Kimyo · Elementlar kimyosi · 9-sinf

Ishqoriy metallar va soda

Nega natriy kerosinda saqlanadi, soda esa osh tuzi va ohaktoshdan olinadi?

Vaziyat

Kimyo kabinetidagi tortish shkafida natriy bo‘lagi kerosin ostida turibdi. Laborant undan guruchdek bo‘lakni kesib, himoya ekrani ortidagi suvli kristallizatorga tashladi: bo‘lak suyuqlanib sharga aylandi va vishillab yugura boshladi, suv esa fenolftaleindan pushti tusga kirdi. Qo‘ng‘irot soda zavodida esa natriy birikmasi — kalsinlangan soda — osh tuzi va ohaktoshdan yiliga yuz minglab tonna ishlab chiqariladi. Nega ishqoriy metallar bunchalik faol, ularni qanday tanish mumkin va soda qanday olinadi?

Mavzu

Ishqoriy metallar va soda ishlab chiqarish. Qo‘ng‘irot soda zavodi: osh tuzi, ohaktosh va ammiakdan soda (Solve usuli); natriy suvda yugurib vodorod chiqaradi

Asosiy tushunchalar

Ishqoriy metallar
Alanga rangi
Solve usuli

Formulalar

2 Na + 2 H_{2} O \overset{}{\to} 2 NaOH + H_{2} ↑

Ishqoriy metall suvni parchalaydi: ishqor (fenolftalein pushti) va vodorod hosil bo‘ladi.

V (H_{2}) = \frac{1}{2} \cdot \frac{m}{A_{r}} \cdot V_{m}

Ikki mol metall bir mol H₂ beradi; n.sh. da $V_{m}$ = 22,4 l/mol.

NaCl + NH_{3} + CO_{2} + H_{2} O \overset{}{\to} NaHCO_{3} ↓ + NH_{4} Cl

Solve usulining asosiy bosqichi: kam eriydigan ichimlik sodasi cho‘kadi.

2 NaHCO_{3} \overset{}{\to} Na_{2} CO_{3} + CO_{2} ↑ + H_{2} O

Kalsinatsiya: ichimlik sodasi qizdirilib kalsinlangan sodaga aylanadi, CO₂ qayta ishlatiladi.

2 NaCl + CaCO_{3} \overset{}{\to} Na_{2} CO_{3} + CaCl_{2}

Solve usulining umumiy tenglamasi (ammiak sikl bo‘ylab qaytadi).

Nazariya

Ishqoriy metallar: tuzilishi va faolligi

I guruh asosiy guruhchasi: litiy, natriy, kaliy, rubidiy, seziy, fransiy. Tashqi qavatida bitta elektron ( $n s^{1}$ ), birikmalarda oksidlanish darajasi +1; bu elektronni oson beradi — eng kuchli qaytaruvchilar. Li dan Cs ga atom radiusi ortadi (128 → 244 pm), birinchi ionlanish energiyasi kamayadi (5,39 → 3,89 eV) — faollik ortadi, suyuqlanish harorati pasayadi (180,5 → 28,4 °C). Hammasi kumushrang (seziy — tillasimon), yumshoq (pichoq bilan kesiladi), yengil: litiy (0,534 g/sm³) — eng yengil metall. Havoda tez xiralashadi: $4 Na + O_{2} \overset{}{\to} 2 Na_{2} O$ , yonganda — $2 Na + O_{2} \overset{}{\to} Na_{2} O_{2}$ ; litiy azot bilan ham birikadi: $6 Li + N_{2} \overset{}{\to} 2 Li_{3} N$ . Shuning uchun Na va K kerosin ostida, litiy esa (kerosindan ham yengil — qalqib chiqadi) vazelin ostida yoki argonda saqlanadi. Olinishi — suyuqlanma elektrolizi: $2 NaCl \overset{}{\to} 2 Na + Cl_{2} ↑$ . Gidroksidlari kuchli asoslar (ishqorlar), asos kuchi LiOH dan CsOH ga ortadi.

