Табиғатта сутек бос және қосылыс күйінде болады

Пән: Биология
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 15 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе
Табиғатта сутек бос және қосылыс күйінде болады. Күллі әлемді алатын
болсақ, мұнда сутек ең көп тараған элемент. Күн бетін, жұлдыздарды,
тұмандықтарды спектроскоппен, ал жұлдыз аралығындағы кеңістікті
радиотелескоп жәрдемімен қарап зерттегенде барлығында да сутектің өте көп
екендігі білінеді. Сутек бос күйде атмосфераның жоғарғы қабаттарында өте аз
мөлшерде кездеседі. Жанар таулардың мұнай скважиналарынан шығатын газдардың
құрамында болады. Қосылыстардың құрамындағы сутекті есептемесе, жердегі
сутек өте сирек элементтердің бірі болар еді. Ал қосылыстардың құрамында
химиялық байланысқан түрде өте көп сутек бар, мысалы, судың салмағының 11%,
саз балшықтың 1,5% сутек үлесіне келеді. Оттек өсімдіктер мен жануарлар
денесінде, мұнайда, табиғат газдарында, кейбір минералдарда химиялық
қосылысқан түрде болады. Жер қыртысы үш қабатының (атмосфера, гидросфера,
литосфера) жалпы салмағының 1 проценті сутек.
Техникада әсіресе аммиак синтездеуде сутек алу үшін көп колданылатын
химиялық әдістердің бірі — к о н в е р с и я тәсілі.
Өте қызған (1000° С шамасы) көмір бетімен су буын өткізсе, мынадай
реакция жүреді:
С + Н2О ↔СО + Н2
Бұл реакция көзінде түзілген көміртек оксиді де, сутек те жанғыш газдар.
Бұлардың қоспасын су газы деп атап, технңкада отын ретінде колданады. Су
газындағы сутекті бөліп алу үшін су газына су буын араластырып, қ пасын
қыздырган темір оксидінің (катализатор) үстімен өткізеді. Бұл реак-циядан
СО + Н20 500 Н2 + С02
↔
Ғе2О3
шыққан көміртек диоксиді сутектен оңай ажыратылады; ол үшін осы шыққан
газдар қоспасын өте қысып (2 -103 кПа), сумен жуады.
Соңғы реакцияны с у г а з ы н ы ң конверсиясы деп атайды. Темір
оксиді тек қана катализатор қызметін атқарады. Төмен температурада
конверсия өте баяу жүреді, жоғары температурада тепе-теңдік кері ауады,
сондықтан температураны 450—500 дейін көтереді және су буын теңдік бойынша
керегінен анағұрлым артық алады.
Сутекті конверсия арқылы алу ең арзан жолдың бірі; кейде су газының
орнына, ішінде көміртек оксиді бар басқа газдар қоспасын, мысалы, генератор
газын, қолданады.
Конверсия процесінде мынадай қосалқы реакциялар:
2СО = С + С02 және СО + 3Н20 = СН4 + Н20
болуы мүмкін; бұл жағдайда метан мен күйе қосымша түзіледі.
Химиялық тәсілдің тағы біреуін темір — бу тәсілі деп атайды, бұл
ертеден келе жатқан, бірақ қазір мәні кеміген тәсіл. Мұнда, 700° дейін
қыздырған темір және темір (II) оксиді мен судың буы әрекеттеседі:
Н20 + Ғе = ҒеО + Н2 ΔН° = — 37,2
кДжмоль
Н20 + 3ҒеО = Ғе304 + Н2. ΔН° = —69,8 кДжмоль
Бұл реакцияда алынған су буының жартысы ғана сутекке айналады. Мына
шыққан темір қағын су газымен әрекеттестіргенде, жаңағы жазылған реакциялар
кері жүріп, темір алынып, ол қайтадан іске қосылады:
Ғе304 + 4СО = 3Ғе + 4С02
Ғе304 + 4Н2 = 3Ғе + 4Н20
Бұл тәсілмен сутекті алу үздікті процесс болуы, су буының және су
газының артық шығыны және оның үстіне алынған сутектің керектідей таза
болмауы, бұл тәсілді экономика жағынан қолайсыз етеді.
