ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «бейорганикалық химия»

HN₃ + 2HI = I₂ + NH₃ + N₂ ;

HN₃ +3HCl – қоспасы бағалы металдарды да еріте алады, себебі атомдық хлор бөлінеді. HN₃ + 3HCl = 2Cl + N₂ + NH₄Cl ; Азотты қышқыл тұздары азид деп аталады, ерігіштігі галогенидтерге ұқсас. Сілтілік металдар азидтері суда жақсы ериді, тек AgN₃, Pb(N₃)₂, Hg(N₃)₂ – нашар ериді. Сілтілік және сілтілік - жер металдар азидтері қыздырғанда балқығанға дейін тұрақты. Ауыр металдар азидтері тез жарылады: Pb(N₃)₂ → Pb + 3N₂

Азоттың оттекті қосылыстары.

N₂O, NO- түссіз газдар, тұз түзбейді, N₂O₃ - көкшіл қатты зат, NO₂ – қоныр

газ, N₂O₄ , N₂O₅ - түссіз кристалл заттар. Азоттың оксидтері тұрақсыз, себебі олар эндотермиялық қосылыстар, бірақ химиялық активті.

N₂O алу: NH₄NO₃ →N₂O + 2H₂O

NH₂OH + HNO₂ →[NH₃OH]NO₂ (қыздырғанда)→ N₂O +2H₂O.

NH₄NO₃ (балқытып) → N₂O +2H₂O.

Азот (І) оксиді “көңілдендіргіш газ”, наркотикалық әсері бар, ұнамды иісі бар, тәтті дәмді, түссіз, оңай сұйылтылатын газ. Азот (І) оксидін аздап қыздырса, ыдырайды, оттегі бөлінеді:

2N₂O = 2 N₂ + O₂, сондықтан оның атмосферасында заттар жанады: Ме, H₂, Р, С, S, органикалық заттармен әрекеттеседі, оларды тотықтырады: Cu + N₂O = N₂+CuO

2Р + 5N₂O = 5N₂+ Р₂O₅ ; Н₂ + N₂O = N₂+ Н₂O; 2NН₃ + 3N₂O = 4N₂+ 3Н₂O; Күшті тотықтырғыштармен тотықсыздандырғыш қасиет көрсетеді:

8KMnO₄ + 5N₂O + 7H₂SO₄=5Mn (NO₃)₂+3MnSO₄+4K₂SO₄+7H₂O

700 ⁰C жоғары болса, N₂O диспропорциялану реакциясы жүреді: 2N₂O=2NO+N₂ ; N₂O суда ерімейді, тұз түзбейтін оксид, яғни қышқылдармен де, сілтілермен де әрекеттеспейді.

N₂ +О₂ →^{3000 C} 2NO

NO + Г₂⁰→NOГ ;

Күшті тотырғыштар NO-ны HNO₃ –ке айналдырады: 5NO + 3KMnO₄ + 6H₂SO₄ = 3MnSO₄ + 5HNO₃ + 3KHSO₄ + 2H₂O

NO тотықсыздандырғыштың күшіне байланысты ол мына қосылыстарға дейін барады: N₂O, N₂, NH₂OH, NH₃

2NO + 2Cu (H₂) →2CuO (Н₂О) + N₂ ; 3CrCl₂ + NO + 3HCl → NH₂OH+ 3CrCl₃ 5CrCl₂ + NO + 4H₂O → NH₃ + 5Cr(OH)Cl₂ ; 2NO + SO₂ → N₂O + SO₃ ; Сілтілік ортада NO диспропорцияланады:

4NO + 2NaOH →N₂O + 2NaNO₂ + H₂O; 6NO + 4NaOH → N₂ +4NaNO₂ + 2H₂O; NO – суда ерімейді, тұз түзбейтін оксид. NO молекуласында жұптаспаған электрон болғандықтан ол димерленеді, бірақ димері тұрақсыз.

