Зат айналым

Қазақстан Республикасының  Білім және Ғылым министрлігі

Л.Н  Гумилев атындағы Еуразия Ұлттық Университеті

Физика-техникалық  факультет

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Тақырыбы: Оттегінің, азоттың,көміртектің,күкірттің, фосфордың айналымдары,физикалық-химиялық қасиеттері, сипаттамасы, қосылыстары, қолданылуы, өндірілуі.

 

            

                                                                                       Орындаған: Сейтқали А.

                                                                                       ЯФ-15 тобы студенті

                                                                                       Қабылдаған: Дәрібай А.О

 

                                   

 

 

 

                                            

 

 

 

 

 

                                             Астана қаласы.2013 жыл

       Оттегі (латынша Oxygenium), O – элементтердің периодты жүйесінің VI-тобындағы химиялық элемент. Реттік  нөмірі 8, атомдық массасы 15,999. Оттегі – жер шарының қатты, сұйық және газ тәрізді қабаттарындағы ең көп таралған элемент. Ауаның 23 массалық,21 көлемдік проценті молекула түрінде болатын бос күйдегі оттегінің үлесіне тиеді. Оттегі 88,89 массалық процент түрінде судың құрамына кіреді. Оттегі жер қыртысында тау жыныстарының , көпшілік минералдардың, кендердің, құмның, силикаттардың құрамында болады. Жер қыртысының 47,2 массалық проценті оттегінің үлесіне тиеді.

       Оттегі табиғатта екі түрлі түр өзгерістер – жай заттар түрінде кездеседі, оның бірі молекуласы екі атомнан тұратын кәдімгі оттегі, екіншісі молекуласы үш атомнан тұратын озон. Оттегі молекуласы парамагнитті және тұрақты, ал озон молекуласы тұрақсыз, молекула және атом түріндегі оттегіне ыдырайды.     

      Оттегінің физикалық және химиялық қасиеттері. Кәдімгі температурада оттегі түссіз, иіссіз жануды қолдайтын газ.  Оттегі ауадан ауыр, оның 1 л салмағы 1,43 г. Судың 100 көлемінде 5 көлем оттегі ериді. Бұдан оттегінің суда нашар еритінін көруге болады, бірақ осы мөлшер суда тіршілік ететін және желбезегі арқылы тыныс алатын жануарларға жетіп жатыр. Оттегі химиялық қасиеттері жағынан өте активті тотықтырғыш, оның тотықтырғыш қабілеті температура жоғарылаған сайын артады. Осындай тотығу-тотықсыздану реакциялары кезінде  оттегі көбінесе екі электрон қосып алып О^2- ионына айналады.

Оттегі кәдімгі жағдайда немесе қыздырғанда көпшілік металдармен  әрекеттесіп , олардың оксидтерін немесе пероксидтерін түзеді, мысалы:

2Na⁰ + O₂⁰= Na₂[O₂]^2-  натрий пероксиді

    K⁰ + O₂⁰ =K[O₂]^1-          калий супероксиді

                                           2Cu⁰ + O₂= 2Cu²⁺O^2-     мыс (II) оксиді

Оттегімен тікелей күміс, алтын, платина және платина тәрізді  металлдар әрекеттеспейді, бұлардың оксидтері жанама жолмен алынады.

Оттегі барлық металл еместермен әрекеттесіп олардың оксидтерін түзеді,мысалы:

                                         S + O₂=SO₂

                                                       4P + 5O₂= 2P₂O₅

Оттегі тікелей галогендермен, инертті газдармен әрекеттеспейді, ал галогендердің оксидтерін жанама жолдармен алады. Оттегі тек фтормен  қосылысында (OF₂) оң тотығу дәрежесін көрсетеді.

