ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Жалпы химиялық технология» курсын оқытудың әдістемелік аспектілері» «6М011200 – Химия» мамандығы үшін ОҚУ-Әдістемелік материалдары

Кәдімгі жағдайда күкірттің молекуласы сегіз атомнан тұрады – S₈. Қыздырғанда 160⁰С –тан бастап S₆ айналып, 900⁰С-қа дейін S₈→ S₆ → S₄→ S₂ айнала береді, 1500-2000 ⁰С-та жеке атомдарға айналады.

S+Cl₂→SCl₂

S+O₂→SO₂

Күшті тотықтырғыштар болып есептелетін күрделі заттармен әрекеттескенде күкірт тотықсыздандырғыш қызметін атқарады:

3S+2KClO₃→3SO₂+2KCl

S+2HNO₃→H₂SO₄+2NO

Күкіртті пиритті ауа қатыстырмай 600⁰С – та қызыдру арқылы шахта пештерінде алады:

FeS₂→ FeS + S

Күкірттің сутекті қосылыстары. Күкіртсутек Н₂S – түссіз, шіріген жұмыртқаның иісі бар, улы газ. Кәдімгі температурада бір көлем суда 25 көлем күкіртсутек ериді. Күкіртсутек өте улы зат.

Күкіртсутекті өндірісте сутек пен күкірттің тікелей әрекеттесуі нәтижесінде алады:

Н₂+S→ Н₂S

Зертханада күкіртсутекті негізінен темір (ІІ) сульфиді мен сұйытылған күкірт немесе тұз қышқылдарының әрекеттесуінен алады:

FeS+H₂SO₄→H₂S+FeSO₄

Күкіртсутек күшті тотықсыздандырғыштардың қатарына жатады. Ол ауада немесе оттекте жанып тотығады:

2Н₂S+3О₂→2SO₂+2H₂O

Оттек жеткіліксіз жағдайда күкіртсутек бос күйіндегі күкіртке дейін тотығады:

2Н₂S+О₂→2S+2H₂O

Күкіртсутек тотқытырғыш қышқылдарды, тұздарды тотықсыздандырады:

2Н₂S+2HNO₃→2S+2NO₂+2H₂O

3H₂S+K₂Cr₂O₇+4 H₂SO₄→3S+Cr₂(SO₄)₃+K₂SO₄+7H₂O

Күкіртсутектің судағы ерітіндісін күкіртсутекті су немесе күкіртсутек қышқылы дейді. Күкіртсутек қышқылы - әлсіз, екі негізді қышқыл қышқыл, біртіндеп диссоциацияланады:

H₂S↔H⁺+HS^-↔2H⁺+S^2-

Күкіртсутек қышқылы басқа қышқылдар сияқты тұздармен, негіздік оксидтермен, негіздермен, металдармен әрекеттеседі. Күкіртсутек қышқылы екі негізді болғандықтан екі қатар: орта (сульфидтер) және қышқыл (гидросульфидтер) тұздар түзеді. Гидросульфидтердің барлығы суда жақсы ериді. Орта тұздардан сілтілік, сілтілік-жер металдардың және аммонийдың сульфидтері суда жақсы ериді. Басқа металдардың сульфидтері суда ерімейді және көпшілігінің өздеріне тән түстері болады. Осы сульфидтердің әр түрлі ерігіштіктері мен әр түрлі түстерін пайдаланып күкіртсутектің көмегімен металдардың катиондарын сапалық жолмен анықтайды.

Күкірттің гомотізбек түзгіштік қабілеті толып жатқан персульфидтерде (полисульфидтерде) М₂S_n көрінеді. Персульфидтерді алу үшін сульфидтың концентрлі ерітіндісін күкіртпен реакцияластырады:

Na₂S+(n-1)S→Na₂S_n

Персульфид радикалы ирек тізбек түзеді.

Күкіртті сутектің өзінің толып жатқан персульфидтері алынған, жалпы формуласы Н₂S_n (ондағы n=2-23) оларды көп күкіртті сутек немесе сульфандар деп атайды. Бұл май сияқты, сары түсті сұйықтықтар.

Персульфидтерде пероксидтер сияқты, жағдайына қарай тотықтырғыш

Na₂S₂+SnS→SnS₂+Na₂S

немесе тотықсыздандырғыш

4FeS₂+11O₂→Fe₂O₃+8SO₂

кейде әрі тотықтырғыш, әрі тотықсыздандырғыш болып реакцияласады.

Na₂S₂→ Na₂S+S

Күкірттің оттекті қосылыстары.

