Атом-молекулалық ілім. Стехиометриялық заңдар
Кремний, алынуы,физикалық және химиялық қасиеттері,қолданылуы
жүктеу/скачать 175.22 Kb.
|
83. Кремний, алынуы,физикалық және химиялық қасиеттері,қолданылуы Төртінші негізгі топтың коміртектен соңғы келесі элементі - кремний. Кремний, жаратылыста таралуы жағынан салмақ пайызы бойынша оттектен кейін екінші орын алады. Көміртек органикалық заттардың қүрамындағы негізгі элемент болатын болса, кремний жер қыртысын түзетін минералдық заттардың қүрамындағы негізгі элемент. Кремний жаратылыста қосылыстар түрінде гана болады; ол қосылыстары: кремний қос тотығы Si02 (кварц, қүм), жер қыртысының негізгі массасы силикатты жыныстар (далалық шпат, слюда каолин т.б.). Кремнийдің түрақты үш изотопы бар: 28Si (92,27%), 29Si (4,68%), 30Si (3,05%). Si+2KOH+H20=K2Si03+2H2 Қүм мен кокеты тиісті мөлшерде араластырып қыздырса, кремний мен көміртектің қосылысы — кремний карбиді SiC түзіледі, оны көбіне карборунд деп атайды. Si02+3C=SiC+2CO Таза карборунд — түссіз кристалдык, өте катты зат, қаттылығы алмаздан ғана кем, тығыздығы 3,2 г/см3. Техникада карборунд көп мөлшерде өндіріп, қаттылығын пайдаланып, қайрақ тастар, шлифтайтын дөңгелектер жасауға т.б. және отқа берік материал ретінде пайдаланады. Қүм мен магний арасындағы реакцияда, магнийді артығырақ алса, тотықсызданып шыққан кремний магниймен косылып магний силицидін Mg2Si түзеді: 4Mg+Si02=Mg2Si+2MgO Металдарды кремниймен тотықтырғанда (700-1200°С) металл оксидімен кремнийді араластырып инертті атмосферада қыздырғанда да силицидтер түзіледі: 6MnO+5Si=2Mn3Si+3Si02 Силицидтер қасиеті және қүрылымы жағынан да карбидтарға үқсамайды. Қосылушы металдың қасиетіне тәуелді силицидтердегі байланыс ионды, коваленттіден металдыққа дейін өзгере береді, осыған байланысты кейбір силицидтер өткізгіш, кейбіреулері шалаөткізгіш болып келеді. Силицидтер қатты қыздырғанда айрылмайтын қосылыстар, кейбір активті металдың силицидтері сумен, қышқылмен реакцияласады. Силицидтерді отқа берік, қышқылға төзімді қүймалар, жоғары температурада үсталатын шала өткізгіштер (CrSi2, COSi2, ReSi2) жасауда қолданады. Кейбір силицидтер атомдық техникада пайдаланылады. Магний силицидіне хлорсутекпен әрекет етсек, кремний сутексилан деп аталатын зат түзіледі: Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4 Силан SiH4 - түссіз, ауада өзінен-өзі түтанып, жанып кететін газ, жанғанда кремнийдің диоксиді және су түзіледі. Кремнийдің оттекті қосылыстары. Кремнийдің көп кездесетін, әрі өте түрақты қосылысы оның диоксиді Si02, оның элементтерден түзілуі оңай, орі көп жылу бөліп шығаратын реакциялар қатарына жатады: Si+02=Si0 ДН°=-848,5 кДж/моль Кремний диоксиді — түссіз қатты зат, t6=1713°C. Кремнийдің бүдан басқа оксиді (SiO)x бар, жаратшыста кездеспейді, қолдан сшады (1700°С): Si02+Si=2SiO Қошқыл сары түсті борпылдақ, үнтақ, баяу тотыгып S1O2 айналады, "монокс " деген бояу жасау үшін жоне изоляцияга қолданылады. Кремнийдің диоксиді — кремний ангидриді жоне кремнезем деп те аталады; бүл жаратылыста көп кездесетін зат, дербес күйінің өзі жер қыртысы масасының жартысынан артығы кремний диоксиді үлесіне келеді. Кремнезем кристалдық жоне аморфты күйде болады. Кристалдық кремнеземнің маңыздысы кварц деген минерал, ол түссіз, молдір алты қырлы пирамида болып бітетін кристалдар, оны may хрусталі (ІЗ.З.-сурет) деп атайды. Тау хрусталі түрлі түздар араласуынан түсі өзгереді, оның жасылдауын — аметист, 3708 күңгірттеуін тутінді (дымчатый) топаз дейді. Кварцтың бір түрі шақпақ тас. Кварцтың өте үсақ кристаллы түрін агат, яшма деп атайды. Кәдімгі қүм да кварц. Ақ қиыршық қүм таза кварц, бірақ түрлі қоспалардың (көбінесе темір түздарының) араласканынан түсі өзгеріп сары қүм, қызыл қүм, қара қүм деп аталады. Аморфты кремнезем жаратылыста азырақ. Кейбір қарапайым су осімдіктерінің панцырі (тас қабығы) негізінде аморфты кремнеземнен қүрылған. Сондай панцырлардың көп жиылып қалған жерінде трепел, инфузор топырагы деп аталатын тау жынысының бір түрі пайда болады. Кремний кышқылын қыздырса, суы үшып, қалған кремний диоксиді ақ түсті, аморфты, сусылдак үнтаққа айналады.
