish uchun va yonuvchi suyuqliklarni bosim bilan uzatib berishda foydalaniladi. Po'lat buyum larning sirti azotlanadi, ya’ni ularning sirtiga yuqori temperaturada azot to'yintiriladi. Natijada sirt qatlamida temir nitridlari hosil bo'ladi, ular po'latga qattiqlik baxsh etadi. Bunday po'lat 5000 °C gacha qizdirilganda ham qattiqligini yo'qotmaydi. Azot o'simlik va hayvonlar hayotida katta ahamiyatga ega, chunki u oqsil moddalar tarkibiga kiradi. Azot birikmalari mineral o'g'itlar, portlovchi moddalar ishlab chiqarishda va sanoatning boshqa ko'pgina tarmoqlarida ishlatiladi. 10.3- §. Ammiak Molekulasining tuzilishi. Azot vodorot bilan bir necha xil birikma hosil qiladi, ulardan eng muhimi ammiakdir. Ammiak molekulasining elektron formulasi quyidagicha: H : N : H H Ko'rinib turibdiki, azotdagi to'rtta elektronlar juftidan uchtasi umumiy (bog'lovchi) va bittasi bo'linmagan (bog'lovchi emas). N H 3
edi. U piramida shaklida bo'ladi. Kimyoviy bog'lanish qutbli: musbat zaryad vodorod atomlarida, m anfiy zaryad — azot atom ida to ‘plangan. Shu tufayli ammiak molekulalari orasida vodorod bog‘lanish hosil bo'ladi, buni shunday tasvirlash mumkin: H H 15- 5 + | H - N: • • • H - N: H H
va qaynash temperaturasi nisbatan yuqori, bug‘lanish issiqligi ham katta bo'ladi, u oson suyuqlikka aylanadi. Fizikaviy xossalari. Ammiak — o'ziga xos o'tkir hidli rangsiz gaz, havodan deyarli ikki marta yengil. Bosim oshirilganda yoki ammiak sovitilganda u osonlik bilan rangsiz suyuqlikka aylanadi (qaynash temperaturasi — 33,4 °C). Ammiak suvda juda yaxshi eriydi (20 °C da 1 hajm suvda 700 hajm N H 3
Ammiakning suvdagi eritmasi ammiakli suv yoki navshadil spirti deyiladi. Qaynatilganda erigan ammiak eritmadan uchib chiqib ketadi. Kimyoviy xossalari. Ammiakning suvda ko'p eruvchanligiga sabab uning molekulalari orasida vodorod bog'lanishlar hosil bo'lishidir: H,N: + H —O: -> H 3N: • • • H - O: I I
H Lekin ammiakning bunday gidratlari* bilan bir qatorda qisman ammoniy ionlari va gidroksid-ionlar ham hosil bo'ladi: H 3
■ H — О : <=> [NH, f + [O H f H Gidroksid ionlar borligi sababli ammiakli suv kuchsiz ishqoriy muhitga ega bo'ladi. Gidroksid-ionlar NH< ionlari bilan o'zaro ta’sirlashganida yana vodorod bog'lanish bilan bog'langan N H 3
H20 molekulalari hosil bo'ladi, ya’ni reaksiya teskari yo'nalishda * G idratlar — suvning moddalarga birikish mahsulotlaridir. ketadi. Ammiakli suvda ammoniy ionlari va gidroksid-ionlar hosil bo‘lishini ushbu tenglama bilan ifodalash mumkin: n h
3+ h 2 o <=*
n h 3- h 2 o ^ n h ; + 0
h -
3
n h
4 o h
= n h
4 + +
o h -
