Химические элементы: никель, титан, медь

                                                        Никель

   Никель(Nіccolum), Nі – элементтердің периодтық жүйесінің VІІІ тобындағы хим. элемент, атомдық нейтроны 28, атомдық массасы 58,70. Күмістей ақ, иілгіш, созылғыш металл. Тығыздығы 8,90 г/см3, балқу t 1400ӘC, қайнау t 2900ӘC, кристалдық торы куб тәрізді, қырлары орталықтандырылған. Табиғатта 5 тұрақты изотопы бар. Никель атауы 17 ғасырда кеншілерді мыс кентастарына ұқсастығымен шатастырған купферникель (NіAs) минералымен байланысты.

   Алғаш 1751 ж. швед химигі А.Кронстедт (1722 – 1765), ал таза металл күйінде 1804 ж. неміс химигі И.Рихтер (1824 – 1898) алған. Негізгі минералдары пентландит, никелин, тағы басқа Тотығу дәрежелері +2, сирек жағдайларда +3, +4. 500ӘС- тан жоғары темп-рада тотығып, ұсақ дисперсті күйінде ауада өздігінен тұтанады (маңызды оксиді NіO-бунзенит минералы), қатты қыздырғанда галогендермен (NіHl2), күкіртпен (Nі3S2), фосформен (Nі3P2), тағы басқа әрекеттеседі. Никель азотпен (1455ӘС-қа дейін), сілтімен мүлде әрекеттеспейді. Сұйытылған тұз және күкірт қышқылдарында баяу еріп, сутек бөледі және ІІ валентті тұздарын түзеді. Олар суда жақсы ериді, гидролизі қышқылдық орта көрсетеді. Азот қышқылымен жылдам әрекеттесіп, концентрліде баяулайды. Өте ұсақталған Никельге CO-мен әсер етсе, карбонил Nі(CO4) түзіледі. Никельді электрпештерде NіO тотықсыздандыру, Nі(CO4)-ті термиялық жолмен ыдырату, NіCl2 немесе NіSO4 ерітінділерін электролиздеу және қысым қатысында аммиакты ерітінділерін H2-мен тотықсыздандыру арқылы алады. Көп мөлшері Fe, Cu, Cr, т.б. металдармен магниттілігі, коррозия мен ыстыққа төзімділігі жөнінен ерекшеленетін құймалар алуға (мыс., хромникель құймасы атом реакторында қолданылады), арнайы химиялық қондырғылар жасауда, көптеген химиялық процестерде катализатор, қорғағыш материал ретінде қолданылады.

                                          

                                           Никель кентастары 

   Никель кентастары – құрамында никелі бар минералды шикізат. Никель кентастарының сульфидтік мысты-никельді және силикат-никельді типтері өндірісте қолданылады. Никель тоттанбайтын және ыстыққа төзімді болат (31%), әр түрлі құйма алуға (30%), никельдеуге (22%), тағы басқа бағыттарға жұмсалады.

   Жер қыртысындағы никельдің орташа мөлшері 0,008%. Сульфидті мысты-никель кентастары дифференцияланған базит-гипербазит массивтерімен генетикалық байланыста болып, магмалық жыныстарда кездеседі. Басты минералдары: миллерит NіS (Nі – 64,67%), пирротин Fe7S8 (Nі – 0,5 – 14,2%), никелин NіAs (43,9% Nі), кубанит CuFe2S3, пентландит H2O (NіO – 40,68 – 46,65%), тағы басқа Бұларда никельден басқа 0,03 – 0,12% Co кездеседі. Химиялық құрамы жағынан темірлі, магнийлі, кремнийлі, алюминийлі болып ажыратылады. Олар Қазақстанда ×SіO2× 8H2O (Nі – 29,4%), гарниерит (нумит) (Nі, Mg)O×(Fe, Nі)9S8 (Nі – 22 – 24%). Сульфидті кентастардағы никельдің мөлшері 0,3 – 4,0%, одан басқа Co, Au, Pt, Rb, Se, Te, S кездеседі. Өндірісте олар магниттік, механикалық сепарациялардан өткізіліп, флотациялық әдіспен байытылады. Байытудан мыс-никельді концентрат алынады.    Силикат-никельді кентастар – ультранегізді жыныстардың үгілу қыртысының борпылдақ, саз тәріздес түзілісі, ондағы никель 0,75 – 4% немесе одан көбірек болады. Басты минералдары: аннабергит Nі [AsO4] Ақтөбе, Қостанай облыстарында кездеседі. Никель кентастарының барланған қоры жөнінен Қазақстан дүние жүзінде 2-орын алады.