Азот (ІІ,ІV) оксидтерінің стехиометриялық қоспасын салқындатып қатырғанда көк түсті қатты зат N₂O₃ түзіледі. Ол – (-100 ⁰C) қатты күйінде болады және тұрақты, ал N₂ O₃ (сұйық газ күйінде) ↔ NO + NO₂ диспропорцияланады.

Зертханада: Мышьяк (ІІІ) оксиді мен азот қышқылы әрекеттескенде осы оксидтер қоспасы түзіледі: 2HNO₃(50%) + As₂O₃ = 2HAsO₃ + NO + NO₂ ;

N₂O₃ сәйкес қышқылы: HNO₂ - азотты қышқыл, тек сулы ерітіндіде болады, тұрақсыз, оны тұздарынан да алуға болады.

a.NO + NO₂ + H₂O = 2HNO₂ ; б.АgNO₂ + HCl = HNO₂ + AgCl↓

в. Ва(NO₃)₂ + H₂SO₄ = ВаSO₄ ↓ + 2HNO₂

Сақтағанда және қыздырғанда HNO₂ диспропорцияланады: 3HNO₂ = HNO₃ + 2NO + H₂O; HNO₂ тотықтырғыш қасиеті басымырақ: 2HNO₂ + 2HI = I₂ + 2 NO + 2H₂O ; Күшті тотықтырғыштар HNO₂ –ні HNO₃ дейін тотықтырады:

5HNO₂ + 2 KMnO₄ +3 H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 2HNO₃ + 3H₂O + K₂SO₄ . Бұл екі реакция нитриттермен де осылай жүре алады.

HNO₂ амфолит, яғни амфотерлі қасиет көрсетеді, бірақ қышқылдық қасиеті басым:

H+NO₂ ↔HNO₂↔ NO ⁺(нитрозил) +OH^- :

Тұздары нитриттер – оның қышқылдық функциясына сәйкес қосылыстары.

H₂SO₄ →NOHSO₄ – нитрозилкүкірт қышқылы – азотты қышқылдың негіздік функциясына сай қосылысы.

Нитриттерді азот (ІІ,ІV) оксидтерінің стехиометриялық қоспасын сілтіде ерітіп немесе нитраттарды көмір, темір, қорғасын сияқты тотықсыздандырғыштармен қосып қыздыру арқылы алады:

NO + NO₂ + 2NaOH → 2NaNO₂ + H₂O

Pb + NaNO₃ → PbO + NaNO₂ ; Нитриттердің азотты қышқылға қарағанда тұрақтылығы жоғары, олар да тотықтырғыштық, тотықсыздандырғыштық қасиеттер көрсетеді.

NO₂ – күшті тотықтырғыш , тотықсыздандырғыш та болады, парамагнитті молекула, ол диазот тетраоксидімен қалыпты жағдайда тепе-теңдікте болады, себебі оның жұптаспаған электроны бар, ал димерде жалқы электрон жоқ, сондықтан ол диамагнитті: 2NO₂ ↔ N₂O₄. Димерлену процесі экзотермиялық, сондықтан температураны төмендеткенде тепе-теңдік диазот тетраоксиді түзілетін жаққа қарай ығысады.

Азот диоксиді атмосферасында фосфор, күкірт, көміртек жанады :

5NO₂ +2P(S,C) → P₂O₅(SO₃,CO₂) + 5NO

Зертханада: Концентрлі азот қышқылында мысты ерітіп:

Cu + HNO₃(конц.) = Cu(NO₃)₂ + NO₂ + H₂O

немесе ауыр металдар нитраттарын қыздырып:

Pb(NO₃)₂ →^t0 PbO + NO₂ + O₂ алады.