Бүл тарауда металдардың жалпы сипаттамасына, табиғатта таралуына, алу тәсілдері, физикалық және химиялық қасиеттеріне т.т. тоқталамыз. Табиғаттағы металдар және оларды алудың негізгі тәсілдері. Табиғатта металдар көбіне түрлі қосылыстар түрінде кездеседі, кейбіреулері бос, еш затпен қосылыспаған күйде болады. Ондай жеке кездесетін түрін сап металдар дейді, ол - платина, алтын, күміс және мыс, қалайы, сынап сияқты металдар. Соңғы үш металл, көбіне қосылыс түрінде болады. Металдардың жер қыртысында кездесетін қосылыстары, түрлі минералдар түрінде болады. Ішінде минералдардың қосылыстары бар минералдар мен тау жыныстарын, қүрамындағы металды өнеркәсіптік жолмен шығарып алу экономика жағынан тиімді болса, кен (руда) деп атайды. Демек қандайда болсын кен қүрамында керекті бөлігімен қатар, керексіз қүм, саз, әктас т.б. бос жыныс деп аталатын бөлімі болады. Мысалы, темір кендерінде таза темір 50-70% болса, ондай кенді іске асыру экономика жағынан пайдалы дейді, мыс кендерінде, таза мыс 1% болса да, ол бай кен болып саналады, ал алтынға келеек, онда пайыздың оннан, жүзден бөліктері бар жыныстардың өзі тиімді деп есептеледі. Металдардың кені болып саналатын қосылыстар көбіне оксидтер, сульфидтер жоне түрлі түздар (карбонат, галогенид, сульфат, силикат, фосфат т.бУ
Сульфцд кендері, жер қыртысында біраз терендікте жатады, мысалы, колчедандар: мыс колчеданы (CuFeS2); темір колчеданы (FeS2); жалтырлар: мыс жалтыры (Cu2S); қорғасын жалтыры (PbS); алдауъштар: мырыштікі (ZnS), күмістікі ( сыр (HgS) т.б. Сульфид кендерінің көпшілігінде бірнеше металл аралас болады, мысалы, қорғасын мен мырыш аралас, оның үстіне алтын, күміс т.б. қоспасы болады. Мұндай көп металды кенді полиметалды кен деп атайды. 3. Түз кендері Кейбір металдар, әсіресе, периодтық жүйенің І-, ІІ-негізгі топтарындағы металдар және сирек металдардың біразы жаратылыста көбінесе тұздар түрінде кездеседі. Ол тұздар теңіздердің, не ащы көлдердің суында еріген күйде және қазба тұз түрінде жер қабатында болады (бұлар да бұрынғы теңіздердің кдлдығы). Ол тұздардың да химиялық құрамына қарай химиялык атымен кдтар минералдық аты бар. Айталық, галогенидтер — карналит (KClMgCl2-6H20), сильвинит (KONaCl), сильвин (КС1), галит (NaCl), флюорит (CaF2), бишофит (MgCl2-6H20). Сульфаттар - каинит (KClMgS04 ЗН20), серит (MgS04H20), полигалит (K2S04MgS042CaS04 ЗН20), лангбейнит (K2S04-2MgS04), эпсомит (MgS047H20), гипс (CaS04-2H20), ангидрид (CaS04), тенардит (NaS04), мирабилит (Na2SO410H2O). Карбонаттар — доломит (CaC03 MgC03), мрамор (СаС03), сидерит (FeC03), смитсонит (ZnC03), церусит (РЬС03), сода (Na2CO3.10H2O) т.б. Енді кен ішінде осы қосылыстар түрінде болатын металдарды шыгарып алу мәселесіне келелік. Металды адам баласы мұнан 5000 жылдай бүрын өндіре бастаған. Содан кейінгі жердегі адамзаттың материалдық, рухани және мәдени тұрмысының дамуы, металл алу және оны пайдалана білумен байланысты болган. Бірақ, XX гасырдың басында бар болганы 15 металл, негізінен темір, мыс, қорғасын қалайы, мырыш, күміс, алтын ғана қолданылып келді. Соңғы қысқы мерзіаде алюминий, магний, хром, никель, марганец және !