tratsiyasi kichik bo'lganligi sababli ammoniy gidroksid kuchsiz asoslar qatoriga kiritiladi. Shunday qilib, ammiakning suv bilan o'zaro ta’sir reaksiyasida ammiak molekulasiga suvdan proton birikadi, natijada ammoniy kationi N H 4 va gidroksid — ion OH- hosil bo'ladi. Ammoniy katio- nida to'rtta kovalent bog'lanish bor, ulardan bittasi donor-aksep torli mexanizm bo'yicha hosil bo'lgan (3.1 -§). Ammiakning muhim kimyoviy xossasi uning kislotalar bilan o'zaro ta’sirlashib, ammoniy tuzlarini hosil qilishidir. Bu holda ammiak molekulasiga kislotaning vodorod ioni birikib, tuz tarkibiga kiradigan ammoniy ionini hosil qiladi: N H j+ H C H N H .C I; N H 3+ H 3P 0 4= N H 4H2P 0 4 Keltirilgan misollardan ammiak uchun protonlar biriktirib olish reaksiyalari xosdir, degan xulosa kelib chiqadi. Ammiak kislorodda va oldindan qizdirilgan havoda yonib, azot hamda suv hosil qiladi: 4N H 3+ 3 0 2= 2N 2+ 6 H 20 Katalizator (masalan, platina, xrom (III) oksid) ishtirokida reaksiya azot (II) oksid va suv hosil bo'lishi bilan boradi: * Bunday modda mavjud bo'lmaganligi uchun uni odatga qarshi gidrat N H 3 • H 20 sifatida yoki to 'g 'rid an -to'g'ri N H 3 holida (gidroksid-ionsiz) tasvirlash mumkin. Bu reaksiya ammiakning katalitik oksidlanishi deyiladi. Ammiak — kuchli oksidlovchi. Qizdirilganda u mis (II) oksidni qaytaradi, o ‘zi esa erkin azotga qadar oksidlanadi: 3 Cu 0 + 2 N H , =3 Cu +N° + 3 R O 2 N - 6 c = N 2 Cu+ 2
2NH4C t+ C a (0 H )= C a C l2+ 2 N H 3T+2H20 Bu reaksiya ammiak bilan suvning o'zaro ta’sir muvozanati gidroksid-ionlar qo‘shilganda siljishiga asoslangan: N H ; + 0 H - <=> N H 3 T + H 20 Sanoatda ammiak olishning asosiy usuli uni azot bilan vodo roddan sintez qilishdir. Reaksiya ekzotermik va qaytar: N 2 + 3H 2 <=> 2 N H 3, &H° = -9 2 ,4 kJ. U faqat katalizator ishtirokida sodir bo‘ladi; katalizator sifatida aktivatorlar — aluminiy, kaliy, kalsiy, kremniy (ba’zan magniy) oksidlari qo‘shilgan g ‘ovak temir ishlatiladi. Boshlang‘ich mahsu- lotlar quyidagicha: azot — suyuq havodan, vodorod — konversiya usuli bilan yoki suvdan olinadi ( 8
2 -§ ga q.). A m m iakning k o‘p m iqdori nitrat kislota, azotli tuzlar, mochevina, ammiakli usul bilan soda olishga sarflanadi. Ammiakni sovitish maqsadida qo‘Ilanilishi uning suyuqlikka aylanishi va so'ngra issiqlik yutib bug'lanishiga asoslangan. Suyuq ammiak va uning suvdagi eritmalari suyuq o'g'itlar sifatida ishlatiladi. 10.4- § . Ammiak ishlab chiqarishning kimyoviy asoslari Oddiy moddalardan ammiak sintez qilish nazariyasi ancha murakkab. Bu yerda jarayonning kimyoviy muvozanatni siljitish prinsipiga asoslangan optimal sharoitlarigina ko'rsatib o'tiladi. Bu reaksiya ekzotermik bo'lganligi uchun temperaturaning pasayishi muvozanatni ammiak hosil bo'lish tomoniga siljitadi. Lekin bunda reaksiyaning tezligi juda kamayib ketadi. Shu sababli ammiak sintezini 500—550 °C da katalizator ishtirokida olib borishga to'g'ri keladi. Katalizator to'g'ri reaksiyani ham, teskari reaksiyani ham bir xil darajada tezlashtirishi sababli temperaturaning ko'tarilishi muvozanatni boshlang'ich moddalar tomoniga siljitadi, bu esa sanoatda ammiak ishlab chiqarish uchun