Соңғы 10—15 жылда кең қолданылып келе жатқан әдістің бірі сутекті
метаннан алу. АҚШ-та аммиак синтездеу үшін жұмсалатын сутектің 70
процентіне жуығы метаннан алынады. Совет Одағында табиғи газдар көп, жыл
сайын олардың өндірісі өсуде. Табиғи газдардың кейбіреулерінде 90—99%, кокс
газдарыда 25—30% метан болады, көмірді шала кокстегенде де ішінде метаны
көп газдар шығады, метан-мұнай өндірісінде де шығатын газдар қоспасында
болады.
Метандағы сутекті түрліше әдіспен алады:
1) метанды крекингілеу (қыздырып айыру):
СН4 = С + 2Н2 АН° = 70,7 кДжмоль
Метанды ішін отқа берік қыш қалыппен толтырған пештерде
крекингілейді. Бұл процесс екі сатыда өтеді.
Бірінші сатыда метанды ауамен араластырып, тұтандырып пештің ішін 1
100 градусқа дейін қыздырады.
Екінші сатыда пешке метанның өзін ғана жібереді, осы кезде жоғарыда
жазылған эндотермиялық реакция жүре бастайды, пеш 900°-қа дейін суыған
кезде оны қайтадан қыздыра бастайды.
Крекингтен шыққан сутекті аралас шыққан — метан, көміртек оксиді мен
диоксиді, ацетилен, этилен, нафталин тағы басқаларынан тазартады.
Крекинг процесі нәтижесінде сутекпен бірге күйе шығады. Кейде,
крекингті сутек алу емес, күйе алу үшін ғана жүргізеді.
2) Метан мен су буының әрекеттесуі:
СН4 + Н20 = СО + ЗН2 АН° = 205,8 кДжмоль
3) Метанның көміртек диоксидімен, не болмаса көміртек
диоксиді және су буы қоспасымен әрекеттесуі:
СН4 + С02 = 2СО + 2Н2 АН° = 251 МДжмоль
немесе 3СН4 + С02 + 2Н20 = 4СО + 8Н2 АН° = 663,5 кДжмоль
4) Метанның оттекпен әрекеттесуі: 2СН4 + 02 = 2СО + 4Н2 ДН°=-
67,3 кДжмоль
Бұл әдістердің, біріншісінен басқасының бәрінде де сутекпен аралас
едәуір мөлшерде көміртек оксиді түзіледі. Сутекті көп алу үшін бұл газдарды
конверсиялайды.
Кокс газын қатты салқындату — сутекті алудың физикалық тәсіліне
жатады. Тас көмірді 900—1 200°-та кұрғақ айдағанда, ішінде 60%-ке дейін
сутек бар, кокс газы деп аталатын, газдар қоспасы түзіледі. Осының ішіндегі
сутегін ажырату үшін оны қатты салқындатады (— 190°). Бұл жағдайда сутектен
басқа газдардың барлығы сұйылып, сутек газ күйінде қалады.
Электрохимиялық тәсіл. Электр доғасы ашылғаннан кейінгі электр
жәрдемімен жасалған ең алғашқы электрохимиялық реакция суды айыру — судың
электролизін 1800 жылы Карлейль мен Никольсон жасады, электролизден сутек
әрі оттек және екеуі де өте таза күйде алынады. Осының арқасында газдарды
тазартуға арналған күрделі, әрі қымбат қосымша қондырғылардың қажеті болмай
қалды.
1 м3 сутек және 0,5 м3 оттекті алу үшін болғаны 2 400 Ампер-сағат
энергия жұмсалады. Электр энергиясы арзандаған сайын, бұл тәсілдің
өндірістік маңызы артуда. Қазірде жер жүзінде өндірілетін сутектің 20%-тен
артығы осы тәсілмен алынады.
