Amfoteriniai junginiai

Chemija visada yra priešybių vienybė.

Pažvelkite į periodinę lentelę.

Susidaro kai kurie elementai (beveik visi metalai, kurių oksidacijos būsenos +1 ir +2). pagrindinis oksidai ir hidroksidai. Pavyzdžiui, kalis sudaro oksidą K 2 O ir hidroksidą KOH. Jie pasižymi pagrindinėmis savybėmis, pavyzdžiui, sąveikauja su rūgštimis.

K2O + HCl → KCl + H2O

Kai kurie elementai (dauguma nemetalų ir metalų, kurių oksidacijos būsenos +5, +6, +7) susidaro rūgštus oksidai ir hidroksidai. Rūgščių hidroksidai yra deguonies turinčios rūgštys, jos vadinamos hidroksidais, nes struktūroje yra hidroksilo grupė, pavyzdžiui, siera sudaro rūgšties oksidą SO 3 ir rūgšties hidroksidą H 2 SO 4 (sieros rūgštį):

Tokie junginiai pasižymi rūgštinėmis savybėmis, pavyzdžiui, reaguoja su bazėmis:

H2SO4 + 2KOH → K2SO4 + 2H2O

Ir yra elementų, kurie sudaro tokius oksidus ir hidroksidus, kurie pasižymi ir rūgštinėmis, ir bazinėmis savybėmis. Šis reiškinys vadinamas amfoterinis . Šiame straipsnyje mūsų dėmesys bus skiriamas tokiems oksidams ir hidroksidams. Visi amfoteriniai oksidai ir hidroksidai yra kietos medžiagos, netirpios vandenyje.

Pirma, kaip nustatyti, ar oksidas ar hidroksidas yra amfoterinis? Yra taisyklė, šiek tiek sąlyginė, bet vis tiek galite ją naudoti:

Amfoterinius hidroksidus ir oksidus sudaro metalai, kurių oksidacijos būsenos +3 ir +4, pavyzdžiui (Al 2 O 3 , Al(Oi) 3 , Fe 2 O 3 , Fe(Oi) 3)

Ir keturios išimtys:metalaiZn , Būk , Pb , sn sudaro šiuos oksidus ir hidroksidus:ZnO , Zn ( Oi ) 2 , BeO , Būk ( Oi ) 2 , PbO , Pb ( Oi ) 2 , SNO , sn ( Oi ) 2 , kuriame jų oksidacijos būsena yra +2, tačiau nepaisant to, šie junginiai pasižymi amfoterinės savybės .

Dažniausiai pasitaikantys amfoteriniai oksidai (ir juos atitinkantys hidroksidai): ZnO, Zn(OH) 2, BeO, Be(OH) 2, PbO, Pb(OH) 2, SnO, Sn(OH) 2, Al 2 O 3, Al (OH) 3 , Fe 2 O 3 , Fe(OH) 3 , Cr 2 O 3 , Cr(OH) 3 .

Amfoterinių junginių savybes prisiminti nesunku: jie sąveikauja rūgštys ir šarmai.

• sąveikaujant su rūgštimis, viskas paprasta; šiose reakcijose amfoteriniai junginiai elgiasi kaip baziniai:

Al 2 O 3 + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2 O

ZnO + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + H 2 O

BeO + HNO 3 → Be(NO 3 ) 2 + H 2 O

Hidroksidai reaguoja taip pat:

Fe(OH)3 + 3HCl → FeCl3 + 3H2O

Pb(OH) 2 + 2HCl → PbCl 2 + 2H 2 O

• Su sąveika su šarmais tai yra šiek tiek sunkiau. Šiose reakcijose amfoteriniai junginiai elgiasi kaip rūgštys, o reakcijos produktai gali būti skirtingi, viskas priklauso nuo sąlygų.

Arba reakcija vyksta tirpale, arba reagentai paimami kaip kietos medžiagos ir susilieja.

Bazinių junginių sąveika su amfoteriniais junginiais sintezės metu.