Күкіртің бірнеше тотығы бар – SO, S₂O₃, SO₂, SO₃, S₂O₇.

Күкірт (IV) оксидін күкіртті жағу арқылы алуға болады. Өнеркәсіпте SO₂ сульфидтерді, әсіресе пиритті өртеу арқылы алынады. Зертханада күкірт (IV) оксидін натрий сульфитына күкірт қышқылымен әсер ету арқылы алады.

Күкірт (IV) оксиді суда ерігенде күкіртті қышқыл түзіледі.

SO₂+Н₂О→H₂SO₃

Күкіртті қышқыл тек ерітіндіде болатын тұрақсыз, әлсіз, екі негізді қышқыл. Күкіртті қышқыл басқа қышқылдар сияқты негіздік оксидтермен, негіздермен, тұздармен және металдармен әрекеттеседі. Күкіртті қышқыл екі қатар тұздар: орта (сульфиттер) және қышқыл (гидросульфиттер) тұздар түзеді. Күкіртті қышқылмен оның тұздары әрі тотықтырғыш, әрі тотықсыздандырғыш бола алады.

Күкірт (VI) оксиді SO₃ кәдімгі температурада түссіз сұйық зат. Ол 45⁰С-та қайнайды, ал 17⁰С-та төмен мөлдір ақ түсті кристалға айналып қатады. 50⁰С –тан жоғары қыздырғанда SO₃ балқымай бірден буға айналады.

Күкірт (VI) оксиді SO₃ қышқылдық оксидтердің барлық қасиеттерін көрсетеді: негіздермен, негіздік оксидтермен әрекеттеседі. Күкірт (VI) оксиді SO₃ өте күшті тотықтырғыш. Көптеген заттар оның әсерінен жанып кетеді немесе тотығады.

Күкірт (VI) оксиді SO₃ суда өте жақсы еріп күкірт қышқылын(H₂SO₄) түзеді. Бұл кезде өте көп мөлшерде жылу бөлініп шығады.

SO₃+Н₂О→H₂SO₄

Күкірт қышқылы H₂SO₄ түссіз, май тәрізді, ауыр, сұйық зат. Күкірт қышқылы 10,4⁰С қатады. Күкірт қышқылы өз бойына ылғалды күшті тартады және бұл жағдайда көп жылу бөліп шығарады.

Күкірт қышқылы көптеген органикалық заттардың суын тартып алып көміртекке айналдырады.

С₁₂Н₂₂О₁₁→ ^H₂^SO₄12С+11Н₂О

Сұйытылған күкірт қышқылы қышқылдарға тән барлық қасиеттер көрсетеді: негіздермен, негіздік оксидтермен, тұздармен активтік қатарында сутектен бұрын тұрған металдармен әрекеттеседі.

Концентрлі күкірт қышқылы активтік қатарында сутектен бұрын да, кейін де тұрған металдардың көпшілігімен әрекеттеседі.

Концентрлі күкірт қышқылы металдарды ғана емес, сонымен қатар металеместерді де, кейбір күрделі заттарды да тотықтырады.

C+2H₂SO₄→CO₂+2SO₂+2H₂O

2KI+2H₂SO₄→I₂+SO₂+K₂SO₄+2H₂O

Тұрақты күшті қышқыл болғандықтан күкірт қышқылы басқа қышқылдарды олардың құрғақ тұздарынан қыздырғанда ығыстырып шығарады.

2NaNO₃+H₂SO₄→2HNO₃+Na₂SO₄

Қазіргі кезде күкірт қышқылын алу негізгі үш процестен тұрады:

1. 
   Күкірт (IV)оксидін алу.
   
2. 
   Күкірт (IV)оксидін күкірт (VI) оксидіне тотықтыру.
   
3. 
   Күкірт (VI) оксидін күкірт қышқылына айналдыру.
   

Күкірт қышқылын өндірудің контактілік әдісінде SO₂-ні SO₃-ке катализаторлар платина немесе ванадий (V) оксидінің қатысуымен 400-600⁰С-та тотықтырады: 2SO₂+ O₂→ 2SO₃

Контакт аппаратынан шыққан күкірт (VI) оксидін концентрлі күкірт қышқылы арқылы өткізгенде олеум түзіледі: SO₃+H₂SO₄→ H₂S₂O₇.

Қажетті концентрлі күкірт қышқылын алу үшін олеумді су қосып сұйылтады: H₂S₂O₇+H₂O→2H₂SO₄

Күкірт қышқылын өндірудің нитрозалық әдісіне қарағанда контактілік әдісінің біраз артықшылықтары бар.
Тақырыпты бекіту:

1. 
   Алтыншы негізгі топша элементтерінің электрондық-графикалық формулаларын жазып, олардың қалыпты және қозған күйлеріндегі валенттіоіктерін анықта және химиялық қосылыстардағы тотығу дәрежелерін көрсет.
   
