Бейорганикалық химия. Оттек. Сутек.

Оттегі

Оттегі - жердегі ең көп тараған элемент – 50% массалық үлесі. ЭТ ~ 3,5 болғандықтан барлық дерлік элементтермен әрекеттеседі. VI A топша элементтерінің V A топша элементтеріне қарағанда сутекті қосылыстары берігірек, себебі олардың ЭТ-гі (электр терістігі) жоғары, керісінше VI A топша элементтерінің оттекті қосылыстарының беріктігі азырақ.

Табиғатта таралуы. Оттегісі бар 1400 минерал кездеседі (кварц, слюда, дала шпаты, саз, ізбес). Оттегінің өте көп мөлшері химиялық байланысқан, еріген күйінде суда болады.

Атмосферада 10¹⁵ т., адам организмінде 65%. 1) 1.ауаны айдап ; 2) \(2H_2O \xrightarrow{электролиз}2H_2+O_2 \)

Лабораториялық жағдайда алынуы:

\(2CrO_3 \xrightarrow{t0} 2Cr+3O_2\) ;

\(BaO_2\)(пероксид) \( \xrightarrow{t0} Ba+O_2\) ;

\(2KNO_3 \xrightarrow{t0} 2KNO_2+O_2\) ;

\(2KClO_3 \xrightarrow{t0} 2KCl+3O_2\) ;

\(2KMnO_4 \xrightarrow{t0} K_2MnO_4+O_2+MnO_2\) ;

O₂ суда аз ериді 100:3. 100 км жер бетінен жоғары атом күйінде болады, УФ-сәулесі

\(O_2 \xrightarrow{фотолиз}O+O \).

О₃ – озон оттегінің аллотропиялық түр өзгерісі, молекуласы диамагнитті.

O₂ – түссіз, О₃ – көк түсті газ, полярлығы және полярлылануы жоғары O₂ –ге қарағанда

\(3O_2 \xrightarrow{эл.разряд} 2O_3 \)

Атмосферада 3O₂ найзағай \(2O_3O_3+2H^++2e^- \rightarrow O_2+H_2O~E^0=+2,07~в\)

\(O_2+4H^++4e^- \rightarrow 2H_2O~E^0=1,23~в\), соңдықтан О₃ өте күшті тотықтырғыш

Химиялық активтігі бойынша O₂ тек F₂ кейін. Г₂ , инертті газ, Pt, Au + O₂ → жүрмейді. Oттегі коваленттілігі – 4, max валенттілігі II. Металл еместер оксиді: He + O₂→ жүрмейді; Ne + O₂→ жүрмейді;

Ar + O₂→ жүрмейді. Қалған металл еместер O₂ әрекеттеседі. Оттегі және металл еместер электртерістіктері айырмашылығы аз болғандықтан, оксидтері ковалентті байланыс түзеді. Соңдықтан металл емес оксидтері - газдар, ұшқыш сұйықтар, тез еритін қатты заттар. Металл емес оксидтері суда еріп, қышқыл түзеді. СО, NO, N₂O тұз түзбейтін оксидтер, суда ерімейді, себебі ол молекулалар өте берік. Металл еместің оксидтегі тотығу дәрежесі өскен сайын, олардың қышқылдық қасиеті артады:

P₄O₁₀(к) + 6H₂O(су) = 4H₃PO₄

SO₃(к) + H₂O(с) = H₂SO₄

Cl₂O₇(г) + H₂O(с) = 2HClO₄

Металлдардың оксидтері : негіздік, қышқылдық, амфотерлік. Сілтілік және сілтілік- жер металдар оксидтері суда ериді, бұл оксидтерде иондық байланыс. Металдардың тотығу дәрежесі өскен сайын оксидтерде ковалентті байланыс болады.

Сутегі

Сутегі (латынша Hydrogenium), H – элементтердің периодтық жүйесінің VII тобындағы химиялық элемент, атомдық номері 1, атомдық молекуласы 1,00797.