Kaip pavyzdį paimkime cinko hidroksidą. Kaip minėta anksčiau, amfoteriniai junginiai, sąveikaujantys su baziniais, elgiasi kaip rūgštys. Taigi cinko hidroksidą Zn (OH) 2 rašome kaip rūgštį. Rūgštis turi vandenilį priekyje, išimkime: H 2 ZnO 2. Ir šarmo reakcija su hidroksidu vyks taip, tarsi tai būtų rūgštis. „Rūgšties likutis“ ZnO 2 2 dvivalentė:

2 tūkst Oi(televizorius) + H 2 ZnO 2 (kietas) (t, sintezė) → K 2 ZnO 2 + 2 H 2 O

Gauta medžiaga K 2 ZnO 2 vadinama kalio metazinkatu (arba tiesiog kalio cinkatu). Ši medžiaga yra kalio druska ir hipotetinė „cinko rūgštis“ H 2 ZnO 2 (ne visai teisinga tokius junginius vadinti druskomis, bet savo patogumui tai pamiršime). Tik cinko hidroksidas parašytas taip: H 2 ZnO 2 nėra gerai. Rašome kaip įprasta Zn (OH) 2, bet turime omenyje (savo patogumui), kad tai yra „rūgštis“:

2KOH (kietas) + Zn (OH) 2 (kietas) (t, sintezė) → K 2 ZnO 2 + 2H 2 O

Su hidroksidais, kuriuose yra 2 OH grupės, viskas bus taip pat, kaip su cinku:

Be (OH) 2 (kietas.) + 2NaOH (kietas.) (t, susiliejimas) → 2H 2 O + Na 2 BeO 2 (natrio metaberilatas arba berilatas)

Pb (OH) 2 (kietas.) + 2NaOH (kietas.) (t, susiliejimas) → 2H 2 O + Na 2 PbO 2 (natrio metaplumbatas arba plumbatas)

Su amfoteriniais hidroksidais su trimis OH grupėmis (Al (OH) 3, Cr (OH) 3, Fe (OH) 3) šiek tiek kitaip.

Paimkime aliuminio hidroksidą kaip pavyzdį: Al (OH) 3, parašykite jį rūgšties pavidalu: H 3 AlO 3, bet mes nepaliekame tokioje formoje, o išimame vandenį iš ten:

H 3 AlO 3 - H 2 O → HAlO 2 + H 2 O.

Čia mes dirbame su šia „rūgštimi“ (HAlO 2):

HAlO 2 + KOH → H 2 O + KAlO 2 (kalio metaaliuminatas arba tiesiog aliuminatas)

Bet aliuminio hidroksido negalima parašyti taip, kaip šis HAlO 2, mes jį užrašome kaip įprasta, bet čia turime omenyje „rūgštį“:

Al (OH) 3 (kietas.) + KOH (kietas.) (t, lydymas) → 2H 2 O + KAlO 2 (kalio metaaliuminatas)

Tas pats pasakytina apie chromo hidroksidą:

Cr(OH) 3 → H 3 CrO 3 → HCrO 2

Cr (OH) 3 (kietas.) + KOH (kietas.) (t, lydymas) → 2H 2 O + KCrO 2 (kalio metachromatas,

BET NE CHROMATAS, chromatai yra chromo rūgšties druskos).

Su hidroksidais, turinčiais keturias OH grupes, viskas yra lygiai taip pat: vandenilį nukreipiame į priekį ir pašaliname vandenį:

Sn(OH) 4 → H 4 SnO 4 → H 2 SnO 3

Pb(OH) 4 → H 4 PbO 4 → H 2 PbO 3

Reikia atsiminti, kad švinas ir alavas sudaro du amfoterinius hidroksidus: kurių oksidacijos laipsnis yra +2 (Sn (OH) 2, Pb (OH) 2) ir +4 (Sn (OH) 4, Pb (OH) 4 ).