Suv bilan reaksiya

$2 M + 2 H_{2} O \overset{}{\to} 2 MOH + H_{2} ↑$ (M = Li, Na, K…). Litiy suvda tinchgina vishillaydi — u faqat 180,5 °C da suyuqlanadi, bo‘lagi suyuqlanmaydi va reaksiya sirti kichik qoladi. Natriy reaksiya issiqligidan suyuqlanib (97,8 °C), yaltiroq sharchaga aylanadi va vodorod oqimi uni suv ustida yugurtiradi; 1 mol natriy ≈ 184 kJ issiqlik chiqaradi. Kaliy (63,5 °C da suyuqlanadi) shu zahoti alangalanadi — vodorod och binafsha alanga bilan yonadi, oxirida ko‘pincha «chirs» etib sachraydi. Rubidiy va seziy portlab reaksiyaga kirishadi. Eritma ishqoriy bo‘ladi — fenolftalein pushti. Hisob: 0,46 g Na = 20 mmol → 10 mmol H₂ = 224 ml (n.sh.).

Natriy va kaliyning muhim birikmalari

NaOH — o‘yuvchi natriy (kaustik soda): osh tuzi eritmasini elektroliz qilib olinadi; sovun, qog‘oz, alyuminiy sanoatida. Na₂CO₃ — kalsinlangan soda: shisha, yuvish vositalari; Na₂CO₃·10H₂O — kristall soda; NaHCO₃ — ichimlik sodasi: qizdirilganda yoki kislota ta’sirida CO₂ ajratadi (xamir ko‘pchiydi). NaCl — osh tuzi, kimyo sanoatining asosiy xomashyosi. KCl — kaliyli o‘g‘it: Dehqonobod kaliy zavodi (2010-yildan) Tyubegatan konining silvinitidan kaliy xlorid ishlab chiqaradi. KNO₃ — kaliyli selitra (o‘g‘it, qora porox), K₂CO₃ — potash (o‘simlik kulida bor). Natriy birikmalari bir-biriga aylanadi: $Na \overset{}{\to} NaOH \overset{}{\to} Na_{2} CO_{3} \overset{}{\to} NaHCO_{3}$ .

Alanga rangi va 2-amaliy ish

Uchuvchan tuzlar alangada qizdirilganda kationning elektronlari yuqori sathga ko‘tariladi va qaytishda aniq rangdagi yorug‘lik chiqaradi: Li⁺ — to‘q qizil (670,8 nm), Na⁺ — sariq (589 nm), K⁺ — och binafsha (766–770 nm va 404 nm), Ca²⁺ — g‘isht-qizil, Sr²⁺ — qip-qizil, Cu²⁺ — ko‘kimtir-yashil. Natriyning sariq rangi juda kuchli va kaliy tuzlarida ham aralashma sifatida bo‘ladi, shuning uchun kaliy alangasi ko‘k kobalt shisha orqali kuzatiladi — u sariq nurni yutadi. 2-amaliy ish: uchta probirkada NaCl, KCl, CaCl₂: alanga sinovi bilan Na⁺ va K⁺ aniqlanadi, Ca²⁺ esa soda eritmasi bilan oq cho‘kma beradi: $CaCl_{2} + Na_{2} CO_{3} \overset{}{\to} CaCO_{3} ↓ + 2 NaCl$ . Ilmoq har sinovdan oldin xlorid kislotada yuviladi va rangsiz alangagacha qizdiriladi.