*басқа металдардың Г^ңызы артып, сонымен кдтар қазіргі гылым мен техника металдардың бәріне де қолданылатын орын тауып, барлығын адам баласының қызметіне қосты. Қазіргі кезде адам керегіне тұтынылатын металл мөлшері орасан көп, мысалы, осы ғасырдың ортасында бүкіл жер жүзінде жылына 150 миллион тонна темір, мыс, қорғасын, алюминий әрқайсысы 2 миллион тоннадан, қалайы, никель әрқайсысы 200 мың тоннадан артық өндіріледі. Металл қоры жагынан, оны өндіруде Қазақстанның қосар үлесі зор. Академик Қ.И. Сәтпаевтың айтуынша Қазақстан еліміздің гауһар қоры; Кдзақстан хром және ванадий байлығынан жер жүзінде бірінші орын алады, ал темір, мыс, қорғасын, мырыш, күміс, кадмий, ванадий, хром, вольфрам,^ молибден және баскд кейбір металдардың қоры жөнінде біздін^ елде бірінші орын алады. Металдық байланыс металдардың барлық қасиеттерін: физикалық, механикалық, оптикалық, магниттік т.б. түсіндіре алады.
Металдардың химиялық реакцияласу қабілетін химиялық қасиеті дейміз. Металдар химиялық реакцияласқанда әрдайым электрондарын беріп оң валенттік көрсетеді. Металдарды химиялық жағынан толығырақ сипаттаушы қасиеті — бос жеке оң иондар түзуі. Бейметалдарда мүндай қасиет жоқ, айталық бейметалдардың кейбіреулері электрондарын беріп оң валентті болады, мысалы СО32', NO3", S04" қүрамындағы көміртек, азот және күкірт оң валентті, бірақ олар металл сияқты оң валентті жеке бос ион түзіп түрған жоқ, оттек атомдарымен қосылысқан күрделі ион түзіп түр. Нағыз металдар еш уақыт өзіне электрон қосып алмайды, реакцияласушы екінші затқа үнемі электронын беріп отырады, демек, бүлар тотықсыздандырғыштар болады. Металдардың электрон бергіштік қабілеті, демек химиялық активтігі, әрине бірдей емес, электронын неғүрлым оңай беретін металдар активті металдар болады, олар оңай реакцияласқыш болады. Металдардың активтігін салыстыру үшін олардың химиялық реакцияларда бірін-бірі ығыстыруын салыстыру өте қолайлы. Мысалы, қорғасын түзының ерітіндісіне бір түйір мырыш салсақ, бүлар реакцияласа бастайды, мырыш еріп, ерітіндіден қорғасын бөлініп шығады, бүл ығыстыру реакциясының теңцігі өздеріңе бүрыннан таныс:
Zn+Pb2+=Pb+Zn2+ Бүл арада мырыш қорғасынды ығыстырып шығарып отыр, демек мырыш қорғасыннан гөрі активті екенін көреміз. Реакцияның мазмүнына келеек, мырыш томдары өзінің валенттік электрондарын Pb2+ иондарына беріп, олар нейтралданып, металдық қорғасын түрінде бөлініп шықты. Қорғасынды мыспен салыстырсақ: Pb + Cu2+=Cu + Pb2+ қорғасынның мыстан активті екендігін көруге болады, сонымен бүл салыстырған үш металдың активтігі мына бағытта төмендейді: 14.6.-Кесте Метаддардыц кернеу қэтары және кеябір химиялық қасиеттері