Ir šie hidroksidai sudarys skirtingas „druskas“:

Oksidacijos būsena
Hidroksido formulė	Sn(OH)2	Pb (OH) 2	Sn(OH)4	Pb(OH)4
Hidroksido kaip rūgšties formulė	H2SnO2	H2PbO2	H2SnO3	H2PbO3
Druska (kalis)	K2SnO2	K 2 PbO 2	K2SnO3	K2PbO3
Druskos pavadinimas			metastanatas	metablumbAT

Tie patys principai kaip ir įprastų „druskų“ pavadinimuose, aukščiausio oksidacijos laipsnio elementas – priesaga AT, tarpiniame – IT.

Tokios „druskos“ (metachromatai, metaaliuminatai, metaberilatai, metacinkatai ir kt.) gaunamos ne tik dėl šarmų ir amfoterinių hidroksidų sąveikos. Šie junginiai visada susidaro, kai liečiasi stipriai bazinis „pasaulis“ ir amfoterinis (sintezės būdu). Tai yra, kaip ir amfoteriniai hidroksidai su šarmais, reaguos ir amfoteriniai oksidai, ir metalų druskos, sudarančios amfoterinius oksidus (silpnų rūgščių druskas). Vietoj šarmo galite paimti stipriai šarminį oksidą ir metalo druską, kuri sudaro šarmą (silpnos rūgšties druska).

Sąveikos:

Atminkite, kad toliau nurodytos reakcijos vyksta sintezės metu.

Amfoterinis oksidas su stipriai baziniu oksidu:

ZnO (kietas) + K 2 O (kietas) (t, sintezė) → K 2 ZnO 2 (kalio metacinkatas arba tiesiog kalio cinkatas)

Amfoterinis oksidas su šarmu:

ZnO (kietas) + 2KOH (kietas) (t, sintezė) → K 2 ZnO 2 + H 2 O

Amfoterinis oksidas su silpnos rūgšties druska ir šarmą sudarančio metalo:

ZnO (kieta) + K 2 CO 3 (kieta) (t, sintezė) → K 2 ZnO 2 + CO 2

Amfoterinis hidroksidas su stipriai baziniu oksidu:

Zn (OH) 2 (kieta) + K 2 O (kieta) (t, sintezė) → K 2 ZnO 2 + H 2 O

Amfoterinis hidroksidas su šarmu:

Zn (OH) 2 (kieta) + 2KOH (kieta) (t, sintezė) → K 2 ZnO 2 + 2H 2 O

Amfoterinis hidroksidas su silpnos rūgšties druska ir šarmą sudarančio metalo:

Zn (OH) 2 (kieta) + K 2 CO 3 (kieta) (t, sintezė) → K 2 ZnO 2 + CO 2 + H 2 O

Silpnos rūgšties ir metalo, sudarančio amfoterinį junginį su stipriai baziniu oksidu, druskos:

ZnCO 3 (kieta) + K 2 O (kieta) (t, sintezė) → K 2 ZnO 2 + CO 2

Silpnos rūgšties ir metalo, sudarančio amfoterinį junginį su šarmu, druskos:

ZnCO 3 (kietas) + 2KOH (kietas) (t, sintezė) → K 2 ZnO 2 + CO 2 + H 2 O

Silpnos rūgšties ir metalo, kuris sudaro amfoterinį junginį su silpnos rūgšties druska ir metalu, kuris sudaro šarmą, druskos:

ZnCO 3 (kieta) + K 2 CO 3 (kieta) (t, sintezė) → K 2 ZnO 2 + 2CO 2

Žemiau pateikiama informacija apie amfoterinių hidroksidų druskas, dažniausiai egzamine pažymėtos raudonai.

	Hidroksidas	Rūgšties hidroksidas	rūgšties likutis		Druskos pavadinimas
BeO	Būk (OH) 2	H 2 BeO 2	BeO 2 2-	K 2 BeO 2	Metaberilatas (berilatas)
ZnO	Zn(OH) 2	H 2 ZnO 2	ZnO 2 2-	K 2 ZnO 2	Metazinkatas (cinkatas)
Al 2 O 3	Al(OH) 3	HALO 2	AlO 2 —	KALO 2	Metaaliuminatas (aliuminatas)
Fe2O3	Fe(OH)3	HFeO 2	FeO 2 -	KFeO 2	Metaferatas (BET NE FERATAS)
	Sn(OH)2	H2SnO2	SnO 2 2-	K2SnO2
	Pb(OH)2	H2PbO2	PbO 2 2-	K 2 PbO 2
SnO 2	Sn(OH)4	H2SnO3	SnO 3 2-	K2SnO3	MetastannAT (stannatas)
PbO2	Pb(OH)4	H2PbO3	PbO 3 2-	K2PbO3	MetablumbAT (plumbatas)
Cr2O3	Cr(OH)3	HCrO 2	CrO2 -	KCrO 2	Metachromat (BET NE CHROMATAS)