                                                     

                                                      Титан

   Титан (Tіtanіum), Tі – элементтердің периодтық жүйесінің IV тобындағы хим. элемент, атомдық нөмірі 22, атомдық массасы 47,88. Табиғатта массалық саны 46 – 50 болатын 5 тұрақты және жасанды жолмен алынған 5 радиоактивті изотоптары бар. Титанды алғаш ТіО2 түрінде ағылшындық әуесқой-минеролог У.Грегор ашқан (1790). 1795 ж. неміс химигі М.Г. Клапрот (1743 – 1817) Грегор тапқан “менакит” элементі металдың табиғи тотығы ТіО2 екендігін анықтады, ал таза күйіндегі титанды нидерландық зерттеушілер А. ван Аркел мен де Бур алды (1925). Бос күйінде кездеспейді, тек оксидтер түрінде болады. Титан кең тараған элемент, жер қыртысындағы салмақ мөлшері 0,57%. Құрамында титаны бар 70-тен астам минералдардың ішіндегі ең маңыздылары: рутил (оның түрөзгерістері анатаз бен буркит), ильменит, титаномагнетит, перовскит, лопарит, титанит (сфен), лейкоксен. Түсі күмістей ақ, созылғыш және берік; 882°С-тан төмен температурада кристалдық торы гексагональды тығыз жинақталған (°-Ті), одан жоғары – кубтық көлемді орталықтандырылған (°-Ті); тығызд. 4,505 г/см3 (°-Ті) және 4,32 г/см3 (°-Ті), балқу t 1668°С, қайнау t 3330°С.

   Титан химиялық активті ауыспалы элемент, тотығу дәрежесі +4, сирек +3, +2. 500 – 550°С-қа дейінгі температурада металл бетінде оксид қабаты пайда болатындықтан ауада, теңіз суында, ылғал хлорда, хлоридтер мен азот қышқылы ерітінділерінде, күкірт қышқылы мен сілтілердің сұйытылған ерітінділерінде коррозияға тұрақты. Бөлме температурасында HCl, H2SO4, CCl3COOH, HCOOH, қыздырғанда оттек (400 – 500°С), азот (600°С-тан жоғары), көміртек және кремниймен (1800°С-тан жоғары) әрекеттесіп, сутек және басқа да ауа газдарын өзіне сіңіреді. Фтормен 150°С-та, хлормен 300°С-та, иодпен 550°С-та әрекеттесіп, сәйкес галогенидтерін түзеді. Бор, көміртек, селен, кремниймен әрекеттесіп, металға ұқсас қосылыстар түзеді. Титан қосылыстарының балқуы қиын, өте қатты, түстері әр түрлі болып келеді. Титанды өндірісте кентас концентраттарын хлорлап, алынған TіCl4-ті магниймен (кейде натриймен) тотықсыздандырып, титан кірмесін (губка) алады. Оны вакуумдық доғалы пештерде балқытып, кесек металл алынады. Титан авиация, зымыран, кеме, автомобиль жасауда қолданылатын беріктігі жоғары титан құймаларын (Al, V, Mo, Mn, Cr, Sі, Fe, Sn, Zr, Nb, т.б.) дайындауға және радиоэлектроникада, тамақ, шарап, қағаз, бояу өнеркәсіптеріне қажетті аспаптар мен қондырғылар жасауда кеңінен қолданылады.