Кернеу қатарындағы сутектің орнын Н.Н. Бекетов мынадай тәжірибе жасау арқылы тапқан. 14.7.-суретте көрсетілген бірнеше рет иілген түтіктің ішіне біріне-бірін жанастырмай металл түзының ерітіндісі, қышқыл және мырыш орналастырылады (суретті қараңыз). Түтіктің аузын балқытып жауып, енді мырышты жылжытып қышқылға түсіреді, бөлініп шыққан сутекке барар жер жоқ - қысымда қалған қалпында түз Коррозия. Қоршаған ортаның әсерінен металдың жаңа химиялық қосылыс түзе күйреуін коррозия ("жемірілу") дейді. Коррозияның күнде кездесетін мысалы — темірдің таттануы — темір ауадағы оттекпен тотығып, беті таттанады (Fe203 Н20 не ҒеО(ОН)). Коррозия - металдарды қоршаушы ортаның әсерінен,-өздігінен тотығу процесі; былайша айтқанда, коррозия металдарды кеннен (оксид-кендерден) алу процесіне кері процесс. Бір есеп бойынша коррозияның зардабынан жыл сайын істен шығатын темірдің мөлшері, оның бір жыл ішінде өндірілетін мөлшерінің У4 бөлігіне тең. Қазіргі заманда көп заттарды жасау үшін металдарды, олардың қүймаларын түтынады, сондықтан бүл металдарды қоршаушы ортада өте әр түрлі және оның металды күйрету әрекеті де әр түрлі болады. Коррозияның бір түрін химиялық коррозия дейді, ол қышқыл, сілті, түздардың ерітінділерінің (жаратылыстағы судың бәрінде де еріген түз болады) және түрлі газдардың (С02, H2S, S02, HC1 т.т.), тікелей әрекеті, мысалы металдан жасалған көп заттар — машиналар, көпірлер, түрлі каркастар, станоктар, механизмдер, үйдің шатыры, рельс, провод т.б. ашық ay ад а, судың, түрлі ерітінділердің және газдардың әсері тиетін жерлерде болады. Бірақ, халық шаруашылығының түрлі салаларына өте көп зиян келтіретін электрхимиялық коррозия. Электрохимиялық коррозия болу үшін электрхимиялық процесс өту керек; ондай процесс үшін екі электрод және электродтар батырылып түратын электролит болуы шарт. Металл таза болса коррозияланбайды. Тіпті темір сияқты металдың өзі де таза болса таттанбайды. Бірақ техникада алынатын металдар еш уақыт таза болмайды, оларда аралас көбіне басқа металдар қоспалары болады, міне, осыдан коррозияға қолайлы жағдай туады. Металдардағы қоспалардың коррозияға қолайлы жағдайды қалай туғызатындығын түсіну үшін, әр түрлі екі металл біріне-бірі жанасқан күйде ылғал ауада түрса не болатындығын қаралық. Мысал үшін алюминийден жасалған екі қалақша біріктіру үшін мыс шегемен екі жағынан қағылған болсын Металдар өзінщ сыртына млғал 14.8.-Сурет. Металл адсорбциялайды, сондықтан олардьщ коррозиясьшың сырты судың жүқа қабыршағымен сүл асы қапталады, ауадан көшкен көмір Кремний қышқылы, кремний вольфрам қышқылына айналғанда, комплекстің ішкі сферасындағы оттектің орнына, екі вольфрам қышқылының (H2W207) алты қалдығы W2072~ түрады. H8[Si06HH8[Si(W207)6] Басқа гетерополиқышқылдар да сол сияқты Н3В03ЗН2СМ Н9[ВОб]Н9[В(\Ү207)б]->НзВОз12\ҮОзЗН20 боро- вольфрам қышқылы, Н5Р05 Н20->Н7[Р06]; H7[P(W207)6H Н5РО512\ҮОз Н20 фосфоровольфрам қышқылы. Сонымен, оттекті қышқылдардың қүрамындағы оттек ионының орнына басқа қышқылдардың қалдығы түрғаннан түзілген комплексті қышқыл, гетерополиқышқыл болады. Изополиқышқылдар. Оттекті қышқылдың қүрамындағы оттек ионының орнына сол қышқылдың өз анионы түрғаннан түзілген комплексті қышқыл изополиқышқыл деп аталады. Мысалы: H2S04-^H2S207 H2Cr04->H2Cr207 H2W04^H2W207 85Сұрақ. Марганец топшасы элементтерінің жалпы сипаттамасы,олардың алынуы,физикалық және химиялық қасиеттері,қолданылуы Менделеевтің периодтық жүйесінің VII-B тобының элементтерін марганец топшасы дейді. Марганец топшасына марганец, технеций және рений жатады, бүлардың жалпы сипаттамасы 21.2. кестеде келтірілген. 21.2.-Кесте МпС14 түрақсыз болғандықтан оңай айырылады (молекула ішіндегі тотығу-тотықсыздану) МпС14 = МпСІ4+С12Т