Amfoterinių junginių sąveika su šarmų tirpalais (čia tik šarmai).

Vieningame valstybiniame egzamine tai vadinama „aliuminio hidroksido (cinko, berilio ir kt.) šarmu ištirpinimu“. Taip yra dėl amfoterinių hidroksidų sudėtyje esančių metalų gebėjimo, esant hidroksido jonų pertekliui (šarminėje terpėje), prijungti šiuos jonus prie savęs. Susidaro dalelė, kurios centre yra metalas (aliuminis, berilis ir kt.), kurį supa hidroksido jonai. Ši dalelė dėl hidroksido jonų tampa neigiamai įkrauta (anijonu), ir šis jonas bus vadinamas hidroksoaliuminatu, hidroksocinkatu, hidroksoberiliatu ir kt. Be to, procesas gali vykti įvairiai, metalas gali būti apsuptas skirtingu hidroksido jonų skaičiumi.

Mes apsvarstysime du atvejus: kai metalas yra apsuptas keturi hidroksido jonai, ir kai jis yra apsuptas šeši hidroksido jonai.

Užrašykime sutrumpintą šių procesų joninę lygtį:

Al(OH)3 + OH - → Al(OH)4 -

Gautas jonas vadinamas tetrahidroksoaliuminato jonu. Priešdėlis „tetra“ pridedamas, nes yra keturi hidroksido jonai. Tetrahidroksoaliuminato jonas turi - krūvį, nes aliuminis turi 3+ krūvį, o keturi hidroksido jonai - 4-, iš viso pasirodo -.

Al (OH) 3 + 3OH - → Al (OH) 6 3-

Šioje reakcijoje susidaręs jonas vadinamas heksahidroksoaliuminato jonu. Priešdėlis „hekso-“ pridedamas, nes yra šeši hidroksido jonai.

Būtina pridėti priešdėlį, nurodantį hidroksido jonų kiekį. Nes jei rašote tik „hidroksoaliuminatas“, neaišku, kurį joną turite omenyje: Al (OH) 4 - ar Al (OH) 6 3 -.

Kai šarmas reaguoja su amfoteriniu hidroksidu, tirpale susidaro druska. Kurio katijonas yra šarminis katijonas, o anijonas yra sudėtingas jonas, kurio susidarymą nagrinėjome anksčiau. Anijonas yra viduje laužtiniai skliaustai.

Al (OH) 3 + KOH → K (kalio tetrahidroksoaliuminatas)

Al (OH) 3 + 3KOH → K 3 (kalio heksahidroksoaliuminatas)

Kokią tiksliai (heksa- ar tetra-) druską rašote kaip produktą, nesvarbu. Net USE atsakymuose rašoma: „... K 3 (leistina formuotis K). Svarbiausia nepamiršti, kad visi indeksai būtų teisingai pritvirtinti. Stebėkite mokesčius ir saugokite nepamirškite, kad jų suma turi būti lygi nuliui.

