Бейорганикалық сілтілердің технологиясы

I. Кіріспе
II. Негізгі бөлім
2.1. Бейорганикалық негіздерге жалпы сипаттама:
2.1.1.Физика. химиялық қасиеттері
2.1.2.Табиғатта таралуы және қолдануы
2.2. Негіздерді өндіру технологиясы және оның маңызы
2.3.Қышқылдық. негіздік теориясынан талдау
III. Қорытынды
IV. Пайдаланылған әдебиеттер

Курстық жұмыстың өзектілігі: Бейорганикалық сілтілерге деген сұраныс олардың қолданыс ауқымының аз емес екендігін көрсетеді. Оларды жоғары технологиялық жұмыстарда негізгі рөл атқарады. Соның ішінде, электронды және электроскопиялы негізде ақпараттық технология, биомедицина, қоршаған ортаны қорғау болып табылады. Олардың қолдану аясы люминофор, қолданбалы керамика, катализатор, өткізгіш, тұрақты момент, жоғары сапалы әйнек, оттекті сенсор, лазер сәулесі және жергілікті металлургия.
Курстық жұмыстың мақсаты: Д. И. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі I негізгі топша элементтеріне сипаттама беру. Соның ішінде олардың гидроксидтерінің физика-химиялық қасиеттерімен, түзетін қосылыстарымен таныстыру. Бөлу әдістерін, өндіру технологиясын анықтау. Қышқылдар мен негіздер теориясы бойынша түсіндіру.
Периодтық жүйенің негізгі топтарындагы элементтердің бұл соңғы тобы. Бірінші топтағы элементтердің барлығының да сыртқы қабатында 1s электрон болуы, олардың электрон қосып ала алмайтындығын, қайта жалғыз электронын беріп жіберіп, оң бір валентті катион түзеді деп күтуге мүмкіншілік береді.

1. А.Бірімжанов, Нұрахметов «Жалпы химия»
2. интернет,Google.kz
3. А.Кобжасов «Сирек кездесетін металдарды өндіру», Алматы -1992
4. Сонгина А. «сирек элементтер», Алматы 2005, Қазақ университеті

5. Зеликман В. «Обзор рынка гидроксида калия(едкого кали) в СНГ» , Москва 2008

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 19 бет
Таңдаулыға:

Қазақ Ұлттық Университеті
Химия және химиялық технология факультеті

Тақырыбы: Бейорганикалық сілтілердің технологиясы

Орындаған: Рысбай Мөлдір
Бақыт Гүлиза
Тексерген: х.ғ.к., аға оқытушысы
Қалабаева Майра