NO₂ суда ерігенде, диспропорциалану реакциясы нәтижесінде екі қышқыл түзеді: 2NO₂ + H₂O = HNO₂ + HNO₃ қышқылдарын түзеді, егер O₂ қатысында NO₂ суда ерітсе, 4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃ , тек азот қышқылы, ал егер ыстық суда NO₂ ерісе, 3NO₂+H₂O=2HNO₃ + NO түзіледі. Азот (ІV) оксиді сілтілермен әрекеттескенде нитрит және нитраттың қоспасы түзіледі. Сұйық диазот тетраоксиді активтігі төмен металдармен нитраттар түзеді, бұл реакция арқылы сусыз нитраттар алады.

N₂O₅ алу: Азот (V) оксидін азот қышқылын фосфор (V) оксидімен сусыздандыру арқылы:

a) 2HNO₃ + P₂O₅ (суды алады) → 2HPO₃ + N₂O₅

немесе азот (ІV) оксидін озонмен тотықтыру арқылы:

2NO₂ + O₃ = N₂O₅ + О₂ алады.

N₂O₅ суда жақсы ериді, күшті тотықтырғыш H₂O + N₂O₅ = 2HNO₃ ;

N₂O₅ кәдімгі жағдайда ыдырайды , ал қыздырғанда қопарылады:

2N₂O₅ = 4 NO₂ + О₂ . Азот (V) оксидіне сәйкес HNO₃ - күшті қышқыл, күші тек HClO₄ – ден төменірек , сусыз, «түтінденетін» HNO₃ түссіз, ұшқыш сұйық зат, сақтағанда, қыздырғанда айрылады 4HNO₃ = 4NO₂ + O₂ + 2H₂O;

Зертханада алу: 2NaNO₃+H₂SO₄(конц.) = Na₂SO₄ + 2HNO₃ ;

Өндірісте: 1. Ауадан азотты, судан немесе табиғи газдан сутегіні алып аммиак алады: N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃ ;

2. Аммиакты катализато қатысында тотықтырып NH₃ + O₂ =^к NO + H₂O;

3. Азот (ІІ) оксидін ауаның оттегісімен тотықтырып 2NO + O₂ = 2NO₂ ;

4. Аот оксидтерін суда ерітеді 3NO₂ + H₂O(ыстық) = 2HNO₃+NO. Ыстық су алынатын себебі НNO₂ түзілмес үшін. Азот қышқылы ұшып, ыдырамас үшін процесті вакуумда жүргізеді. HNO₃ сумен шексіз араласады, сулы ерітіндіде толық диссоциацияға түседі, күшті тотықтырғыш, металдарды да, бейметалдарды да ерітеді:

As+HNO₃+H₂O=H₃AsO₄+NO;

S+6HNO₃=H₂SO₄+6NO₂+2H₂O;

Au, Pt, Os, Jr,Nb, Ta, W + HNO₃ → ерімейді.

Fe, Al, Cr + HNO₃(конц.)→пассивтеледі, яғни оксид қабатымен жабылады. HNO₃ сұйық болған сайын, тотықсыздану тереңірек жүреді, себебі сұйық HNO₃ –те NO₃ ^– иондары аз, сондықтан әр N⁵⁺ атомы тотықсыздандырыштан көп электрон алуға тырысады, ал конц. HNO₃ –те , керісінше, N⁵⁺ иондары көп болғандықтан, әр HNO₃ тотықсыздандырыштан аз электрон алады.

1. 
   2NO₃^- + 10e^- +12H⁺ →N₂+6H₂O
   
2. 
   2NO₃^- + 8e^- +10H⁺ →N₂O+5H₂O
   
3. 
   NO₃^- + 3e^- +4H⁺ →NO+2H₂O
   
4. 
   NO₃^- + 2e^- +3H⁺ →HNO₂+H₂O
   
5. 
   NO₃^- + 8e^- +10H⁺ →NH₄⁺+3H₂O
   
6. 
   NO₃^- + e^- +2H⁺ →NO₂+H₂O
   
7. 
   NO₃^- + e^- +H₂O →NO₂+2OH
   

Cu(Ag, Hg) + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂+2H₂O;

Сұйытылған HNO₃ (3) теңдеу бойынша :

3Cu(Ag, Hg)+ 8HNO₃= 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O;

б. активтігі орташа металдар (H₂ маңайындағы Fe, Cd, Ni, Sn, т.б. конц. HNO₃ (3) теңдеу бойынша: 3Cd+ 8HNO₃(конц.) = 2NO + 3Cd(NO₃)₂ + 4H₂O.