Сутекті лабораторияда алудың бірнеше әдісі бар; олардың ішінде мырыш
пен қышқылдың арасындағы реакция жиі қолданылады. Реакцияны тездету үшін
қышқылға азырақ СиS04 ерітіндісін араластырады.
Бұл мақсат үшін Кипп аппаратын пайдаланады. Бұл аппарат
лабораторияда газдар (Н2СО2) алу үшін өте қолайлы. Аппаратты жұмыс
жағдайына келтіру принципі мынадай: Б тесігі арқылы В шарына мырыш
түйірлерін салады. Б тесігін резина тығынмен тығындайды. Тығынға Г шүмегі
өткізілген. А резервуарын толтырғанша және В шарында жатқан мырыштың бетін
түгел жапқанша шүмекті ашып З тесігінен сұйытылған күкірт қышқылын құяды.
Енді шүмекті жауып З тесігіне де тығын арқылы Е құйғышын кигізеді. Шүмекті
ашсақ, Д шарындағы қышқыл А арқылы В ға барып мырышпен реакцияласады.
Шүмекті жапсақ бөлініп шығып жатқан сутек, қышқылды басып В дан А арқылы Д
ға ығыстырып шығады. Ж тесігі аппаратты жуғанда ғана пайдаланылады.
Сутекті аралас шыққан басқа газдардан тазарту үшін КМп04 + ҚОН
ерітіндісі, не хром қоспасы
(К2Сг207-ның қою күкірт қышқылындағы ерітіндісі)
арқылы өткізеді. Су буынан тазарту үшін Н2304 ерітіндісі, немесе құрғақ
СаС12 арқылы өткізеді.
Сутекті лабораторияда алудың тағы бір әдісі: ұнтақ түріндегі
алюминийдің қайнап тұрғай суға әрекеті; бұған бірнеше тамшы КМгЮ4
ерітіндісі араласса, сутек ете көп мелшерде және тоқ-таусыз шығады.
Мырыш немесе алюминиймен NаОН қою ерітіндісіне әрекет ету арқылы да
сутек алуға болады.

Физикалық және химиялық қасиеттері.

Сутек түссіз, иіссіз, дәмсіз, ауадан 1412 есе жеңіл газ л. салмағы
0,09 г.
Суда еруі нашар (келеммен алғанда 2:100).
Платина, палладий сияқты кейбір металдарда жақсы ериді
(900:1). Мұның сұйылу және қату температуралары ете төмен (сұйылуы —253°,
қатуы — 259°).
Сутек газдар арасында ең жеңілі болғандықтан, оның
молекулаларының қозғалуы басқа молекулалардан жылдам, оның диффузия
жылдамдығы басқа молекулалардан артық, сондықтан жылу еткізгіштігі де
жоғары.
Сутектің екі модификациясы — о р т ос у т е к және
парасутек — болады.
Оның себебі Н2 молекуласын түзетін сутектің екі ядросы (протоны) өз
осін айналған кезде, ортосутек — бір бағытта, ал парасутек — қарама-қарсы
бағытта айналады.
Eкеуінің де химиялық қасиеттері бірдей, ал физикалық қасиеттерінде —
жылу сіңірiмділігінде, қату, сұйылу температураларында шамалы
айырмашылық бар.
Калыпты жағдайдағы сутектің үш бөлегі ортосутек, бір белігі
парасутек болады.
Сутектің молекулалары полюссіз болғандықтан оның реакциялас қыштығы
нашар; бірақ қыздыру әсерінен молекула ішіндегі атомдар арасындағы байланыс
әлсіреп атомдар үзіліп шыққанда жақсы реакцияласады. Сутек химиялық
реакцияларда кейде металдык, кейде бейметалдық қасиет көрсетеді. Сондықтан
ол периодтық кестеде әрі металдардың (I), әрі бейметалдардың (VII) тобына
жазылады. Ол кейбір реакцияларда металдар сияқты оң зарядты ион түзеді; бір
металдың екінші металды ығыстырғанындай, кейбір металдарды ығыстырып
шығарады (Н. Н. Бекетов 1865 ж.)