Ашылу тарихы

Сутекті алғаш Г.Кавендиш зерттеп, оны «жанғыш ауа» деп атаған (1766). А.Лавуазье сутектің қасиеттерін зерттеп, химиялық элементтер тізіміне қосыпты (1787). «Сутек» терминін орыс химигі М.Ф.Соловьев ұсынды (өз тілінде, 1824).

Бұл табиғатта таралуы бойынша 9-шы орында тұрған элемент, оның үлесіне жер қыртысының 1,4%-ы тиеді, жер бетінде сутек байланысқан күйде (су, мұнай, тас көмір, т. б.), алғарышта 63%-ы болады.

Табиғатта тұрақты екі изотопы ¹Н (протий) және ³Н (тритий) кездеседі, жасанды жолмен радиоактивті изотопы 3Н мен өте тұрақсыз ⁴Н алынған. Сутек - әлемде көп тараған элемент. Массасы бойынша атмосферадағы сутектің мөлшері 3,5 *10 -6% литосфера мен гидросферада – 1% , суда – 11,9%.

Қасиеттері

Сутек иіссіз, ең жеңіл газ, суда ерімейді, палладий, платина, никель, т.б. металдарда жақсы сіңіреді; балқу t - 259,1°C, қайнау t – 252,6°C. Тотығу дәрежелері +1,–1.

Асыл (инертті) газдар мен асыл металдардан басқа элементтердің көпшілігімен химиялық қосылыстар түзеді. Күшті тотықсыздандырғыш болғандықтан

• F₂ –мен (қараңғыда – \(252^\circ C\)-та),
• Cl₂-мен (жарықта) ,
• O₂-мен (550 °C –тан жоғары) әрекеттесіп тікелей қосылыстар (HF, HCl, H₂O) түзеді. Сутекті көптеген металдардың (Cu, Fe, W, Re, т.б.) оксидтерімен тотықсыздандырады.

Мысалы:

CuO +H₂ =Cu + H₂O

Fe₃O₄ +4H₂ =3Fe⁺ + 4H₂O, т.б.

Сутек азотпен әрекеттесіп,

• аммиак (N₂+3H₂=2NH₃ ),
• күкіртпен күкіртсутек ( Н₂+S=H₂O ),
• көміртекпен жоғары температурада метан (C+2H₂=CH₄) түзеді.

Сілтілік және сілтілік жер металдармен әрекеттесіп гидридтер (LiH, NaH, CaH₂, BaH₂,т.б.) түзеді. Сутектің аса маңызды реакциясына CO-мен әрекеттесіп, температура, қысым, катализатор әсеріне байланысына әр түрлі органикалық қосылыстар (HCHO, CH₃OH т.б.) түзу жатады.

Физикалық қасиеттері

Сутек элементінен тұратын жай зат — сутегі, ол екі атомнан тұрады, формуласы Н₂; М(Н₂)=2, М=2 г/моль. Бұл түссіз, иіссіз, дәмсіз, өте жеңіл (р=0,09 г/л) газ күйіндегі бейметалл, оның қайнау (–252,76°С) және балқу (–259,2°С) температурасы өте төмен. Суда нашар ериді (100 көлем суда 2 көлем газ (t=20°С)).

Сутегінің химиялық қасиеттері

Кәдімгі жағдайда сутегі тұрақты зат, ал қыздырғанда кейбір жай заттармен реакцияға түседі. Сутегі оттегінде көзге көрінбейтін жалынмен су түзе жанады. Бұл үдеріс баяу жүреді.

2Н₂+ 0₂ = 2Н₂0 + 572 кДж

Жай заттардан күрделі зат олардың тікелей әрекеттесуі аркылы алынса синтез деп аталады.