Алматы 2011

Мазмұны

I. Кіріспе
II. Негізгі бөлім
2.1. Бейорганикалық негіздерге жалпы сипаттама:
2.1.1.Физика- химиялық қасиеттері
2.1.2.Табиғатта таралуы және қолдануы
2.2. Негіздерді өндіру технологиясы және оның маңызы
2.3.Қышқылдық- негіздік теориясынан талдау
III. Қорытынды
IV. Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе
Курстық жұмыстың өзектілігі: Бейорганикалық сілтілерге деген сұраныс олардың қолданыс ауқымының аз емес екендігін көрсетеді. Оларды жоғары технологиялық жұмыстарда негізгі рөл атқарады. Соның ішінде, электронды және электроскопиялы негізде ақпараттық технология, биомедицина, қоршаған ортаны қорғау болып табылады. Олардың қолдану аясы люминофор, қолданбалы керамика, катализатор, өткізгіш, тұрақты момент, жоғары сапалы әйнек, оттекті сенсор, лазер сәулесі және жергілікті металлургия.
Курстық жұмыстың мақсаты: Д. И. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі I негізгі топша элементтеріне сипаттама беру. Соның ішінде олардың гидроксидтерінің физика-химиялық қасиеттерімен, түзетін қосылыстарымен таныстыру. Бөлу әдістерін, өндіру технологиясын анықтау. Қышқылдар мен негіздер теориясы бойынша түсіндіру.
Периодтық жүйенің негізгі топтарындагы элементтердің бұл соңғы тобы. Бірінші топтағы элементтердің барлығының да сыртқы қабатында 1s электрон болуы, олардың электрон қосып ала алмайтындығын, қайта жалғыз электронын беріп жіберіп, оң бір валентті катион түзеді деп күтуге мүмкіншілік береді.
Бұл топтағы элементтердің сырттан екінші қабатындағы электрон саны екі түрлі; бір топ элементтерінде ол қабат сегіз электронды, әрі соңғы электроны -s, -p электрондар, бұл литий, натрий және үлкен периодтардың жұп қатарларының элементтері- калий, рубидий, цезий және франций. Құрылымы мұндай элементтерді, негізгі топқа жатқызамыз. Қалған мыс, күміс және алтын элементтерінің сырттан екінші қабатында 18 электрон болады. Әрі соңғы электрондар- олар қосымша топқа жатады.
Бірінші негізгі топтың элементтерін көптен сілтілік металдар дейді, өйткені ертеде, бұл металдар белгісіз кезде, натрий мен калийдің гидроксидтері белгілі болатын, оларды сол кезде сілті деп атайтын. Олардың қолдану аясы өте кең. Сілтілік металдар өздерінің валенттік электрондарын жеңіл береді, өте күшті тотықсыздандырғыштар және өздерінің периодтарында өте белсенді металдар болады.
Біздің планетамызда таралуы бойынша натрий барлық элементтердің ішінен алтыншы орын алады. Ал калий -- табиғатта таралуы бойынша жетінші элемент.
1807 жылы Дэви сол сілтілерді балқытып, электролиздеп, натрий мен калийді жеке шығарып алған. Натрий мен калий сілтіден алынғандықтан сілтілік металл деп аталған. Одан кейін бұларға ұқсас - литий, рубидий, цезий жене франций сілтілік металдар қатарына қосылды. Сілтілік металдардың сыртқы жалғыз электроны ядродан әжептәуір қашық орналасқандықтан, оның ядроға тартылуы нашар, берілуі оңай болады, сондықтан сілтілік металдар барлық металдардың ішіндегі активтісі. Басқа топтардағы сияқты топ бойымен жоғарыдан төмен түссек, металдардың реет нөмері өсіп, радиусы ұзарған сайын электрон бергіштігі, металдық қасиеті, активтілігі күшейеді.

II.Негізгі бөлім.
2.1.1. Бейорганикалық негіздерге жалпы сипаттама. Физика- химиялық қасиеттері.
1.Калий гидроксиді латынның Potassium hydroxide (күйдіргіш калий, каустикалық поташ). Қосылыс өз алдында ақ гигроскопиялық кристалдық масса, иіссіз. Ауада тотығады, өзіне су мен CO2 газын сіңіреді. 247°С температураға дейін тұрақты. Қайнау температурасы 1327°С, тығыздығы 2,044 гсм3.
Калий гидроксиді суда өте жақсы ериді, сонымен қатар ерітіндінің температурасы жоғарылап, шашырауы да мүмкін. Одан басқа КОН этанолда, метанолда ериді. Гигроскопиялық қасиетінің жоғары болуынан тетра және ди, моногидраттар түзіледі.
Кесте. Калий гидроксиді мен оның кристаллогидраттарының қасиеттері

Көрсеткіш
KOH
KOH⋅4H2O
KOH⋅2H2O
KOH⋅H2O

Тпл, °С
405
-33,5
33
150

С°р, Дж(мольК)
64,9
-
125,5
96,2

ΔH°пл, Джмоль
9,4
26,3
-
9,6
ΔHобр, кДжмоль

-424,7
-
-1052,0
-753,5

S298, Дж(моль⋅К)
78,9
-
159
117

Ср =49,4 Дж(мольК); ΔHтұтану =197,1кДжмоль кесте үшін

Таза күйінде KOH жанғыш емес және жарылыс бермейді. Денеге зиянды жағынан екінші орында. Күйдіргіш калий денеге тиген жағдайда немесе көзге ауыр химиялық күйік береді,одан дерматит пайда болуы мүмкін. Сонымен қатар калий гидроксиді адам денесіне сіңірілу арқылы еніп, оның өкпесінің ісінуіне әкеледі.