Екінші жағынан сутегінің физикалық күйі, органикалық қосылыстарда
оны бейметалдардың (гало-гендердің) ығыстырып шығаруы және кейбір күшті
металдармен реакцияласуы, оны бейметал сияқты етеді.
Сутек көп реакцияларда сыртындағы жалғыз электронын беріп, оң-
зарядты ионға айналуға бейім болады. Бірак бұл процесс толық түрде
болмайды, сондықтан ең күшті деген бейметалдармен реакцияласқанда иондық
емес полюсті байланыс қана түзіледі. Сутек кеп қосылыстарда сутектік
байланыс, кейде металдық байланыс та түзеді.
Сутектің химиялық активтігі кей жағдайда ете есіп кететіндігі
байқалады. Бұл сутекпен реакцияласатын зат сутек басқа бір реакция
нәтижесінде (мысалы, қышқыл мен мырыштың реакцияласуынан) бөлініп
шығатын жерде, бірге болатын жағдайда байкалады. Ол бөлініп шығу
моментіндегі сутектің активтігінің өсу себебі, мұндай жағдайда сутектің
молекулалары емес атомдары реакцияласады. Өйткені, сутек бөлініп шығу
көзінде жеке атом түрінде шығады. Ал сол бөлініп шыкқан жерінде, онымен
реакцияласатын зат болса, ол атомдар Н2 молекуласын түзбей-ақ, сол бөлініп
шыққан моментінде тез реакцияласады.
Бұл айтылып отырғанның дұрыс екендігі бертін келе а т о м күйіндегі
сутекті газ күйінде алуды үйреніп, оның реакциялас-қыштығын зерттегенде
анықталды. Газ күйіндегі сутекке баяу электр разрядтарын жіберсе,
молекулалары атомға ажырайды, енді оны қысым күші кемітілгең жағдайда
сақтаса, ол атомдардың молекулаға қайта айналуы баяу жүреді, осы жағдай
оның қасиеттерін зерттеуге мүмкіншілік туғызады. Атом күйіндегі сутектің
активтігі өте күшті: қалыпты жағдайдың өзінде-ақ күкірт, фосфор, мышьяк т.
б. элементтермен қосылады, металл оксидтерін тотықсыздандырады, Си, Рі, Аg
сияқты металдарды тұздарының ерітіндісінен ығыстырып шығарады. Бұл
реакциялардың ешқайсысына да молекулалық, сутектің шамасы келмейді. Енді
атом күйіндегі сутектің активтігінің себебін түсіндірейік. Қалыпты сутек
реакцияласқанда оның молекулалары әуелі атомға ажырау керек, бұл ёте
эндотермиялық реакция:
Н2 +439,3 кДж↔2Н

Демек, әрбір грамм-молекуласына 439,3 кДж жылу сіңіреді, сондықтан
сутек қатынасқан реакциялардың көпшілігі қыздыруды керек етеді. Ал, атом
күйіндегі сутек реакцияласқанда бұл энергияның керегі жоқ, сондықтан ол кеп
заттармен оңай реакцияласады.
Сутектің молекулаларын атомға ажыратуға жұмсалатын жылу мөлшері сол
атомдар қосылып молекула түзгенде бөлініп шығады. Міне, осыған сүйеніп,
атомдалған сутек горелкалары жасалған.
Баллоннан шыққан сутектің ағыны, вольфрам сымдарынан жасалған
электр доғасы арқылы өтеді. Осы арада сутектің молекулалары атомға
ажырайды, оның сыртында, бірақ доғадан қашық емес жақын жерде атомдар
қосылысып, қайта-дан молекулаға айналып, әте ыстық жалын түзеді. Жалынның
өте жоғары температурасы сутектің жануынан емес, ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.