Сутек, оттек, озон
Оқулық: Оспанова М.Қ., Аухадиева Қ.С., Белоусова Т.Г. Химия: 8-сынып. — Алматы: Мектеп, 2018. Мәтін — оқулық тақырыптары бойынша өз сөзімізбен жазылған конспект. Жақшадағы бет — параграфтың басталатын беті.
§24. Сутек (8-сынып, 86-б.)
Сутек (H) — периодтық жүйедегі бірінші элемент, Z = 1, Ar = 1. Атомында бір протон және бір электрон бар (1s¹). Сутек 1-топқа да (бір электрон береді: H⁺), 17-топқа да (бір электрон қосып алады: H⁻, гидридтер) ұқсайды, сондықтан оның орны ерекше.
Изотоптары: протий ¹H (нейтроны жоқ), дейтерий ²H (D), тритий ³H (T, радиоактивті).
Табиғатта: Әлемдегі ең көп таралған элемент (жұлдыздар мен Күннің негізгі құрамы). Жерде көбіне қосылыстар түрінде — су, табиғи газ, мұнай, барлық органикалық заттар. Жай зат — H₂ молекуласы.
Зертханада алу: мырыш (немесе темір) мен тұз қышқылы немесе сұйылтылған күкірт қышқылының әрекеттесуі: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑. Кипп аппаратында немесе газ алатын құралда жүргізеді.
Өнеркәсіпте алу: суды электролиздеу (2H₂O → 2H₂ + O₂), метанды су буымен конверсиялау (CH₄ + H₂O → CO + 3H₂, жоғары температурада, катализатормен), көмірді су буымен өңдеу (C + H₂O → CO + H₂).
Жинау: сутек ауадан жеңіл, сондықтан ыдыстың аузын төмен қаратып немесе суды ығыстыру әдісімен жинайды (суда нашар ериді).
Тазалығын тексеру: сутек толтырылған пробирканы жалынға жақындатқанда «шақ» деген әлсіз дыбыс шықса — таза; ысқырықты қатты дыбыс шықса — ауамен қоспасы бар (күркілдек газ), ол жарылғыш.
§25. Сутектің қасиеттері және қолданылуы (8-сынып, 90-б.)
Физикалық қасиеттері: түссіз, иіссіз, дәмсіз газ; ең жеңіл газ (ауадан 14,5 есе жеңіл); суда нашар ериді; −253 °C-та сұйылады; жылуды жақсы өткізеді.
Химиялық қасиеттері: сутек — тотықсыздандырғыш.
- Оттекпен: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Таза сутек көкшіл жалынмен тыныш жанады; оттекпен (2 : 1) қоспасы — күркілдек газ — тұтанғанда қатты жарылады.
- Бейметалдармен: H₂ + Cl₂ → 2HCl (жарықта жарылыспен); H₂ + S → H₂S (қыздырғанда); N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ (катализатор, қысым).
- Белсенді металдармен гидридтер түзеді: 2Na + H₂ → 2NaH; Ca + H₂ → CaH₂.
- Металдар оксидтерін тотықсыздандырады: CuO + H₂ → Cu + H₂O (қара ұнтақ қызыл мысқа айналады, су тамшылары пайда болады); WO₃ + 3H₂ → W + 3H₂O.
Қолданылуы: аммиак синтезі, тұз қышқылын өндіру, сұйық майларды гидрлеу (маргарин алу), металдарды оксидтерінен алу (вольфрам, молибден), зымыран отыны (сұйық сутек), металдарды кесу мен дәнекерлеуге арналған сутекті-оттекті жалын, сутек энергетикасы (жанғанда тек су түзеді — экологиялық таза отын, отын элементтері).
§26. Оттек (8-сынып, 94-б.)
Оттек (O) — 16(VIA) топ, 2-период элементі, Z = 8. Электрондық құрылысы 2, 6 (1s²2s²2p⁴). Электртерістігі бойынша фтордан кейінгі екінші элемент; қосылыстарда әдетте −2 тотығу дәрежесін көрсетеді.
Табиғатта: Жер қыртысындағы ең көп таралған элемент (массасы бойынша шамамен 49%). Ауада көлемі бойынша 21%. Су массасының 89%-ы оттек. Құмда (SiO₂), сазда, әктаста, көптеген минералдарда кездеседі.
Ашылуы: XVIII ғасырда К. Шееле және Дж. Пристли (сынап оксидін қыздырып) алды; А. Лавуазье жану процесінің мәнін түсіндірді.
Зертханада алу (айырылу реакциялары): 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑ (қыздырғанда) 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑ (катализатор MnO₂) 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂↑ (қыздырғанда, MnO₂ қатысуымен) 2HgO → 2Hg + O₂↑
Өнеркәсіпте: сұйық ауаны айдау (азот −196 °C-та, оттек −183 °C-та қайнайды, сондықтан азот бірінші буланады); суды электролиздеу.
Жинау: оттек ауадан сәл ауыр, сондықтан ыдыс аузын жоғары қаратып (ауаны ығыстыру) немесе суды ығыстыру әдісімен жинайды. Анықтау: бықсыған шырақ оттекте лап етіп жанады.
Катализатор — реакцияны жылдамдатып, бірақ өзі реакцияда жұмсалмайтын зат (H₂O₂ айырылуындағы MnO₂).
§27. Оттектің қасиеттері (8-сынып, 98-б.)
Физикалық қасиеттері: түссіз, иіссіз, дәмсіз газ; ауадан сәл ауыр (M = 32); суда аз ериді (бірақ бұл балықтардың тыныс алуына жеткілікті); −183 °C-та ашық көк сұйыққа айналады.