Бұл реакцияны жүргізу үшін калың қабырғалы сынауық алып, оны үшке бөліп сыртынан белгілеп алып, 1 бөлік О₂, жәнө 2 бөлік Н₂ жинап аламыз да (суды ығыстыру арқылы) оны орамалмен ораймыз. Сынауықтың аузына жанған шырпы апарғанда қопарылыс бере реакция жүреді. Сутегі оттегімен шабытты әрекеттеседі, нәтижесінде су түзіліп, жылу бөлінеді.

V(Н₂): V(0₂) = 2 : 1 болғанда ғана олар қопарылыс береді, сондықтан осындай қатынаста алынған газ қоспасын «күркіреуік газ» деп атайды. Сутегі хлормен реакцияласқанда өткір иісті хлорлы сутек газын береді.

Н₂ + Сl₂ = 2HCl↑.

Қыздырылған күкірт арқылы сутегін өткізсек, жағымсыз иісті күкіртті сутек газы түзіледі:

Н₂ + S H₂S↑

Бейметалдардың сутекпен қосылыстарын атау үшін сутекті қосылыс түзуші, элемент атына ды, ді, ты, ті, лы, лі жалғаулары жалғанып, сутек сөзі қосылып оқылады.

Мысалы: HCl - хлорлы сутек; НВr - бромды сутек; H₂S - күкіртті сутек; НҒ - фторлы сутек.

Сутегі өте белсенді металдармен әрекеттескенде гидридтер деп аталатын тұз төрізді қатты заттар түзіледі:

H₂ + 2Na = 2NaH натрий гидриді

Н₂ + Са = СаН₂ кальций гидриді

Сутектің металдармен қосылыстарын атау үшін металл атына гидриді деген сөз қосылып оқылады.

Күрделі заттармен әрекеттесуі: Егер мыс (II) оксидін қыздырып, оған сутегін жіберсек мыс оксидінің қара түсі жойылып қызыл түсті мыс бөлінеді:

CuO + Н₂ = Н₂О+Cu

Бұл реакцияда тотықсыздану үдерісі жүреді, өйткені сутек мыс (II) оксидіндегі оттекті өзіне қосып алады, сөйтіп сутек тотығады, ал мыс тотықсызданады.

Қолданылуы

Өнеркәсіпте сутек метанда конвергенциялау \((CH_4+H_2O=3H_2+CO)\) немесе суды электролиздеу \((2H_2O=2H_2+O_2)\) арқылы ашылады. Мұнай және химия өнеркәсібінде қосымша өнім ретінде сутек бөлінеді. Лабораторияда сутекті сұйытылған тұз немесе күкірт қышқылдарына мырышпен әсер етіп алады.

Дүние жүзінде жылына шамамен \(350 \cdot 10^9\) тонна сутек өндіріледі. Сутек, аммиак, тұз қышқылы, жасанды сұйық отын алуда, майларды гидрогенезациялауда, металдарды сутек-оттек жалынында кесуде, мұнай фракцияларын гидротазалау мен гидрокрекингісінде, т.б. қолданылады. Атом энергетикасында изотоптары маңызды орын алады. Сутекті экологиялық таза орын ретінде қолданудын болашағы зор.

Сутектің қолданылуы, оның жанғанда көп жылу бөлінетіндігіне негізделген. Әсіресе экологиялық таза отын ретінде сутектің болашағы зор. Себебі сутек жанғанда түзілетін өнім – су ауаны ластамайды. Әзірше сутекті көп мөлшерде метан мен судан алу қымбатқа түседі. Сутектің тиімдіракета отыны болатыны туралы кезінде Ц.Е.Циолковский де айтқан. Қазіргі кездегі негізгі энергия көзі – табиғи газ, мұнай, таскөмір. Жер қыртысындағы олардың қоры да шектеулі.

Сутектің жерде кездесетін ең мол көзі - су, сондықтан оны өндірісте суды тұрақты электр тогының көмегімен айыру арқылы алады:

2Н₂O = 2Н₂↑ + O₂ ↑