nomaqbuldir. Demak, muvozanatning siljish prinsi plariga muvofiq yuqori temperatura ning ta’siriga aks ta’sir ko'rsatish uchun bosimdan foydalanish zarur. Ammiak sintez qilish uchun 15 dan 100 MPa, gacha bosim ishlatiladi. Qanday bosimda foydalanishiga qarab, sintetik ammiak ishlab chiqarishning uch xil usuli bor: past bosimli (10— 15 MPa), o'rtacha bosimli (25—30 MPa) va yuqori bosimli (50— 100 MPa) usul. Bulardan eng ko'p tarqalgani o'rtacha bosimli usuldir. Zararli qo'shimchalar: vodorod suifid, uglerod (II) oksid, suv va b. ammiak hosil bo'lish tezligiga salbiy ta’sir etadi. Ular katalizatorning aktivligini pasaytiradi. Shu sababli azot-vodorod aralashmasi qo'shimchalardan, ayniqsa oltingugurtli birikmalardan yaxshilab tozalanadi. Lekin, shunday sharoitlarda ham azot-vodorod aralashmasining faqat bir qismigina ammiakka aylanadi. Boshlang'ich moddalardan ancha to'liq foydalanish uchun hosil bo'lgan ammiak past tem pe ratura ta’sirida suyuqlikka aylantiriladi, azot-vodorod aralashma sining reaksiyaga kirishmagan qismi qaytadan reaktorga yuboriladi. Reaksiyaga kirishmagan moddalar reaksiya mahsulotlaridan ajratiladigan va yana foydalanish uchun qaytadan reaksion appa- ratga yuboriladigan texnologik jarayon sirkulatsiya jarayoni deyiladi. Bunday sirkulatsiya tufayli azot-vodorod aralashmasidan foyda lanish darajasi 95% ga yetkaziladi. Ammiak sintezi atmosfera azotini bog'lashning juda muhim usulidir. Sintetik ammiak ishlab chiqarish sxemasi 10.3- rasmda ko‘rsatilgan. 3 hajm vodorod va 1 hajm azot aralashmasi kompressor 1 bilan so'riladi va zaruriy bosimga qadar siqiladi. So'ngra azot-vodorod aralashmasi moy ajratkich 2 g a (moy zarrachalarini yo‘qotish uchun) va qidirilgan ko'm ir to'ldirilgan filtr J g a o'tadi. Tozalangan aralashma katalizatorli (aluminiy, kaliy, kalsiy, kremniy oksidlari qo'shilgan g'ovak temir) kontakt apparati
H 2va N , 10.3-rasm. Sintetik ammiak ishlab chiqarish sxemasi. Barcha sistema ishga tushirilishidan oldin kontakt apparati 400—500 °C ga qadar qizdiriladi, shundan keyin harorat sistemada reaksiyada ajralib chiqadigan issiqlik hisobiga saqlab turiladi. Ammiak hosil bo‘lish jarayoni qaytar bo'lganligi sababli kontakt apparatidan chiqayotgan gaz aralashmasi tarkibida faqat 20—30% ammiak bo'ladi. Bu aralashma trubali sovitgich 5ga yuboriladi, bu yerda ammiak bosim ostida suyuqlikka aylanadi. Reaksiyaga kirishmay qolgan azot bilan vodorod sirkulatsiya nasosi yordamida yana kontakt apparati 4ga yuboriladi, suyuq ammiak esa yig'gich 6 da to ‘planadi.
N H
3+ H N 0 3= N H 4N 0 3 N H ■ H .O +H N O = N H .N 0 3+ H ,0 3
3 4 3 2 yoki ionli shaklda: N H
3 + H + = N H 4 N H
3 + H 20 + H + = N H ^ + H 20 Ular tuzlarning umumiy xossalarini namoyon qiladi, ya’ni ishqorlar, kislotalar va boshqa tuzlarning eritmalari bilan reaksiyaga Download 6.95 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|