Алюминий

Алюминий (лат. Aluminium),– ашудас, Al – элементтердің периодтық жүйесінің ІІІ тобындағы химиялық элемент, рет нөмірі 13, атомдық массасы 26,9815. Бір тұрақты изотопы бар. Жер қыртысында таралуы бойынша элементтер арасында 4, металдар арасында 1-ші орында. Табиғатта жүздеген минералдары кездеседі, оның көпшілігі – алюмосиликаттар болып келеді. Алюминий латынша Alumіnіum; алюминий алу үшін пайдаланылатын негізгі шикізат – боксит. Алюминийді бос күйінде алғаш рет 1825 жылы даниялық физик Ханс Кристиан Эрстед алған. Алюминий – күміс түсті ақ металл, жылуды және электр тогын жақсы өткізеді, созуға, соғуға икемді, меншікті салмағы 2,7 г/см3; балқу температурасы 660ӘС, қайнау температурасы 2500ӘС; коррозияға берік, қалыпты температурада тұрақты, себебі бетіндегі алминий оксидінен тұратын жұқа қабыршақ оны тотығудан қорғайды. Сондай-ақ ол амфотерлі элемент, сондықтан қышқылдармен де, сілтілермен де әрекеттеседі. Алюминий – практикалық маңызы зор металл. Ол негізінен жеңіл құймалар өндіру үшін пайдаланылады. Алюминий құймалары авиа, авто, кеме, ядролық реактор, химиялық аппараттар жасауда, құрылыста, т.б. салаларда, таза металл түрінде электртехникасында ток өткізгіш сымдар, тұрмысқа қажетті бұйымдар дайындау үшін қолданылады. Техникалық қасиеттері жағынан өте бағалы құймасы – дюралюминий. Оның құрамында 94% алюминий, 4% мыс және аздаған магний, марганец, темір, кремний болады.

 

Алюминий оксиді, глинозем, Al2O3 – алюминийдің оттекпен қосылысы. Ол түссіз, суда ерімейтін кристалдық зат, тығыздығы 3,96 г/см3, балқу t 2050°С. Табиғатта жақұт (корунд), лағыл (рубин), көк жақұт (сапфир) деп аталатын минерал түрінде кездеседі. Корунд – қаттылығы бойынша алмастан кейінгі екінші минерал. Лағыл мен сапфир асыл тастар қатарына жатады. Олар дәл кескіш аспаптарда, т.б. қолданылады. Алюминий оксидінің гидратталған түрі белгілі. Алюминий гидроксидіне көптеген бокситтердің құрамына енетін гидраргиллит және жасанды түрде алынатын байерит жатады. Алюминий оксиді боксит, нефелин, каолин, алунит сияқты табиғи заттардан алынады. Ол алюминий өндіруге, сондай-ақ катализатор және адсорбент ретінде қолданылады.

 

Билет20

1. Темір (лат. Ferrum) Fe. Темір екі жағдайда кездеседі. Оның бірі — жердің өзінен пайда болған жерлік (теллурлық ) темір, екіншісі — аспаннаң метеорит түрінде жерге түскен космостық темір. Химиялық құрамы. Теллурлық темірдің қоспалары кебінесе Ni, Co, Cu; аздаған Mn, С, S, Р, Pt, As т. б. болады. Табиғатта химиялық құрамы өте күрделі болып кездесетін элементтердің бірі — темір. Бірақ кейін жүргізілген химиялық анализге қарағанда теллурлық темір көбінесе таза болып шыққан. Оның қоспасында орта есеппен 0,6%-ке дейін Ni, 0,4%-ке дейін Cu, 0,3%-ке дейін Co болған.

Темірдің қаттылығы 4—5; меншікті салмағы 7—8. Куб формасы бойынша жымдастығы бар. Сынығы созылыңқы. Жылтырлығы металл типтес. Түсі қара-қоңыр. Магниттік қасиеті бар.