Өте сұйық 10HNO₃ + 4Cd = 4Cd(NO₃)₂ + NH₄NO₃+ 3H₂O (5)теңдеу бойынша;

в.активтігі орташа металдар ішінен Со (ерекше) еруі, ол (1) теңдеу бойынша

5Co + 12HNO₃ → N₂ + 5Co(NO₃)₂ + 6H₂O жүреді.

Азот қышқылында ерімейтін алтын, платинаны күшті тотықтырғыш «патша сұйығында» HNO₃+3HCl ерітеді, олар анионды комплекстер түзеді: HNO₃+3HCl=2Cl(атомдық) + NOCl (нитрозилхлорид) +H₂O түзілуі, олар күшті тотықтырғыштар Au + HNO₃ + 3HCl = AuCl₃ + NO + 2H₂O немесе

Au + HNO₃ + 4HCl = Н[AuCl₄] + NO + 2H₂O.

HNO₃ тұздары нитраттар, суда жақсы ериді. Нитраттардың ыдырауы катион табиғатына байланысты:

1.Сілтілік, сілтілік - жер металдар нитраттары 2KNO₃=2KNO₂+O₂

2.Активтігі орташа металдар (магний – мыс) нитраттары

Pb(NO₃)₂ = PbO + 2NO₂ + 1/2O₂

3.Активтігі өте төмен металдар нитраттары Hg(NO₃)₂ = Hg + NO₂ + O₂

бос металл түзе айрылады.

1. Азоттың электрондық құрылысы, жалпы сипаттамасы;

2. Азот оксидтері, алу, қасиеттері;

3. Қосылыстары, алу, қасиеттері;

4. Қышқылдары, алу, қасиеттері;

4. S + HNO₃ конц. → Cu(NO₃)₂ + S + NO₂ + H₂O коэффициенттерін қою керек.

апатит Cа₅X(PO₄)₃(X-F, Cl, OH^-), фосфорит Ca₃(PO₄)₂ . Фосфор өсімдіктер мен жануарлар денесінде де болады.

қатысында кокспен тотықсыздандырады. Реакция нәтижесінде түзілген

кальций оксидін CaSiO₃ шлагіне айналдыру үшін SiO₂ қосылады.

СО газ, P₂ - бу күйінде болады, бұл ақ фосфорды тоңазытқышта суытып, су астында сақтайды. Өндірілген ақ фосфордың біразын қыздырып, қызыл фосфорға айналдырады, ал қалған бөлігінен оттегімен әрекеттестіріп фосфор ангидридін алып, ары қарай суда ерітіп, фосфор қышқылын (термиялық қышқыл) алады.

4Р + 3О₂ (5О₂) ↔ 2Р₂О₃(2Р₂О₅ ).

2Р + 3Г₂ (5Г₂) ↔ 2РГ₃(2РГ₅ ).

2Р + 3S (5S) ↔ Р₂S₃(Р₂S₅ ). Ақ Р судың астында ұсталады, cумен реакцияға түспейді. Ақ Р өте улы, оның 0,15 г адамды өлтіреді. Ақ Р →^300C қызыл Р, улылығы аздау. Фосфордың тұрақты модификациясы қара фосфор. Ақ Р →^220C _1200МПа қара Р . Ақ , қызыл фосфорлар - диэлектриктер. Қара фосфор - жартылай өткізгіш, реакцияласқыштығы бойынша ең әлсізі қара фосфор. Фосфор активті металдармен әрекеттеседі, фосфидтер түзеді:

3Ca+2P→Ca₃P₂ ,

Фосфор тотықтырғыштық қасиеті бар қышқылдармен әрекеттесіп, фосфор қышқылын түзеді: 3P + 5HNO_{3 конц.} + 2H₂O → 3H₃PO₄ + 5NO.