                                                     

                                          Титанды қорытпалар 

   Титанды қорытпалар – құрамына алюминий, молибден, ванадий, қалайы, темір, т.б. элементтер қосылған титан негізді қорытпалар. Титан болат пен басқа қорытпаларға қосылатын лигерлеуіш элемент ретінде пайдаланылады. Химиялық активтілігі жоғары болғандықтан титан балқымасы ауадан оттек, азот, сутек, т.б. элементтерді қарқынды жұтады. Осының салдарынан өнеркәсіптік деңгейде таза титанды өндіру қиындық туғызады. 20 ғасырдың 50-жылдары таза (99,9%) титан өндіру тәсілдері пайда болды. Таза титан механикалық қасиеттері бойынша темірмен шамалас, бірақ меншікті салмағы одан екі еседей жеңіл және жегі орталарға төзімді келеді. Мұндай қасиеттер титанды қорытпаларда да сақталған. Титанды қорытпалардың беріктілігі жоғары, тығыздығы төмен. Сондықтан өнеркәсіпте көбінесе титанның қорытпалары пайдаланылады. Титанды қорытпалардың механикалық және физикалық қасиеттері әр түрлі болады.

   Ыстыққа төзімділігі жағынан титанды қорытпалар алюминийлі қорытпалар мен тоттанбайтын болат аралығында болады. Олар белгілі бір температураларда қатты күйден фазалық ауысуға ұшырайды. Бұл титанды қорытпаларды болаттар секілді терм. өңдеуге және қасиеттерін жан-жақты өзгертуге мүмкіндік туғызады. Титанды қорытпалар 300 – 500°С аралығында жұмыс істейтін реактивті қозғалтқыштар мен ядролық реакторлардың кейбір тетіктерін жасауға, авиация мен ракета жасау салаларында, энергетикалық машиналар мен кеме жасауға, химиялық өнеркәсіпте, тұрмыстық бұйымдардың кейбір бөліктерін жасауға, т.б. пайдаланылады. Қазақстанда титанды қорытпалардың едәуір бөлігі Өскемен титан-магний комбинатында шығарылады.

                                                     

                                                       Мыс

   Мыс, Cu – элементтердің периодтық жүйесінің І-тобындағы химиялық элемент, атомдық нөмірі 29, атомдық массасы 63,546. Табиғатта тұрақты екі изотопы бар: 63Cu және 65Cu. Жер қыртысындағы массасы бойынша мөлшері 4,7.10–3%. Негізгі минералдары: халькопирит, халькозин, ковеллин, малахит, азурит.

   Пластикалық қызыл түсті металл, кристалл торы қырлары центрленген кубтық, тығыздығы 8,94 г/см3, балқу t 1084,5°С, қайнау t 2540°С, тотығу дәрежесі +1, +2. Құрғақ ауадағы бөлме температурасында тотықпайды. Қыздырғанда ауада CuО және Cu2О-ға дейін тотығады, галогендермен, S, Se, HNO3, H2SO4-пен әрекеттеседі. Аммиак, цианидтермен, т.б. кешенді қосылыстар түзеді. Сульфид концентратын балқытып, одан түзілген мыс штейнін қара мысқа дейін тотықтырып, оны жалынмен не электролиттік әдіспен тазарту арқылы; гидрометаллургиялық әдіс – құрамында мысы бар минералдарды күкірт қышқылымен (немесе NH3 ерітіндісімен) өңдеп, одан әрі электролиздеу арқылы алады. Мыс кабельдердің, электр қондырғылары мен жылу алмастырғыштардың ток өткізгіш бөлігін жасау үшін пайдаланылады; қорытпалардың (латунь, қола, мыс-никель, т.б.) құраушысы ретінде қолданылады.

                                  

                        Мыстың бір және екі валентті қосылыстары

   Мыс қосылыстарында бір және екі валентті. Мыстың бір валентті қосылыстарына Cu2О, CuОН, СuCl, Cu2S жатады. Мыс (І) оксиді Cu2О – қызыл түсті кристалл, балқу t 1240ӘC, суда ерімейді. Табиғатта куприт минералы түрінде кездеседі. Сu-ды аз мөлшердегі оттек қатысында қақтау, CuО-мен мыс қоспасын қыздыру, т.б. әдістер арқылы алады. 