Көміртегінің ауадағы  оттегі арқылы тотығуының маңызы зор, өйткені осы реакция барлық заттар жанғанда жүреді де көп жылу бөліп  шығарады, оны халық шаруашылығында, тұрмыста жылу энергиясы  ретінде  пайдаланады:

                           C +O₂ = CO₂               ∆ H= -383,5 кДж

 

Сутегі оттегінде жанғанда мына реакция жүреді:

                                 2H₂ + O₂= 2 H₂O                  

Бұл реакцияның нәтижесінде  жалынның температурасы 3000⁰ С-қа дейін жетеді, сондықтан оны металдарды кесу және пісіру үшін қолданады.Оттегі химия өнеркәсібінде азот қышқылын , күкірт қышқылын өндіруде тотықтырғыш ретінде қолданылады. Сондай-ақ ол пероксидтер алуда органикалық синтедерде де қолданылады.

Оттегінің 60 % -ке жуығы қара және түсті металлургияда шойын  және түсті металлургияда шойын және болат қорытуға сульфидтерін тотықтыру арқылы көптеген түсті металдарды алуға және металдарды  өндіру кезіндегі процестердің жылдамдығын арттыруға жұмсалады.

Оттегі-сутегі-оттегі ацетилен-оттегі горелкаларында металдарды пісіру және кесу үшін жоғары температурада  алуға  тау-кен жұмысында пайдаланатын қопарғыш заттар дайындауға , медицинада тыныс алуы нашарлаған адамдарға  дем алдыруға т.б мақсаттарға  қолданылады.Оттегі айналымы- фотосинтез процесінен басталады. Оның биологиялық айналымы 250 т/жыл, ал  биосферадағы оның жалпы массасы – 10¹⁴ т. Оттегі – жер бетіндегі ең көп таралған элемент: оның атмосферадағы мөлшері -23,1%, литосферада-47,2%; гидросферада- 86,9 %. Гидросферадағы бос оттегінің мөлшері шамамен 4,5 мг/л, осы оттегіні су организмдері өздерінің тіршілігіне жұмсайды. Ауадағы оттегінің мөлшері ұзақ уақыттар бойы биологиялық реттеудің арқасында тұрақты деңгейде келе жатыр. Осы деңгейден ауытқыса, биосфераның жағдайына зор әсерін  тигізер еді: мөлшері төмендесе- мұхиттардағы жануарлар саны азайып, ал мөлшері көтерілсе- ортаның тотығу қасиеттерінің қауіпті жағдайға дейін өсіп кетуі мүмкін. Бұл жағдайлардың жер бетіндегі жануарлар мен адамдарға қолайсыз әсері бар. Мысалы, адамдар мен жануарлар биік тауларға шыққанда немесе оттегіні көп мөлшерде пайдаланатын белдемдер мен жасанды құрылғыларда оттегінің жетіспеуін қатты сезеді. Оттегі айналымы мен озонның тузілуі де тығыз байланысты. Атмосфераның жоғары қабаттарында ультракүлгін сәулелерінің қатысуымен оттегі молекуласында иондану мен диссициациялану жүріп және оттегі молекулаларымен қосылып, оттегінің 3 атомынан тұратын озон түзіледі:

                              Һ→O₂↔2O;    O+O₂↔O₃

          Мұндағы Һ- толқын ұзындығы 225 нм аспайтын жарық кванты.

          Озонның тузілуіне Жер бетіне  түсетін күн энергиясының шамамен  5% жұмсалады. Озон түзілетін реакция   қайтымды болғанына байланысты  атмосфераның жоғарғы қабаттарының  температурасы жоғары болады. Себебі  озонның ыдырауы экзотермиялық  реакцияға жатады. Орта есеппен  озонның атмосферадағы көлемдік  мөлшері 10^-6% құрайды.озонның ең жоғарғы көп мөлшері 20-25 км биіктікте орналасқан. Озон барлық тірі организмдерге әсер ететін қысқа толқынды күннің ультракүлгін сәулелерінің едәуір бөлігін ұстап қалады, былайша айтқанда, атмосфераның қорғаныш қабаты. Бүкіл Дүниежүзілік Денсаулық сақтау ұйымының мәліметтері бойынша озон қабатының 1 %-ға кемуі адамдарда қатерлі ісік ауруының көбеюіне себепші болады.