Сілті ерітінділерінде ақ фосфор диспропорциялану реакциясына түседі:

4P + 3NaOH + 3H₂O = PH₃ + 3NaH₂PO₂

P₂O₃ + 3H₂O → 2H₃PO₃ – фосфорлы қышқыл, суда жақсы еритін кристалды зат.

РГ₃ + 3H₂O → H₃PO₃ + 3НГ. 2 негізді, күші орташа қышқыл, соңдықтан оны былай жазу керек H₂[HPO₃], тұздары фосфиттер:

6NaOH + P₂O₃ → 2Na₃PO₃ +3Н₂О және гидрофосфиттер

2 NaOH+ P₂O₃ + H₂O → 2NaH₂ PO₃ . Сілтілік металдар мен кальцийден басқа металдардың фосфиттері суда нашар ериді.

4H₃PO₃ → ^t0 PH₃ + 3H₃PO₄ диспропорциялану реакциясында түседі,

H₃PO₃ тотықсыздандырғыш ретінде :

H₃PO₃ +Cl₂⁰ + H₂O→ H₃PO₄ + 2HCl ;

Қышқыл фосфориттерді қыздырғанда дифосфорлы қышқылдың

H₄P₂O₅ тұздары – пирофосфаттар түзіледі:

2NaH₂PO₃ → ^t0 Na₂H₂P₂O₅ (пирофосфит)+H₂O;

H₄P₂O₅ – пирофосфор қышқылы, 2-негізді, тұрақсыз қышқыл.

Фосфордың ең маңызды қышқылы ортофосфор қышқылы. Сусыз таза фосфор қышқылы – түссіз кристалдық зат. Оны фосфаттарды концентрлі күкірт қышқылымен өңдеу арқылы алады:

Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ → 2H₃PO₄ + CaSO₄ немесе оксидін суда ерітіп алады

P₂O₅ + H₂O= (HPO₃) ₂ ; Ол әлсіз үш негізді қышқыл: H₃PO₄ ↔ H⁺ + H₂PO₄^-

pK₁=2,2; H₂PO₄^-↔H⁺+HPO₄^2- pK₂=7,3 ; HPO₄^2-↔H⁺+PO₄^3- pK₃=12,4.

Үш негізді болғандықтан үш қатар тұздар түзеді: дигидрофосфат, гидрофосфат, фосфаттар. Суда ерісе, гидролизге ұшырайды:

Na₃PO₄ + H₂O ↔ NaOH + Na₂HPO₄ pH= 12,1

Na₂HPO₄ + H₂O ↔ NaOH + NaH₂PO₄ pH= 8,9

Ортафосфаттар (аммоний фосфатынан басқасы) температура әсеріне тұрақты. Гидрофосфаттар қыздырғанда суды бөліп ди- және метафосфаттарға айналады:

2Na₂HPO₄→^t0 Na₄P₂O₇ + H₂O; Na₂HPO₄→^t0 NaPO₃ + H₂O;

Ақ фосфорды ауадағы оттекпен өртеп, алынған оксидті суда ерітіп , аса таза фосфор қышқылын алады: P₄ + 5O₂ → 2P₂O₅ → P₂O₅ + H₂O → 2H₃PO₄; Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ → H₃PO₄ + CaSO₄ ; Катализатор қатысында жоғары температурада фосфор буы мен су буы әрекеттесіп фосфор қышқылын түзеді:

4P + 16H₂O →^700C 4H₃PO₄ + 10 H₂ ; Алынған сутекті аммиак алуға қолданып, азот – фосфор тыңайтқышын алуға болады. Сонда ресурсты сақтау және қалдықсыз технология іске асады.