2. 
   Оттек табиғатта қайда кездеседі, оның физикалық қасиеттері қандай? Оттектің тірі табиғат пен өнеркәсіпте қандай маңызы бар?
   
3. 
   Оттектің химиялық қасиеттері қандай?
   
4. 
   Оттектің алу жолдары қандай?
   
5. 
   Ауаның құрамын, физикалық және химиялық қасиеттерін түсіндір.
   
6. 
   Озонның химиялық қасиеттері қандай?
   
7. 
   Күкірт табиғатта қалай тараған? Оның физикалық және химиялық қасиеттері қандай?
   
8. 
   Күкіртсутектің физикалық қасиеттерін айтып, молекуласының пішінін сызып көрсет.
   
9. 
   Күкіртсутектің химиялық қасиеттері қандай? Алу жолдары?
   
10. 
    Күкіртсутек қышқылының қышқылдарға тән қасиеттерін көрсететін реакциялардың теңдеулерін жаз.
    
11. 
    Күкірттің оттекті қосылыстары: алынуы, физикалық және химиялық қасиеттері қандай?
    
12. 
    Күкірт қышқылының алынуы, қасиеттері қандай?
    

1. 
   Бірімжанов Б.А., Нұрахметов Н.Н. Жалпы химия. – Алматы: Ана тілі, 1991.- 640 бет.
   
2. 
   Шоқыбаев Ж. Бейорганикалық және аналитикалық химия. - Алматы, 2003.- 320 бет.
   
3. 
   Аханбаев К. Химия. – Алматы: Ана тілі, 1993. - 280 бет.
   
4. 
   Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия.-М.: Высшая школа, 1988.
   
5. 
   Глинка Н.Л. Общая химия / Под ред. Рабиновича В.А.- Л.: Химия, 1988. - 704 с.
   
6. 
   Угай Я.А. Общая и неорганическая химия.М.: Высшая школа, 2000.- 527 с.
   

№8-10 Дәріс. V топтың негізгі топша элементтері.

1. 
   Элементтерге жалпы сипаттама.
   
2. 
   Азот және оның қосылыстары.
   
3. 
   Фосфор және оның қосылыстары.
   
4. 
   Мышьяк, сурьма, висмут және олардың қосылыстары. Салыстырмалы сипаттама.
   

V топтың негізгі топша элементтеріне азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут жатады. Бұл топша элементтерінің сыртқы электрондық деңгейінде бес электрон ns²np³ болады. Сондықтан олар үш электрон қосып алып үш теріс зарядты ионға айналуға мүмкіндігі бар:

Э⁰+3е^-→Э^3-

Әр элементтің сыртқы қабатында үш дара р-электрондар бар, осыған сәйкес олардың қалыпты (қозбаған) жағдайдағы валенттілігі үшке тең болады. Азоттан басқа элементтердің сыртқы қабатында бос бес d- орбитальдар бар. Сондықтан олардың s – орбиталындағы жұп электрондары қоздырып біреуін d-орбиталына көшіруге болады. Осының нәтижесінде элементтердің сыртқы қабатының орбитальдарында бес дара электрондар пайда болып олар бес валентті күйге көшеді. Азоттың сыртқы қабатында бос d-орбитальдары жоқ болғандықтан оның жұп электрондарын қоздыруға болмайды. Ол тек s-электрондардың біреуін басқа бір элементке беріп жіберіп сыртқы қабатындағы дара электрондар санын төртке жеткізе алады және соның нәтижесінде төрт валентті күйге көшеді, ал өзі бір оң зарядты ионға айналады.

V топтың негізгі топша элементтері қосылыстарда -3тен +5-ке дейін тотығу дәрежесін көрсетеді.

Бесінші негізгі топша элементтерінің қатысуымен түзілген молекулалардың пішіндері үшбұрышты пирамида тәрізді болады.

Топша элементтерінің барлығы сутекпен ЭН₃ типтес қосылыс түзеді. Алтыншы негізгі топша элементтеріне қарағанда бұл топша элементтері сутек атомдарымен өте берік қосылады да олардың сутекті қосылыстарын суға еріткенде сутек иондарын түзбейді. Топша элементтері оттекпен Э₂О₃, Э₂О₅ типтес оксидтер түзеді. Ол оксидтерге қышқылдар сәйкес келеді.