 

Азот

        Азоттың  негізгі қоры екі атомнан тұратын  молекулалар түрінде атмосфераның  құрамында болады. Ауаның 75,6  массалық  пайызы, 78,1 көлемдік проценті азоттың  үлесіне тиеді. Жер қыртысында  азот натрий нитраты ,калий  нитраты түрінде кездеседі. Қосылыс  күйдегі азоттың үлесіне жер  қыртысы массасының 0,01 % тиеді. Сонымен  біргеазот барлық тірі организмдердің  белоктарының құрамына кіреді, ал  белоксыз тіршілік болмайды. Ф.  Энгельстің анықтамасы бойынша  «тіршілік дегеніміз белокты  заттардың өмір сүру тәсілі.»

         Лабораторияда аммоний нитритінің  концентрациялы ерітіндісін қыздыру  арқылы азот алады:

                                                 NH₄NO₂= N₂+ 2H₂O

Құрғақ натрий азидін қыздыру  арқылы да азот алады:

                                                    2NaN₃=2Na + 3N₂

Аммоний дихроматын қыздырғанда  азот, хром оксиді және су түзіледі.

                                         (NH₄)₂Cr₂O₇=N₂+Cr₂O₃+ 4H₂O

Қызған мыс арқылы ауаны  өткізгенде оттегін байланыстырып  азотты бөліп алады:

                                                  N₂+O₂+2Cu= 2CuO+N₂

Аммиакты оттегінде жаққанда азот және су түзіледі:

                                                      4NH₃+3O₂=6N₂O

Өнеркәсіпте азотты ауаны  сұйылту арқылы  алады.

         Азоттың физикалық және химиялық  қасиеттері. Қалыпты температурада  азот түссіз , дәмсіз газ, жануды , тыныс алуды қолдамайды, кәдімгі  жағдайда 1 л суда 23 мл азот ериді.

        Азот  молекуласындағы атомдардың арасында  бір сигма, екі пи байланыс  болады. Қыздырғанда азот көптеген  металдармен әрекеттесіп сәйкес  нитридтер түзеді:       3Ca +N₂= Ca₃N₂

        Нитридтер,әсіресе,  сілтілік және сілтілік жер  металдарының нитридтері химиялық  активті қатты заттар,олар қышқылдармен  немесе сумен әрекеттесіп аммиак  түзеді,мысалы:

                                          Ca₃N₂+6H₂O= 3Ca(OH)₂+2NH₃

Металл еместермен азот жоғары температурада ғана әрекеттеседі. Мысалы , оның оттегімен реакциясы 1500⁰С шамасында басталады.

                                                       N₂ + O₂= 2NO

Басқа кейбір металл еместермен жоғары температурада нитрид тәріздес қосылыстар түзеді,мысалы:

                                                     2B+N₂=2BN

                                                   3Si+2N₂=Si₃N₄

       Азот айналымы. Атмосфералық ауа құрамының 78 пайызын азот құрайды. Бірақ азот-химиялық жағынан белсенділігі төмен элемент. Азот барлық белоктардың құрамына кіреді. Сонымен қатар биогенді элементтердің ішінде организмдердің тіршілік әрекетіне ең қаетті элемент болып саналады. Биологиялық айналымға атмосферадағы бос молекулалық түрдегі азоттың ең аз мөлшері ғана қатысады.

 Табиғатта байланысқан азот түрінің бос молекулалық азотқа жалпы қатынасы- 1:100000. Молекулалық түрін құратын азот атомдары арасындағы химиялық байланыс энергиясы жоғары  болғандықтан, азоттың басқа элементтермен – оттегімен немесе сутегімен қосылу процесі көп мөлшерде энергияны қажет етеді.өнеркәсіпте азотты алуға катализаторлармен қатар 500⁰ С шамасындағы температура мен 300 атм.қысым қолданылады.

          Биосферада азот айналымын анаэробты бактериялардың және көк жасыл балдырлардың бірнеше топтары жүргізеді. Биологиялық азот сіңіру процесінің тікелей өнімі болып саналатын амин тобы бүкіл организмдер қатысатын айналымға қосылады. Бірақ негізгі рөлді топырақ  пен су бактерияларының 3 тобы:азоттандырушылар, нитрат түзушілер және азотсыздандырушы бактериялар жүргізеді.бактериялардың алғашқы екі түрі атмосферадағы  молекулалық азотты байланыстырып , оларды  өсімдіктердің азотты қоректенуіне  қажетті түрлерге айналдырып, органикалық азотты қосылыстарды түзеді. Топырақ пен су бактерияларының тобы, яғни азотсыздандырушы  бактериялар азот қышқылының тұздарын нитриттерге , молекулалық азот пен аммиакка дейін ыдыратады.Қазіргі кезде азоттың едәуір мөлшерін атмосфераға өнеркәсіп орындары мен көліктердің ластануы салдарынан түсуде.