Платинадан айырмашылығы, мұны HN03 жақсы ерітеді. Сингониясы куб; гексаоктаэдр формасында. Оның түйірлері кейде уақ тұтас форма түрінде байқалады, сирегірек болса да үлкен кесектері де кездеседі. Темірдің бірнеше полиморфтық модификацияда болатыны анықталған, олардың жоғарғы температуралы модификациясы — ү-Ғе (906°-тан жоғарырақ ) . Ішкі құрылысы жақ орталықты куб. Төменгі температурасы — а-Ғе (906°-тан төменірек). Ішкі құрылысы жабайы орталықты куб.

 

Химиялық таңбасы - Fе. Атом құрылысы +26) 2) 8) 14) 2)

Электрондық формуласы: 1S2, 2S2, 2P6, 3S2, 3P6, 3d6, 4S2, 4P2

Табиғатта таралуы жағынан төртінші орында тұрады. Жер қыртысында массалық үлесі - 5 пайыз.

Табиғатта кездесетін минералды қосылыстары: магнетит Ғе3O4, гематит Fe2O3, лимонит Fe2O3 nH2O, пирит FeS2, сидерит ҒеСО3

Таза темір күмістей ақ түсті, иілімді металл, тығыздығы - 7, 87г/см3, 15390С балқиды, 32000С қайнайды.

Химиялық қасиеттері: Жай заттармен және күрделі заттармен реакцияға түседі.

Жай заттармен. 1. Fe + S = FeS

2. 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

3. 3Fe + 2O2 = Fe3O4

Күрделі заттармен: 1. Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

2. Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

3. 2Fe+ 6H2SO4=Fe2(SO4) 3+3SO2+6H2O

4. Fe + 4HNO3=Fe(NO3) 3+NO2+2H2O

5. 3Fe+4H2O=Fe3O4 + 4H02

Темір екі қатар қосылыстар түзеді: FeO, Fe(OH) 2, FeSO4

Fe2O3, Fe(OH) 3, Fe2(SO4) 3

Темірдің оксидтері де және гидроксидтері де суда ерімейді. Мысалы, темір (ІІ) сульфатының ерітіндісіне сілті ертіндісін құйсақ, ақ түсті тұнба түседі.

FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH) 2 + 2Na2SO4

Ауада ақ тұнба қоңыр тартады, өйткені Fe2+ ионы Fe3+ не дейін тотығады.

4Fe(OH) 2 +O2 + 2H2O = 4Fe(OH) 3

Темір (ІІ) гидроксиді қышқылда еріп негіздік қасиет көрсетеді

Fe(OH) 2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O

Темір (ІІІ) гидроксиді де тұзының ерітіндісіне сілтімен әсер ету арқылы алады

Fe2(SO4) 3 + NaOH = 2Fe(OH) 3 + 3Na2SO4

Темір (ІІІ) гидроксиді қышқылда ериді, негіздік қасиет береді

Fe(OH) 2 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O

Темір адам қоғамымен бірге туып, бірге жасасып, адам мүддесіне ұзақ уақыт қызмет етіп келе жатқан тарихи элемент. Ол адамды алғашқы құрал мен қару – жарақтан бастап, бүгінгі ғарыш кеңістігіне көтерген жасампаз металл.

Темір – тіршіліктің маңызды элементі. Қанның қызыл түсі болуы құрамында темір болады. Ол оттекті тасымалдайды. Адамда 4, 2 г темір болады. Темір – аспан тасы 1749 жылы Енисейден Сібір ұстасы сом темір кесегін тапқан. Ол тұңғыш метеорит деп аталған.

Темірдің дәрілік препараттары, изотоптары Fe55, Fe52, Fe59, зерттеу кезінде индикатор ретінде, қан ауруын анықтауға қолданылады.

Меккедегі қара тас темірден тұрады. Оның ауада тіреусіз қалқып тұруы – темірдің магниттік қасиетіне негізделген. Таза темірден жасалған 89, 7 пайыз, 415 жылы жасалынған.

Темір (ІІ) тұздарының судағы ерітінділерін электролиздеу арқылы алуға болады.