   Мыс купоросы өндірісінде, шыны, керамика, глазурь үшін пигмент ретінде қолданылады. Жанама жолмен алынған мыс (І) гидроксиді CuОН – суда ерімейтін зат. Ол аммиакпен [Cu(NH3)2]ОН кешенді қосылыс түзеді. Мыс (І) хлориді, СuCl – балқу t 450ӘС, қайнау t 1212ӘС, салқын суда нашар (ыстық суда гидролизденеді) ериді, концентрлі тұз қышқылы менпиридинде жақсы ериді. Оны CuSO4 және NaCl-дың қаныққан ерітінділерінің қоспасынан SO2 жіберу арқылы, мысты CuCl2 немесе НСl-мен ауада әрекеттестіру арқылы алады. Ацетиленді тазалауда және органикалық синтезде катализатор ретінде, т.б. қолданылады. Мыс (І) сульфиді Сu2S – қара түсті кристалл, балқу t 1130ӘС, суда, спиртте ерімейді. Табиғатта халькозин минералы түрінде кездеседі.

 

                                              

                                                 Қолданылуы

   Мыс алуда негізгі шикізат ретінде қолданылады. Екі валентті мыс қосылыстарының кең таралғандары СuО, Cu(OH)2, CuSO4, СuCl2. Мыс (ІІ) оксиді CuO – қара түсті кристалл, 1026ӘС-та ыдырайды, суда, спиртте ерімейді. Табиғатта тенорит минералы түрінде кездеседі. Мыс ұнтақтарын ауада ұзақ қақтау арқылы алады. Шыны, керамика пигменті, инсектицид ретінде, гальванотехникада электролиттер дайындау үшін қолданылады. Мыс (ІІ) гидроксиді Cu(ОН)2 – көгілдір-жасыл кристалды немесе аморфты зат, суда ерімейді. Қыздырғанда ыдырайды. Оны сулы ерітіндіде мыстың тұздарын сілтілермен әрекеттестіру арқылы алады. Шыны, эмаль, глазурь пигменті, мыстың тұздарын алу, т.б. мақсаттарда пайдаланылады.

   Мыс сульфаты CuSO4 – кристалл; суда, сулы-спирт ерітінділерінде ериді, 258ӘС-та сусызданады, көк кристалл пентагидрат (мыс тотияйыны – CuSO45Н2О) түзіледі. Табиғатта халькантит (пентагидрат) түрінде кездеседі. Сu, CuO немесе CuOH2-ні Н2SО4-пен әрекеттестіру арқылы, Сu2S немесе СuS-ті О2 қатысында күйдіру арқылы алады. Ол тері өңдеуде, аккумуляторға электролит ретінде, бояу пигментін, дәрілік заттар дайындауда қолданылады. Мыс (ІІ) хлориді CuCl2 – қоңыр сары түсті кристалл, балқу t 596С, суда, спиртте, ацетонда ериді. Оны CuO немесе СuСO3-ті тұз қышқылымен әрекеттестіру арқылы, т.б. әдістермен алады. Ол металдарды мыстау үшін, крекингтеуде, декарбоксилдеуде, органикалық тотығу-тотықсыздану реакцияларында катализатор ретінде қолданылады. Бұлардан басқа мыс нитратының гексагидраты Cu(NO3)26H2O, дигидроксокарбонаттар Cu CO3Cu(OH)2, мыс ацетатының моногидраты Cu(СН3 СОO)2Н2О сияқты тұздары бар. Мыс тұздарының барлығы улы, сондықтан мыстан жасалған ыдыстардың барлығын қалайылайды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Пайдаланылған әдебиеттер:

1. Қазақ ұлттық энциклопедиясы, 18том
2. Қазақ ұлттық энциклопедиясы, 6 том

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жоспар: 
I. Кіріспе 
II.Негізгі бөлім

1. Никель. Никель кентастары

2. Титан. Титанды қорытпалар 
3. Мыс. Қолданылуы 
III. Қорытынды 
Пайдаланылған әдебиеттер