P⁴⁺-ке сәйкес H₄P₂O₆ – фосфорлау қышқылы – орташа күшті, төрт негізді қышқыл. H₄P₂O₆ + H₂O → H₃PO₃ + H₃PO₄. Тұздары гипофосфаттар, сілті металдарының тұздары суда жақсы ериді.

H₃PO₂ фосфорлылау қышқылы, тұздары гипофосфиттер, күшті тотықтырғыш (HPO₃) ₄ + H₂O → H₆P₄O₁₃ - тетраполифосфор қышқылына айналады.

Фосфордың бейметалдармен қосылыстары
Фосфор сутекпен тікелей әрекеттеспейді, Гиббс энергиясы оң сан, сондықтан фосфинді активті металдардың фосфидтерін суда немесе сұйытылған қышқылдарда ерітіп алады. Ca₃P₂+6HCl→3CaCl₂+2PH₃ - фосфин, газ, улы, иісі шіріген балық иісі сияқты, суда ериді. Фосфин молекуласының құрылысы аммиак молекуласыныкі сияқты тригоналды пирамида.

Протонакцепторлық қабілеті нашар болғандықтан фосфин судан протонды тартып ала алмайды, онымен қосылыс түзбейді, сондықтан сулы ерітіндісі бейтарап болады. Фосфоний ионы қышқылдармен фосфин әрекеттескенде түзіледі:

H₃⁺O+PH₂^- ↔ PH₃ + H₂O ↔ PH₄⁺ + OH^-; PH₃-амфотерлі зат, рК_қышқ. = 28,7; рК_нег. = 28,4 өзара тең. Фосфин суда нашар ериді. Ауада жанып фосфор қышқылын түзеді: PH₃+O₂= H₃PO₄ . Фосфоний тұздары – түссіз кристалдық заттар, суда гидролизге ұшырайды. Сілтілік ортада фосфин алтынның, күмістің, мыстың, қорғасынның иондарын тотықсыздандырады. Гидразиннің аналогы дифосфин Р₂Н₄ түссіз, сұйық зат. Фосфор галогендермен жақсы әрекеттеседі: 2Р+ 3Г₂→2 РГ₃ және 2Р + 5Г₂→ 2РГ₅. Олар улы заттар. Сумен күшті әрекеттеседі: РСl₅+ H₂O→POCl₃+2HCl;

РСl₅+ 4H₂O→H₃PO₄+5HCl судың артық мөлшерінде гидролизге ұшырайды; РГ₅ - sp³d – гибридтелу болады. PCІ₃, PBr₃ түссіз, сұйық , РJ₃-кристалл; PJ₃ + 3H₂O→ H₃PO₃+ 3HJ, PJ₃ – қышқыл түзгіш зат.

«Қос суперфосфат» Ca₃(PO₄)₂ + H₃PO₄ → Ca(H₂PO₄)₂ преципитат Ca₃(PO₄)₂+H₂SO₄+4H₂O→2 CaHPO₄^.2 H₂O+CaSO₄ Ca₃(PO₄)₂+ H₃PO₄+6H₂O→3 CaHPO₄ ∙2H₂O; Аммофос NH₄H₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄ ; Me₃P_n – жартылай өткізгіштер CaP-ZnP – лазерлы сәуле алу үшін қолданылады.

1. Фосфордың оттекті қосылыстары, қасиеттері, алу;

2. Фосфордың қышқылдары, алу, қасиеттері;

3. Фосфордың металл еместермен қосылыстары, қасиеттері;

4. Фосфордың сутекті қосылыстары, алу, қасиеттері;

5. Табиғатта фосфордың таралуы және алынуы.