Темір металы Қазақстан жерінде ертеде б. з. дейінгі VІІ ғасыр мен 204 жылға дейін өмір сүрген сақтар мен б. з. дейінгі 204 жылдан біздің заманымыздағы 216 жылға дейін өмір сүрген ғұндар пайдаланған.

Темір зергерлік және кәсіптік бұйым ретінде кең қолданылады. Темірге алтын, күміс, мыс тәрізді металдарды қосып, алуан түрлі тастармен безендіріп сырға, сақина, білезік, жүзік, ер тұрман т. с. с. жасаған.

Темір кені Қарағанды, Шымкент, Павлодар зауыттарында Теміртау Қазақстан Магниткасы, Қашар, Лисаков қаласында өндіріледі.

Темір кені – бұл қара металлургияның наны болып табылады.

Темір кенінің қоры жағынан Қазақстан әлемде сегізінші, оны өндіруден он бірінші орын алады.

Ал ТМД елдері арасында Ресей мен Украинадан кейінгі үшінші орында тұр.

 

 

Билет21

1. Домна өндірісі

Домна өндірісі – металлургия зауыттарында темір рудаларын тотықсыздандыра балқыту арқылы шойын өндіру. Домна пештерінде қорыту процесі кокстің көмегімен жүргізіледі.[1] Пешке үрленген ауа кокстің жануын, қорыту процесіне қажетті жылу мен жоғары температураны қамтамасыз етеді.

Шойын біздің заманымызға дейінгі IV-VI ғасырда белгілі болған. Аристотельдің темір өндіру әдістері туралы еңбектеріне қарағанда, шойын біздің заманымызға дейінгі IV ғасырда Жерорта теңізінің жағасындағы елдерде кеңінен танымал болған. Олар кен орындарынан шағын шахталық пештегі ағаш көмірінің қызуымен темір, болат алуды үйренген. Ресейде домна пештері алғаш 1630 жылы Тула мен Каширада пайда болды. Домна өндірісінің дамуына ауа үлеуіш машинасының іске қосылуы (И.И.Ползунов, 1766), ауаны қыздыру (Дж.Нилсон, 1829), регенеративті ауа қыздырғыштың ашылуы (Э.Каупер, 1857) үлкен әсер етті. 1913 жылы Ресейде 4,2 млн т шойын өндірілген болса, 1940 жылы КСРО 15 млн т шойын өндіріп, дүние жүзінде 3-орынға шықты. 1970 жылы шойын өндіру бойынша 1-орында болды. 1971 жылы КСРО-де 89,3 млн т шойын өндірілді. Домна өндірісін дамытуда совет металлургтері М.А.Павлов, М.К.Курако, И.П.Бардин елеулі еңбек сіңірді.

Қазіргі заманғы домна пеші – металлургия өндірісіндегі ең ірі әрі ең жоғары дәрежеде механикаландырылған агрегат. Ол шихтаны тиеу, ауаны қыздыру, оны пешке үрлеу, қорыту процесінің өнімдерін жинау және тасымалдау үшін қажетті өте күрделі механизмдермен, автоматты құралдармен жабдықталған. Домна пешінде жүзеге асырылатын процестер үздіксіз жүреді. Ең үлкен домна пешінің пайдалы көлемі 2700 м³. Теміртауда осындай бір пеш іске қосылған. 9-бесжылдықта көлемі 5000 м³ болатын домна пеші салынды. Домна пеші темір-бетонды фундаментке орнатылған көлденең қимасы дөңгелек биік шахта түрінде жасалады. Пештің негізгі бөліктері: колошник, шахта, пеш күймесі, пеш иіні және көрік. Шахта, пеш күймесі және пеш иіні жоғары сапалы шамот кірпішінен, ал көрік пен пештің табаны құрамында глиноземнің мөлшері көп кірпіштен немесе көміртекті болатты блоктардан қаланады. Пештің табанынан 600-1000 мм биіктікте шойын мен төменгі шлакты құйып алатын науа, одан 1400-1600 мм биіктікте шлак құйып алатын екі науа, ал көріктің жоғарғы бөлігінде ыстық ауа үрлейтін фурма, пештің күмбезінде домна газын алып кету үшін газ шығарғыштар және екі конустан тұратын шихта тиегіш аппарат орналасқан.[2]

 

Домна өндірісінде шихта агломераттан, окатыштан, темір рудаларынан (магнетит, гематит т.б.), отыннан және флюстен тұрады.