Күкіртпен марганец екі сульфид - MnS, MnS2 түзеді. Химиялық активті заттар, MnS2 жаратылыста минералдар қүрамында кездеседі. Екеуі де қыздырса ауада жана бастайды, қышқылдар әрекетінен айрылғыш. Болаттар металлургиясында үлкен мәні бар қосылыстар. Ренийдің де ReS2, Re2S7 сияқты сульфидтері бар. Фосформен марганец МП5Р2, Мп3Р, МпР2, МпР, рений - ReP3, ReP2, ReP, Re2P фосфоридтерін түзеді. Сумен тек үнтақ түріндегі марганец, қыздырған кезде реакцияласып сутекті бөліп шыгарады. 21.6. Марганец. Марганец табигатта пиролюзит МпОг, гаусманит Мп304, браунит Мп203, марганец шпаты МпС03, родонит MnSi03, марганец жылтыры MnS және т.б. қүрамы күрделі минералдар түрінде кездеседі. Ni (II) катиондық комплекстері — акво және аминокомплекстер барлығы да түрақты келеді. Аквакомплекстері және кристаллогидраттары шымқай жасыл түсті болады. Мысалы, №Г2 6Н20, Ni(N03)2 6Н20, NiC03 6Н20 т.т. Аммиакаттар көк түсті болып, оңай түзіледі, мысалы, қатты NiCl2 газ түріндегі аммиакпен реакцияласады: NiCl2 + 6NH3 = [Ni(NH3)6]Cl2 Аммоний түздары бар жерде осы аммиакат түзетіндіктен Ni(OH)2 еріп кетеді: Ni(OH)2 + 6NH3 = [Ni(NH3)6](OH)2 Ni (II) аниондық комплекстерінен түрақтырағы сары түсті [Ni(CN)4]2" оны алу үшін Ni(II) қосылыстарына негіздік цианидтермен әрекет етеді: NiS04+2KCN=Ni(CN)24+ K2S04 Ni(CN)2+2KCN= K2[Ni(CN)4] 82сұрақ Платиналық металдардың жалпы сипаттамасы. Периодтық жүйенің бесінші және алтыншы периодтарының жүп қатарынан тақ қатарына көшердегі, VIII-(не VIII-B) топта орналастырылған аралық элементтерді (рет нөмірі 44-46 және 76-78) платиналық металдар деп атайды. Олардың жалпы сипаттамасы 22.2.-кестеде келтірілген. Рет нөмірі тақ элементтерде түрақты изотоптар аз: родийда — біреу, иридийда — екеу. Рет нөмірі жүп элементтерде изотоптар көп: рутений мен осмийда — жетіден, палладий мен платинада — алтыдан. Бүл элементтердің радиоактив изотоптары өте көп. 22.2.-кестеге қарасақ, бүл элементтердің d-қатпарының электрондары толуға жақын. Платиналық металдардың, сол VTH-топтағы Fe, Co, Ni ден бір айырмашылығы, бүларда электрон қонбаған, бос түрған 4f және 5f қатпары бар, осы элементтердің химиялық қасиеттеріне ерекшелік береді. Бүл металдар жай қосылыстардан басқа комплексті қосылыстар түзуге өте бейім. Платиналық металдардың аллотропиялық түрлері көп, өздері таза күйінде пластикалық қасиеті мол, берік металдар. Платиналық металдардың химиялық белсенділігі нашар болады. Оттек, галогендер, басқа да тотықтырғыштар күшті қыздырған кезде ғана эсер етеді. Бүлардың ең белсендісі осмий, сонан соң рутений, ал белсенділігі нашары иридий мен платина. 98. 2H2S + 3O2 жүктеу/скачать 175.22 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3H2O + 2SO2