 

                                   Көміртек

              Көміртегі табиғатта бос күйінде де, қосылыс күйінде де кездеседі. Көміртегінің көпшілік мөлшері 99% қосылыстар минералдар, әсіресе, кальций мен магнийдің карбонаттары түрінде тараған. Көміртегі тас көмірдің, қоңыр көмірдің, мұнайдың,табиғи газдардың құрамына кіреді. Көміртегі оксиді ауада,мұхит.теңіз,өзен суларында,шипалы суларда еріген түрде болады. Көміртегі бс күйінде алмаз,графит жай заттары түрінде тараған. Өзінің қосылыстарының көптүрлілігі жөнінен көміртегі Менделеевтің периодтық кестесінде орналасқан элементтердің ішінде бірінші орын алады.

          Көміртегінің физикалық және  химиялық қасиеттері. Көміртегінің  екі табиғи аллотропиялық түр  өзгерістері бар.оларға алмаз  бен графит жатады,ал жасандыжолмен  алынған түр өзгерістерін –карбин  және поликумулин дейді. Алмаз  бен графиттің физикалық қасиеттерінде елеулі айырмашылық болатыны олардың құрылыстарының әртүрлілігімен түсіндіріледі.

          Көміртек көптеген жай заттармен  оңай әрекеттеседі:

1) Жану реакциясы:

a) 2С + О₂ = 2СО

ә) С + О₂ = CO₂

2) Хлормен әрекеттескенде көміртек тек жарық сәулесінің әсерінен төрт хлорлы көміртек түзіледі:

С + 2Cl₂= CCl₄ (бағалы еріткіш) өрт сөндіруде қолданылады.

3) Металдармен әрекеттесіл карбидтер түзеді:

2С + Са = СаС₂ (бұдан ацетилен алынады)

4) Күкіртпен күкіртті көміртек түзеді:

С + 2S = CS₂ (еріткіш)

5) Сутекпен әрекеттескенде метан түзіледі:

С + 2Н₂→СН₄ (отын - ол табиғи газдың негізгі құрам белігі)

Көміртектің күрделі заттармен әрекеттесуі:

1) Сумен әрекеттескенде газдар коспасы (су газы) бөлінеді:

С + Н₂О = CO + Н₂ (су газы - бағалы отын)

Алынған газдардың екеуі жанғыш болғандықтан жылу көбірек белінеді. Сондықтан көмірді жаққанда сулау қажет.

2) Концентрлі күкірт және азот қышқылдарымен әрекеттескенде тотығады:

           С + 4HNО₃(конц)=СО₂+4NO₂+2Н₂O

3) С+ 2H₂SО₄(конц) = СО₂+2SO₂+2Н₂O

       Көміртегі айналымы. Атмосферадағы С фотосинтез процесі кезінде өсімдіктердің органикалық заттарына еніп , әрі қоректену тізбегіне қатысады. Фотосинтез үшін көміртегінің көзі атмосферадағы немесе суда еріген көмірқышқыл газы болып табылады. Ағзалардың тыныс алу процесінде С органикалық заттардан босатылады.С негізгі массасы өлі органикалық заттардан редуценттер арқылы бөлінеді. Өсімдіктер түзген органикалық заттың құрамында көміртегі қоректену тізбегі бойынша тірі , не өліөсімдік ұлпалары арқылы өтіп,тыныс алу ,ашу немесе отынның жануы нәтижесінде көмірқышқыл газы түрінде атмосфераға қайтады. Көміртегінің шамалы бөлігі Вернадскийдің айтуынша, заттар айналымынан торф, көмір, мұнай, су экожүйелеріндегі карбонаттар түрінде « геологияда минералдар түзуге кетеді».