Химиялық қасиеттері: оттек — белсенді тотықтырғыш, көптеген заттармен әрекеттесіп, оксидтер түзеді. Оттектің заттармен әрекеттесуі тотығу деп аталады; жылу мен жарық бөле жүретін тотығу — жану.
Бейметалдармен: C + O₂ → CO₂; S + O₂ → SO₂ (көкшіл жалын); 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ (ақ түтін); N₂ + O₂ ⇄ 2NO (тек өте жоғары температурада, найзағайда).
Металдармен: 2Mg + O₂ → 2MgO (жарқыраған ақ жалын); 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ (оттекте ұшқын шашып жанады); 2Cu + O₂ → 2CuO; 4Na + O₂ → 2Na₂O.
Күрделі заттармен: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O; 2H₂S + 3O₂ → 2SO₂ + 2H₂O; 4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂ (пиритті күйдіру).
Заттар таза оттекте ауадағыдан әлдеқайда қарқынды жанады, өйткені ауада оттек азотпен сұйылтылған.
Баяу тотығу: тот басу, шіру, тағамның бұзылуы, тыныс алу — жалынсыз, жылу біртіндеп бөлінеді.
§28. Оттектің қолданылуы. Табиғаттағы айналымы (8-сынып, 102-б.)
Медицинада — тыныс алуы қиындаған науқастарға, оттек жастықтары мен барокамералар; сүңгуірлер мен ұшқыштардың, ғарышкерлердің тыныс алу аппараттары.
Металлургияда — шойын мен болат балқытуда процесті жылдамдату үшін ауаны оттекпен байыту (оттекті үрлеу). Металдарды кесу және дәнекерлеу — ацетилен-оттек жалыны (3000 °C-тан жоғары).
Химия өнеркәсібінде — күкірт қышқылы, азот қышқылы өндірісінде тотықтырғыш ретінде. Зымыран техникасында — сұйық оттек отынның тотықтырғышы.
Табиғаттағы оттек айналымы: фотосинтез кезінде өсімдіктер оттек бөледі; тыныс алу, жану, шіру процестерінде оттек жұмсалып, CO₂ түзіледі. Осы процестердің тепе-теңдігі атмосферадағы оттек мөлшерін тұрақты сақтайды. Ормандарды кесу және отынды көп жағу бұл тепе-теңдікті бұзады.
§29. Озон. Аллотропия (8-сынып, 104-б.)
Аллотропия — бір химиялық элементтің бірнеше жай зат түзу құбылысы. Түзілген жай заттар аллотропиялық түрөзгерістер деп аталады. Мысалдар: оттек O₂ және озон O₃; алмаз, графит, карбин, фуллерен (көміртек); ақ және қызыл фосфор; ромбылық және моноклиндік күкірт.
Озон (O₃) — үш атомды молекула. Көгілдір түсті, өткір «жаңбырдан кейінгі» иісі бар газ; оттектен ауыр, суда жақсырақ ериді; өте улы.
Түзілуі: электр разряды немесе ультракүлгін сәуле әсерінен 3O₂ ⇄ 2O₃ (найзағай кезінде, озонатор құралында, кварц шамы жанында).
Қасиеттері: оттекке қарағанда әлдеқайда күшті тотықтырғыш, тұрақсыз, оңай айырылады: 2O₃ → 3O₂. Күмісті тотықтырады, калий иодиді ерітіндісінен иодты бөліп шығарады: 2KI + O₃ + H₂O → I₂ + 2KOH + O₂ (иодты крахмал қағазы көгереді — озонға сапалық реакция).
Озон қабаты — 20–30 км биіктіктегі стратосфералық қабат, ол Күннің қатты ультракүлгін сәулелерін жұтып, тірі ағзаларды қорғайды. Фреондар (хлорфторкөміртектер) мен азот оксидтері озонды бұзады, нәтижесінде «озон тесіктері» пайда болады. Монреаль хаттамасы (1987) фреондарды шектеуге бағытталған.
Қолданылуы: ауыз суды зарарсыздандыру (хлорға қарағанда зиянды қалдық қалдырмайды), ауаны тазарту, маталарды ағарту.
2-практикалық жұмыс. Сутекті алу және оның қасиеттерін тану (8-сынып, 107-б.)
Газ алатын құралға мырыш түйіршіктері мен тұз қышқылы салынады: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑. Сутек суы бар кристалдандырғышта суды ығыстыру әдісімен цилиндрге жиналады.
Жиналған сутекті жалынға жақындатып тазалығы тексеріледі. Газ түтігінен шыққан сутекті сабын ерітіндісі арқылы өткізгенде сутекке толған сабын көпіршіктері жоғары ұшады — сутек ауадан жеңіл.
Қорытынды: сутек — түссіз, ауадан жеңіл, суда нашар еритін газ; мырыш пен тұз қышқылының реакциясы — орынбасу реакциясы. Қауіпсіздік: жұмыс орнында ашық жалын болмауы керек, қорғаныш көзілдірігі киіледі.
3-практикалық жұмыс. Оттек алу және оның қасиеттерін тану (8-сынып, 108-б.)
Петри табақшасына сутек пероксиді ерітіндісі құйылады. Бөлме температурасында пероксид өте баяу айырылады, белгісі көрінбейді. Марганец(IV) оксидінің бірнеше түйіршігін салғанда түйіршіктер маңынан бірден газ бөліне бастайды: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑.
MnO₂ ерімейді және өзгермейді — ол катализатор: реакцияны жылдамдатады, бірақ өзі жұмсалмайды.
Оттекті анықтау: бықсыған шырақты жақындатқанда ол лап етіп тұтанады. Бақылаулар жазылып, реакция теңдеуі құрастырылады.