Элементтердің реттік нөмірлерінің өсуіне сәйкес металеместік қасиеттері кемиді де, металдық қасиеттері артады. Сутекті қосылыстарының NH₃-тен ВіН₃-ке қарай тұрақтылығының азаюы, оттекті қосылыстарының беріктігінің артуы осы қасиеттерімен түсіндіріледі.

Алғаш рет азотты ауадан ағылшын химигі Резерфорд 1772 жылы бөліп алды. Азот табиғатта бос күйінде де және қосылыс түрінде де кездеседі.

Таза азот – түссіз, иіссіз, дәмсіз, суда аз еритін (100:2) газ. Ауадан сәл жеңілірек. Азот молекуласы екі атомнан тұрады (N₂). Азот молекуласындағы атомдар өзара үш байланыс арқылы қосылған. Сондықтан ол үш байланысты үзіп молекуланы атомдарға ыдырату үщін өте көп энергия жұмсалады.

Химиялық қасиеті жағынан азот – инертті, қалыпты жағдайда ол реакцияласпайды. Инерттілігі екі атомды молекуласының өте беріктігіне байланысты. Азот қалыпты жағдайда тек қана литиймен, ал қыздырғанда басқа металдармен және кейбір бейметалдармен әрекеттесіп, тотықтырғыштық қасиет қорсетеді, тек фтор мен оттекпен әрекеттескенде ғана тотықсыздандырғыш болады.

Өнеркәсіпте азотты ауаны сұйылту арқылы алады. Азот аз мөлшерде, зертханада керек болған кезде, оны мына әдістердің бірімен алады:

• 
  3CuO+2NH₃→3Cu+N₂+3H₂O
  
• 
  NH₄NO₂→N₂+2H₂O
  
• 
  (NH₄)₂Cr₂O₇→N₂+Cr₂O₃+4H₂O
  

Азоттың сутекпен бірнеше қосылыс бар: аммиак NH₃, гидразин N₂H₄, азидсутек қышқылы HN₃ және бұлардың туындалары. Бұлардың ішіндегі өте маңыздысы аммиак.

Аммиак – түссіз, өткір иісті газ. Судың бір көлемінде 700 көлем аммиак ериді. Аммиак ауадан екі есеге жуық жеңіл. Аммиактың судағы ерітіндісі аммиак суы немесе мүсәтір спирті деп аталады. Аммиактың молекуласы үш бұрышты пирамида тәрізді.

Аммиактың молекуласы қалыпты жағдайда тұрақты, берік, әжептәуір активтігі бар молекулалар қатарына жатады. Аммиактың химиялық қасиеттерін үш түрлі реакцияларға топтастырып көрсетуге болады:

1. 
   қосып алу
   
2. 
   тотығу
   
3. 
   құрамындағы сутегі басқа заттарға ауысу реакциялары.
   

Химиялық реакциялар кезінде аммиак тотықсыздандырғыштық қасиет көрсетеді. Өйткені аммиактағы азот атомы өзінің -3 тең ең төменгі тотығу дәрежесін көрсетеді.

Күшті металеместер аммиакты азотқа дейін тотықтырады. Платина катализаторы қатысында оттек аммиакты азот (ІІ) оксидіне дейін тотықтырады. Қыздырғанда аммиак кейбір металдарды олардың оксидтерінен тотықсыздандырады да, өзі азотқа дейін тотығады.

Аммиак қышқылдармен оңай реакцияласып аммоний тұздарын түзеді. Аммиактың судағы ерітіндісі немесе аммоний гидроксиді басқа негіздер сияқты қышқылдармен, қышқылдық оксидтермен, тұздармен әрекеттеседі.

Зертханада аммиакты аммоний тұздары мен сілтілердің әрекеттесуінен алады. Өнеркәсіпте аммиакты көп мөлшерде азот пен сутекті синтездеу арқылы алады.

Аммоний тұздары ақ түсті кристалды, суда жақсы еритін заттар. Аммоний тұздары судағы ерітінділерінде аммоний катионына және қышқыл қалдығының анионына ыдырайды. Аммоний тұздары қыздырғанда ыдырайды. Құрамындағы қышқылдың ұшқыштығына байланысты аммоний тұздары әр түрлі жолмен ыдырайды. Ұшқыш қышқылдың (тұз қышқылының) тұздары аммиак және хлорсутек түзе айырылады. Ұшпайтын қышқылдың тұздары жартылай ыдырайды.

Азот оттекпен бес түрлі оксидтер түзеді: N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₅.

Азот қышқылы таза күйінде түссіз, өткір иісті, сұйық зат. Азот қышқылы сумен кез келген қатынаста араласады.