Флюс – шихта құрамындағы бос жыныс, отын күлі мен зиянды қоспаларды шлаққа айналдыру мақсатымен домна пешінің шихтасына қосылатын асбест тас. Ол шихтаға белгілі құрамы мен қасиеті бар шлак алу үшін де қосылады. Шихта материалдары әрбір 5-10 минутта жеке порциялар түрінде пешке тиеліп отырады. Колошникте кен, флюс, отын қабаттары белгілі ретпен орналасады. Домна процесі пештің түрлі бөліктерінде жүретін мынадай процестерден тұрады: кокстің жануы, шихтаның ыдырауы мен газдардың бөлінуі, темірдің тотықсыздануынан өзге тотықсыздану реакциялары, темірдің көміртектену және шлактың түрленуі. Сырттан үрленген қыздырылған ауада кокс жанады да, СО, Н2 газдары түзіледі. Бұл газдар шихтамен әрекеттесіп, оны ыдыратады. Шихтаның ыдырауы колошникте 423-732 К-та жүреді. 573-1223 К аралығында темірдің жанама тотықсыздану процесі жүреді.[3]

Бұл процесс СО газының көмегімен іске асырылады да, темірдің жоғарғы тотықтары төменгі тотықтарына (FeO) өтеді және СО2 газы түзіледі. 1223 К-та жоғары жанама тотықсыздану реакциясы баяулап, темірдің шала тотығы FeO көміртектің көмегімен таза темірге дейін тікелей тотықсызданады. Көміртектің көмегімен 1373 К-та марганец, ал 1723 К-та кремний тотықсызданадаы. Фосфор мен күкірт СаО-ның көмегімен металлдан бөлініп шығады.

 

Бірақ олар толық ажырамайды. 1423-1523 К-та темір көміртектенеді. Жоғары температурада кеннің құрамындағы бос жыныстар отын күлі және флюспен қосылып шлак түзеді. Көрікте жиналған шойынды және шлакты арнаулы каналдар арқылы құйып алады. Домна процесінің өнімдеріне әр түрлі маркалы шойындар (ақ және сұр шойын) және ферроқорытпалар, шлак, домна газы мен домна шаңы жатады. Ақ шойынның құрамындағы көміртек темірмен химия қосылыс түрінде (Fe3C) кездесетіндіктен, оның сынығы ақ түсті, өзі морт әрі қатты болады. Ақ шойын болат қорыту өндірісінің негізгі шикізаты болып табылады. Қазіргі кезде ол домна пешінде қорытылатын барлық шойынның 80-85%-ына тең. Сұр шойынның құрамында кремнийдің мөлшері көп болғандықтан, көміртек бос күйінде (графит) кездеседі. Оның сынығы сұр түсті, өзі аздап жұмсақтау. Сұр шойынды конструкциялық материал ретінде қолданады. Кейде оны құйма шойын деп те атайды. Ферроқорытпалар деп құрамында белгілі бір элементтің мөлшері шектен тыс көп кездесетін шойынды айтады. Олар болат өндірісінде шикізат ретінде қолданылады. Форреқорытпалар ферромарганец, ферросицилий, айна шойын болып бөлінеді. Домна шлагының құрамында 30-40% SiO2; 10-20% Al2O3; 40-50% CaO болады. Ол құрылыс материалы ретінде пайдаланылады. Домна пешінің өнімділігі оның пайдалы көлемінің тәуліктік өнімділігіне қатынасымен анықталады. Қазіргі домна пештерінің өнімділігі 0,70-0,85 т/м³, тәуліктік пайдалы көлемдері 2000-3000 м³.