Soda ishlab chiqarish (Solve usuli)

Ammiakli usulni 1860-yillarda belgiyalik Ernest Solve sanoatga joriy etgan. 1) To‘yingan osh tuzi eritmasi (namakob) tozalanib, ammiakka to‘yintiriladi. 2) Kolonnalarda unga CO₂ yuboriladi: $NaCl + NH_{3} + CO_{2} + H_{2} O \overset{}{\to} NaHCO_{3} ↓ + NH_{4} Cl$ — NaHCO₃ sovuq eritmada eng kam eriydigan tuz (20 °C da 9,6 g/100 g suv; NaCl — 35,9 g, NH₄Cl — 37,2 g), shuning uchun cho‘kmaga tushadi. 3) Filtrlangan NaHCO₃ kuydiriladi: $2 NaHCO_{3} \overset{}{\to} Na_{2} CO_{3} + CO_{2} ↑ + H_{2} O$ . 4) CO₂ ohaktoshni kuydirib olinadi: $CaCO_{3} \overset{}{\to} CaO + CO_{2} ↑$ . 5) Ammiak qaytariladi: $2 NH_{4} Cl + Ca (OH)_{2} \overset{}{\to} CaCl_{2} + 2 NH_{3} ↑ + 2 H_{2} O$ . Umumiy: $2 NaCl + CaCO_{3} \overset{}{\to} Na_{2} CO_{3} + CaCl_{2}$ ; chiqindi — CaCl₂ eritmasi. Natriyning ≈ 70 % i sodaga o‘tadi, shuning uchun 1 t sodaga amalda ≈ 1,5–1,6 t tuz sarflanadi. Qo‘ng‘irot soda zavodi (Qoraqalpog‘iston) shu usulda ishlaydi: 2006-yilda ishga tushgan, 2016-yildan loyiha quvvati yiliga 200 ming t kalsinlangan soda; tuz — Barsakelmes konidan, ohaktosh — Jamansoy konidan.

Xavfsizlik va model

Xavfsizlik: ishqoriy metallarni faqat pinset bilan oling, qo‘l bilan tegmang; bo‘lak guruch donasidan katta bo‘lmasin, ortiqcha kerosinni filtr qog‘oz bilan arting; suvga tashlashni tortish shkafida, himoya ekrani ortidan bajaring, ko‘zoynak taqing; idish katta, suv kam bo‘lmasin; kaliy va natriy chiqindisini suvga emas, spirtga solib zararsizlantiring. NaOH eritmasi ko‘zga tushsa — darhol ko‘p suv bilan yuving. Alanga sinovida ilmoqni yuvish uchun xlorid kislotadan ehtiyot bo‘ling. Model: bo‘lak reaksiyasi sirt bo‘yicha boradi ( $m^{1 / 3}$ chiziqli kamayadi; tezlik konstantalari sxematik), suvdagi harakat tasodifiy; vodorod hajmi n.sh. ga keltirilgan; kristallizatordagi pH ideal eritma uchun NaOH konsentratsiyasidan hisoblangan (CO₂ yutilishi hisobga olinmagan); alanga ranglari tipik ko‘rinish (kobalt shisha orqali ko‘rinish sxematik); zavod sxemasi soddalashtirilgan, oqimlar ko‘rsatkichi namunaviy.

Bilasizmi?

Qo‘ng‘irot soda zavodi (Qoraqalpog‘iston) 2006-yilda ishga tushgan — Markaziy Osiyoda kalsinlangan soda ishlab chiqaradigan yagona korxona sifatida tilga olinadi; 2016-yildagi kengaytirishdan so‘ng uning loyiha quvvati yiliga 200 ming t.
Ko‘chalardagi past bosimli natriy chiroqlarining sariq nuri — natriy atomlarining 589,0 va 589,6 nm to‘lqin uzunlikdagi chiziqlari, ya’ni alanga sinovidagi o‘sha sariq rang.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Fosfor va mineral o‘g‘itlar — 8-sinf
Uglerod va uning birikmalari — 9-sinf
Kremniy va silikatlar — 9-sinf
Cho‘yan va po‘lat olish — 9-sinf
Metallar va qotishmalar — 9-sinf
Alyuminiy va uning birikmalari — 9-sinf
Mis, kumush, oltin va rux — 9-sinf
Xrom va marganets: rangli ionlar — 9-sinf
Temir va uning birikmalari — 9-sinf
s- va p-elementlar qonuniyatlari — 1-kurs