Олар типтік күшті негіздер. Бұлар ауада балқи бастайтын, ылғал тартқыш ақ түсті кристалдық заттар. Олар суда жақсы ериді, толығымен диссосацияланады.
KOH= K[+] + 0H[-]
Құрамында гидроксид ионының OH[-] болуына байланысты сілтілердің ерітінділері сабындай сезіледі, олар теріні, матаны, қағазды （қолды, әсіресе көзді байқау керек） жеп жібереді.
Алынуы. Лабораторияда калий гидроксидін KCl ерітіндісін электролиздеп алады. Көбінесе сынап катодтарын қолданады, ол жоғары сапалы өнім алуға септігін тигізеді.
КОН күшті сілтілер қатарына жатады. Қышқылдармен, ылғал газ тектес CO2, SO2, H2S және NO2шапшаң әсерлесіп, өзіне сәйкес KHCO3, KNSO3,полисульфидтер мен олардың қоспаларын KNO2 және KNO3, HF- KF, KHF2; CO- HCOOK аламыз.
Сусыз KOH-та аммоний тұздарымен реакцияласады, нәтижесінде аммиак түзіліп, өрт немесе жарылыс қаупі төнеді.
.
1.Қышқылдармен тұз және су түзе әрекеттесуі（ нейтрализация реакциясы）:

2.Қышқылдық оксидтермен оңай әрекеттеседі:

Реакцияның соңғы өнімі ретінде су және тұз түзіледі.
3. Балқытылған гидроксид Be, Al, Ga, Zn, Sn, Pb, Sb и гидроксидтерімен және олардың оксидтерімен, оксометалл түзе реакцияласады. Мысалға оксометалдар (КАlO2, K2ZnO2), нәтижесінде су және сутек бөлінеді. KOH тың сулы ерітінділері жоғарыда көрсетілген металдармен гидрокомплекстер түзіп,сутектің бөлінуі де жүреді. Амфотрелі металдармен күрделі комплексті қосылыстар береді. Мысалы:

4. NaOH сияқты, калий гидроксиді аммиакты аммоний тұздарынан ығыстырады:
NH4Cl + KOH = NH3 ·H2O + KCl

Натрий гидроксиді - түссіз, өте гигроскоптық, өзі жанасқан затын күйдіргіш қатты зат. Сондықтан күйдіргіш сілті, күйдіргіш натр деп аталады. Күйдіргіш натр оңай балқығыш, әрі айырылмай ұшатын зат, балқыған күйде шыны, фарфор, платина ыдыстарын жеп қояды, сондықтан мұны күміс, никель, темір ыдыстарды балқытады.

Олар типтік күшті негіздер. Бұлар ауада балқи бастайтын, ылғал тартқыш ақ түсті кристалдық заттар. Олар суда жақсы ериді, толығымен диссосацияланады.
Na0H= Na[+] + OH[-]
Құрамында гидроксид ионының OH[-] болуына байланысты сілтілердің ерітінділері сабындай сезіледі, олар теріні, матаны, қағазды （қолды, әсіресе көзді байқау керек） жеп жібереді.

HCl= NaCl + H2O қышқыл
CuSO4= Cu(OH)2 + Na2SO4 тұз
Na0H + CO2 = Na2CO3 + H2O қышқылдық оксид
Zn(OH)2= Na2 [ Zn(OH)4] екідайлы

Күйдіргіш натр суда (спирте де) жақсы ериді, ерітінділерінде толық диссосацияланады, сондықтан бұл ең күшті сілтінің бірі. Натрий гидроксидін ( күйдіргіш натр, каустикалық сода, каустик) өнеркәсібтің түрлі салалары өте көп мөлшерде тұтынады. Бүкіл жер жүзінде жыл сайын бірнеше миллион тонна өндіреді, әрі оның көпшілігі ас тұзы ерітіндісін электролиздеу арқылы алынады. Оны мынандай алмасу реакциясы арқылы да алады:

Na2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2 Na OH

реакция нәтижесі бойынша натрий гидроксидінің ерітіндісі мен кальций карбонатының тұнбасы түзіледі. Кальций карбонаты ерітіндіден құрамында шамамен 92% NaOH бар балқытылған ӛнім алынғанға дейін буландырылады. Балқытылған NaOH тоңазыту үшін темір барабандарға құяды.
Ферритті әдіс екі реакциямен сипатталады:

Na2CО3 + Fe2О3 = Na2О.Fe2О3 + CО2
натрий ферриті
Na2О.Fe2О3 + f H2О = 2 NaOH + Fe2O3

ерітінді тұнба (2) реакция кальцинирленген соданың темір оксидімен жымдасуы 1100-1200°С температура аралықтарында жүргізілетіндігін кӛрсетеді. Осыдан натрийдің ферриті түзіліп кӛміртек оксиді бӛлінеді. Одан ары қарай түзілген феррит (3) реакция бойынша сумен (шаймаланады) ӛңделеді. Нәтижесінде натрий гидроксиідінің ерітіндісі және Fe2O3 тұнбасы түзіледі, бұл тұнба бӛлініп алынғаннан кейін процеске қайта жіберіледі. Ерітінді құрамында шамамен 400 гл NaOH болады. Оны 92% NaOH алғанға дейін буландырады.

Натрий гидроксидін химиялық жолмен алудың елеулі кемшіліктері бар: кӛп мӛлшерде отын жұмсалады, алынған күйдіргіш натр қоспалармен ластанған, аппараттардың қызмет кӛрсетуі ӛте күрделі және т.б. Бүгінгі таңда бұл әдістердің барлығы толығымен электрохимиялық ӛнеркәсіпте орындалады.

NaOH- ты электролиз әдісімен өндіру.
Мұнда бір қондырғыда (электролизерде) натрий гидроксидін, хлор және сутекті алуға болады. Натрий хлоридінің ерітіндісінен тұрақты электр тогын өткізгенде хлордың бөлінуін күтуге болады:

2CI- - 2е = С12 (а) сонымен қатар оттек

2ОН- - 2е = 12О2 + Н2О (б)
немесе
H2О - 2e =12О2 + 2H+ ОН

ионының разрядталуының қалыпты электродтық потенциалы +0,41 в, ал СІ- ионының разраядталуының қалыпты потенциалы +1,36 в құрайды. Натрий хлоридінің қаныққан бейтарап ерітіндісіндегі гидроксид иондарының концентрациясы шамамен 1·10-7 г-эквл. 25°С-та гидроксил иондардың разрядталу потенциалы мынадай болады:

Катодтың сілтілік ерітіндісінде су молекуласы разрядталады:

Н2О + е = Н + ОН-
Сутек атомы рекомбинацияланғаннан кейін молекулярлы сутек түрінде бөлінеді:

2Н = Н2 (г)

Сулы ерітінділердегі қатты катодта натрий ионының разрядталуы мүмкін емес, себебі олардың разрядталу потенциалы сутекпен салыстырғанда жоғары. Сондықтан ерітіндіде қалған гидроксид иондары натрий иондарымен сілті түзеді. NaCI ыдырау процесін келесі реакциялармен өрнектеуге болады:

2CI- - 2e -- CI2
2H2O + e = 2H + 2OH-
2H = H2
____________________________
2H2O + 2CI- = CI2 + H2 + 2OH-

немесе

2H2O + 2NaCI = CI2 + H2 + 2NaOH

Яғни анодта хлордың түзілуі, анодта - сутек және натрий гидроксидінің түзілуі жүреді.
Электролиз кезінде процестерде сипатталған негізгі компонанеттермен бірге жанама реакциялар қатар жүреді, олардың біреуі (б) теңдеуімен берілген.
Сонымен қатар анодта бӛлінген хлор электролитте жекелеп еріп, келесі реакция бойынша гидролизденеді:

CI2 + H2O = HOCI + HCI

Сілтінің диффузия жағдайында (ОН- иондары) анодқа қарай немесе катодтық және анодтық ӛнімдер хлорлау және тұз қышқылы сілтімен бейтараптанып натрий гипохлоиті мен хлридін түзеді:

НОСl + NaOH = NaOCl + Н2О
НСl + NaOH = NaCl + Н2О

Ваннада ас тұзы толық ыдырамайды, онда сілті мен ыдырамаған ас тұзының тұрақты концентрациясы орнатылады. Вананадан ағып түскен электролиттік щелоктың құрамында 110-120 гл NaOH және 180 -- 170 гл NaCl болады.
Өнеркәсіптік электролизерлердің өнімділгі өте жоғары болуы тиіс. Оған жүктемені ұлғайту арқылы жетеді. Беті өте жетілдірілген катодтарды қолдану жүктемесі 5000 а болатын шағын электролизерлерді құруға мүмкіндік береді.
Анодтар графитті пластина түрінде болады. Катод - құрышты жиектен тұрады, ішкі жағы болат торлардың жазық қалташалар қатарынан құрастырылған. Қалташалардың орналасуы мен кеңдігі, катод қондырғысы ванна түбінде қалташалар анодтар арасына сыя алатындай болуы тиіс.

Батырылған диафрагмасы бар ванна: 1 - бетонды жұп; 2 - болат катод; 3 - бетонды қақпақ; 4 - тұздық жіберетін құбыр; 5 - хлорды алып кететін құбыр; 6 - графитті анод; 7 - сутекті кетіретін штуцер; 8 - электролиттік щелокты төгетін құбыр; 9 - мысты токтасымалдағыш сым

Ванна қақпағында тұздықты жіберіп және хлорды алып кетіп отыратын тесік бар. Электролизерде қоршаған ортаға жылуды бөлу есебінен энергияның жоғалуын төмендететін жылу изоляциясы бар.

Сынап катоды және графит аноды бар ваннадағы натрий хлориді ерітіндісінің электролизі

Мұндай типтегі электролизерде диафрагмалықпен салыстырғанда концентрациясы айтарлықтай жоғары өнім алынады. NaCI ерітіндісі арқылы тұрақты электр тогын өткізген кезде графитті анодта СІ- иондарының разрядталуы жүзеге асырылып, нәтижесінде хлор газы бөлінеді:

2Сl- - 2е = СI2

Cынап катодында сутектің бөлінуі үлкен асқынкернеулікте жүзеге асады. Егер бейтарап ерітіндідегі темір катодта сутектің бөлінуі 0,415 в болса, онда сынап катодында 1,7-1,85 в құрайды. Сынап катодында натрий үлкен деполяризациялық эффектімен бөлінеді, сынаптың артық мөлшерінде еритін NaHgn натрий амальгамасын түзеді. Осының арқасында сынап катодындағы натрийдің ыдырау потенциалы тепе-теңдіктегі күйден төмен болады, яғни 1,2 в тең болады, сол мезгілде оның тепе-теңдіктегі потенциалы 2,71 в тең. Осылайша, сынап катодында келесі процестер жүзеге асады және сутек мүлдем бөлінбейді:

Na+ + е = Na
Na + nНg = NaHgn

Натрий амальгамасы арнайы аспатарда ыдырайды - сумен ыдыратқышта мына реакция бойынша ыдырайды:
NaHgn + Н20 = NaOH + 12Н2 + nHg

Сынап катоды бар ваннадағы электролиз 4,3 -- 4,4 в тең болатын орташа кернеулікте жүезеге асады.
Сынап катодты ваннаның принципиалды сызбасы 66-суретте келтірілген, Ол екі бөліктен тұрады: электролизер және электолизер мен раз конструкциялық жағынан бір-бірінен бөлінген, олар өзара құбырөткізгіштер арқылы байланысады немесе ортақ жалпы қапшаның ішіне орналасуы мүмкін.

66-сурет. Сынап катодты ваннаның сызбасы: 1 - электролизер; 2 - разлагатель; 3 - сорғыш

Кез-келген жағдайда электролизер - тікбұрышты қималы ұзын жәшік болып табылады, жоғары жағы графит анодтары бекітілген, жабық қақпақтан тұрады. ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.