Билет23

1. Азот Қышқылы

Азот қышқылы, HNO3 — тұншықтырғыш, иісі бар, түссіз, сұйық зат. Таза күйінде тығыздық 1,51 г/см3. Ол — 42oС-та мөлдір кристалға айналып қатады. Ауада су буымен майда тамшылар түзеп “түтіндейді”. Азот қышқылы жарық әсерінен біртіндеп ыдырайды: 4HNO3=NO2+O2+2H2O. Бөлініп шыққан азоттың қос тотығы қышқылда еріп, оны қоңыр түске бояйды. Азот қышқылы аса өткір қышқыл, қуаты жоғары тотықтырғыш. Сұйытылған ерітіндісінде ол толық Н+ және NO3— иондарына ыдырайды. Көптеген металл еместер азот қышқылында өзіне тиісті қышқылдар түзгенше тотығады. Мысалы: күкірт азот қышқылмен қосып қайнатқан кезде күкірт қышқылына айналады. Азот қышқылы алтын, платина, тантал, родий, иридийден басқа металдардың бәрімен әрекеттесіп, олардың нитраттарын немесе оксидтерін түзеді. 1 көлем азот және 3-4 көлем тұз қышқылынан тұратын қоспа “патша арағы” деп аталады. “Патша арағы” Азот қышқылмен әрекеттеспейтін металдардың кейбіреуін, соның ішінде алтын мен платинаны да ерітеді. Азот қышқылы азот тыңайтқыштарын, қопарылғыш заттар, бояулар тағы басқа заттар алу үшін қолданылады. Азот қышқылының тұздары — нитраттар да суда жақсы ериді. Өндірісте азот қышқылын аммиакты оттегінің қатысуымен толықтыру арқылы алады.

Нитраттар(Нитраты; грек, nitron - сода, селитра) — өнеркосіпте, әсіресе ауыл шаруашылығында көп қолданылатын азот қышқылының түздары. Аммоний нитраты, сілтілік және сілтілік жер металларының нитраттары селитра деп аталады. Белгілі бір мөлшерден артық пайдаланғанда Нитраттар тамақ өнімдерінде жиналады да, адамды уландырады.[1] Нитрат тұздарын металлдарды, негіздік оксидтерді, негіздерді және аммиакты азот қышқылымен әрекеттестіріп алады. Басқа оттекті қышқылдардың тұздарымен салыстырғанда нитраттардың ерекше қасиеттері бар.

Химиялық қасиеттері

Нитраттарды қыздырғанда оттек бөле ыдырайды. Нитрат құрамына кіретін металлдың кернеу қатарындағы орнына сәйкес тұздар әртүрлі болып айырылады: а) сілтілік металдардың нитраттары қыздырғанда нитриттерге және оттекке ыдырайды:

ә) электрохимиялық кернеу қатарында магний мен мыс арасында орналасқан металлдардан түзілген нитраттар металл оксидіне, азот (IV) оксидіне және оттекке ыдырайды:

б) кернеу қатарында мыстың оң жағында тұрған нитраттар бос металға, азот (IV) оксидіне және оттекке ыдырайды:

Тұздың қүрамындағы нитрат ионды N03 анықтау үшін тұзды концентрациялы күкірт қышқылымен және мыс жаңқасымен қосып қыздырғанда қоңыр түсті газ N0, бөлінеді. Ол нитрат ионға сапалык реакция болып табылады, ерітінді көкшіл түске боялады. Реакция теңдеуі:

Қолданылуы

Азот қышқылының барлық тұздары суда жақсы ериді. Азот қышқылының тұздары NaN03, NH4N03, KN03, көбінесе азот тыңайтқыштары ретінде қолданылады. Натрий және калий нитраттары шыны қайнатуда, тағамдарды консервілеуде қолданылады. Оқ-дәрі алу үшін калий нитратынан KN03, күкірттен және көмірден тұратын коспа жасайды. Күміс нитраты AgN03 (ляпис деп те аталады) медицинада, затты күмістеу үшін және химиялық лабораторияларда хлор ионын табуға, анықтауға пайдаланады.