Сусыз азот қышқылы тұрақсыз қосылыс, аздап қыздырғанда немесе жарықтың әсерінен оңай ыдырайды. Азот қышқылы күшті қышқылдардың қатарына жатады. Сұйытылған ерітіндісінде ол толық иондарға ыдырайды. Азот қышқылы басқа да қышқылдар сияқты негіздермен, негіздік оксидтермен, тұздармен әрекеттеседі.

Азот қышқылының ең басты химиялық қасиеті – күшті тотықтырғыш. Сондықтан ол барлық металдармен (алтын, платина, иридий, рутенийден басқаларымен) әрекеттеседі.

Азот қышқылын зертханада натрий нитратына концентрлі күкірт қышқылымен әсер ету арқылы алады. Өнеркәсіпте азот қышқылын аммиакты катализатор қатысында тотықтыру арқылы алады. Бұл әдіспен азот қышқылын алу үш сатыдан тұрады:

• 
  платина катализаторы қатысында аммиакты ауадағы оттек арқылы тотықтырады
  
• 
  түзілген азот (ІІ) оксиді азот (IV) оксидіне оңай тотығады
  
• 
  азот (IV) оксидін оттек қатысында суға сіңіру арқылы азот қышқылын алады.
  

Азот қышқылының тұздары нитраттар деп аталады. Олардың барлығы да суда жақсы ериді. Нитраттар қыздырғанда ыдырайды. Құрамындағы металдардың активтігіне байланысты нитраттар әр түрлі жолмен ыдырайды. Металдардың активтік қатарында магнийге дейін орналасқан металдардың тұздары нитриттер мен оттекке, магний мен мыстың арасындағы металдардың тұздары металл оксидін, азот (IV) оксидін және оттек түзе, ал мыстан кейін орналасқан металдардың тұздары металға, азот (IV) оксидіне және оттекке ыдырайды.

Фосфорды 1669 жылы неміс алхимигі Г.Бранд ашты. Фосфор бірнеше аллотропиялық түр өзгерістер түзеді. Олардың ішіндегі маңыздылары ақ және қызыл фосфор. Ақ фосфор - улы, түссіз, кристалды, суда ерімейтін қатты зат. Ауа қатыстырмай әлсіз қыздырғанда немесе жарықтың әсерінен қызыл фосфорға айналады. Қызыл фосфор – қызыл қоңыр түсті зат. Оның қасиеттері ақ фосфордан өзгеше. Ол усыз, суда ерімейді. Ауада қиын тотығады да, тек 360 ⁰С жанады. Қатты қыздырғанда қызыл фосфор балқымай ұшып кетеді, ал оның буын тез салқындатса ақ фосфорға айналады. Қара фосфорды алу үшін ақ фосфорды 200⁰-та және 1,2*10¹⁰ Па қыздырады. Қара фосфор граыитқа ұқсайды.

Фосфор металдармен әрекеттесіп фосфоридтер түзеді. Фосфидтер сумен әрекеттесіп фосфордың сутекпен қосылысы фосфин (РН₃) түзеді. Фосфор күшті металеместер: оттекпен, хлормен әрекеттескенде тотықсыздандырғыш қызметін атқарады.

Фосфорды фосфиттің, кокстың, құмның қоспасын электр пешінде ауа қатыстырмай қыздыру арқылы алады. Қосылған кокс фосфорды тотықсыздандырады, ал құм түзілген кальций оксидімен қосылыпоны шлакқа айналдырады.

Ca₃(PO₄)₂+5C+3SiO₂→2P+5CO+3CaSiO₃

Түзілген бу түріндегі фосфор мен көміртек оксидінің қоспасын салқындатқанда ақ фосфор буы қатты күйдегі ақ фосфорға айналады.

Фосфордың сутекпен екі қосылысы бар: РН₃ (газ), Р₂Н₄ (сұйық). Фосфор сутекпен нашар қосылады. Сондықтан фосфорсутекті не фосфинді РН₃ алу үшін кальций фосфидін тұз қышқылымен, тіпті сумен әрекеттестіреді. Фосфинді басқа жолмен ақ фосфорды сілтілік ортада реакцияластырса да түзіледі.

Фосфор қышқылын зертханада қызыл фосфорды азот қышқылымен қосып қыздыру арқылы алады. Өнеркәсіпте фосфор қышқылын термиялық және экстракциялық әдістермен алады. Ортофосфор қышқылы үш негізді болғандықтан үш қатар тұздар түзеді: дигидрофосфаттар, гидрофосфаттар, фосфаттар.