 

Билет24

1. Сірке қышқылы

Сірке қышқылы - этан қышқылы, CH3COOH – бір негізді органикалық қышқыл. Ол өткір иісті, қышқыл дәмді, тұссіз сұйық. Сусыз сірке қышқылының балқу t 16,75ӘС, қайнау t 118,1 ӘС, тығызд. 1,055 г/см3 (15ӘС-та).

 

Билет25

1. Тұздар гидролизі

Тұздардың гидролизі - тұздың құрамындағы иондары мен су молекулаларының арасында жүретін, нәтижесінде әлсіз электролит молекуласы не иондары түзілетін реакциялар.[1]

Тұздар түзілу табиғатына қарай мынадай топқа бөлінеді:

I. Күшті негіз бен күшті қышқылдан KCl, K2S04, NaN03, NaCl;

ІІ. Күшті негіз бен әлсіз қышқылдан Na2S, Na2C03, K2S03, Na3P04;

ІІІ. Әлсіз негіз бен күшті қышқылдан Al2(S04)3, FeS04, ZnCl2.

I. Натрий хлориді (NaCl) — NaOH күшті негіз (к.н.) және HCl күштіқышқыл (к.қ.) әрекеттескенде түзілетін тұз.

NaCl --> Na+ + CI-

НОН --> Н+ + ОН-

Диссоциация нәтижесінде пайда болған әр аттас иондар электростатикалық күштердің әсерінен тартылады. Сонда түзілген электролиттер күшті болғандықтан (NaOH, HCl) құрамдас бөліктеріне толық диссоциацияланады, сондықтан су иондарының концентрациялары өзгермейді .

Сондықтан күшті негіз бен күшті қышқылдан түзілген тұздар гидролизге ұшырамайды, оның ортасы бейтарап болады.

IІ. Натрий карбонаты Na2CO3 - NaOH күшті негіз (к.н.) бен әлсіз көмір (Н2СО3) қышқылы (ө. к.) әрекеттескенде түзілген тұз.

Na2CO3 --> 2Na+ + CO32-

НОН --> Н+ + OH-

Натрий карбонаты суда ерігенде түзілген С032- ионының сумен әрекеттесуі әлсіз электролит ионы НСО3- және ОН ионын береді. Олай болса орта негіздік, себебі түзілген натрий гидроксиді (NaOH) толық диссоциацияланады.

 

Күшті негіз бен әлсіз қышқылдың тұзы гидролизденгенде тұз құрамындағы қышқыл қалдық анионы су құрамынан сутек катионын қосып алып, ерітіндіге гидроксид ионы босап шығады, сондықтан орта негіздік (сілтілік) болады.

Гидролиздену реакциясының молекулалық теңдеуі: Na2C03 + НОН = NaHC03 + NaOH

IІI. Алюминий хлориді АlСl3 - Аl(ОН)3 әлсіз негіз (ө.н.) бен HCl күшті кышқыл (к.қ.) әрекеттескенде түзілген тұз.

АlСl ->3 Аl3+ + 3Cl-

НОН -> Н+ + ОН-

АlСl3 ерігенде түзілген Аl3+ иондары судың ОН- иондарымен бірігіп (Аl0Н)2+ ионын түзеді, сутек ионы ерітіндіде қалады, ал түзілген қышқыл иондалады.

Тұздардың гидролизге ұшырауы және олардың судағы ерітіндісіндегі ортасы тұздың құрамындағы иондардың қасиеттеріне тәуелді. Гидролизге тек ерімтал тұздар ғана түседі, гидролиз қайтымды үдеріс.

Бейтараптану реакциясы тек күшті қышқыл мен күшті негіздің әрекеттесу реакциясы, яғни осы жағдайда ғана С(Н+) = С(ОН-) орындалып, орта бейтарап болады.