Be amfoterinių hidroksidų, amfoteriniai oksidai reaguoja su šarmais. Prekė bus tokia pati. Tik jei reakciją parašysite taip:

Al 2 O 3 + NaOH → Na

Al 2 O 3 + NaOH → Na 3

Tačiau šios reakcijos nesusilygins. Būtina įpilti vandens į kairę pusę, nes sąveika vyksta tirpale, ten yra pakankamai vandens ir viskas išsilygins:

Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O → 2Na

Al2O3 + 6NaOH + 3H2O → 2Na3

Be amfoterinių oksidų ir hidroksidų, kai kurie ypač aktyvūs metalai sąveikauja su šarmų tirpalais, kurie sudaro amfoterinius junginius. Būtent tai yra: aliuminis, cinkas ir berilis. Norint išlyginti, kairiesiems taip pat reikia vandens. Be to, pagrindinis skirtumas tarp šių procesų yra vandenilio išsiskyrimas:

2Al + 2NaOH + 6H 2O → 2Na + 3H 2

2Al + 6NaOH + 6H2O → 2Na3 + 3H2

Žemiau esančioje lentelėje pateikiami dažniausiai pasitaikantys amfoterinių junginių savybių pavyzdžiai atliekant egzaminą:

Amfoterinė medžiaga		Druskos pavadinimas
Al2O3 Al(OH)3		Natrio tetrahidroksoaliuminatas	Al(OH) 3 + NaOH → Na Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O → 2Na 2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2
	Na 3	Natrio heksahidroksoaliuminatas	Al(OH) 3 + 3NaOH → Na 3 Al 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O → 2Na 3 2Al + 6NaOH + 6H 2 O → 2Na 3 + 3H 2
Zn(OH)2	K2	Natrio tetrahidroksocinkatas	Zn(OH) 2 + 2NaOH → Na 2 ZnO + 2NaOH + H 2 O → Na 2 Zn + 2NaOH + 2H 2 O → Na 2 + H 2
	K4	Natrio heksahidroksocinkatas	Zn(OH) 2 + 4NaOH → Na 4 ZnO + 4NaOH + H 2 O → Na 4 Zn + 4NaOH + 2H 2 O → Na 4 + H 2
Be(OH)2	Li 2	Ličio tetrahidroksoberiliatas	Būk (OH) 2 + 2LiOH → Li 2 BeO + 2LiOH + H 2 O → Li 2 Be + 2LiOH + 2H 2 O → Li 2 + H 2
	Li 4	Ličio heksahidroksoberiliatas	Būk (OH) 2 + 4LiOH → Li 4 BeO + 4LiOH + H 2 O → Li 4 Be + 4LiOH + 2H 2 O → Li 4 + H 2
Cr2O3 Cr(OH)3		Natrio tetrahidroksochromatas	Cr(OH) 3 + NaOH → Na Kr 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O → 2Na
	Na 3	Natrio heksahidroksochromatas	Cr(OH) 3 + 3NaOH → Na 3 Kr 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O → 2Na 3
Fe2O3 Fe(OH)3		Natrio tetrahidroksoferatas	Fe(OH) 3 + NaOH → Na Fe 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O → 2Na
	Na 3	Natrio heksahidroksoferatas	Fe(OH) 3 + 3NaOH → Na 3 Fe 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O → 2Na 3

Šiose sąveikose gautos druskos reaguoja su rūgštimis, sudarydamos dvi kitas druskas (tam tikros rūgšties ir dviejų metalų druskas):

2Na 3 + 6H 2 TAIP 4 → 3Na 2 TAIP 4 + Al 2 (TAIP 4 ) 3 + 12H 2 O

Tai viskas! Nieko sudėtingo. Svarbiausia nesupainioti, prisiminti, kas susidaro sintezės metu, kas yra tirpale. Labai dažnai susiduriama su užduotimis šia tema B dalys.

Cinkas – antrosios grupės, D. I. Mendelejevo cheminių elementų periodinės sistemos ketvirtojo periodo, šoninio pogrupio elementas, kurio atominis skaičius 30. Jis žymimas simboliu Zn (lot. Zincum). Paprasta medžiaga cinkas įprastomis sąlygomis yra trapus melsvai baltos spalvos pereinamasis metalas (ore jis susitepa, pasidengdamas plonu cinko oksido sluoksniu).

Ketvirtajame periode cinkas yra paskutinis d elementas, jo valentiniai elektronai 3d 10 4s 2 . Formuojant cheminius ryšius dalyvauja tik išorinio energijos lygio elektronai, nes d 10 konfigūracija yra labai stabili. Junginiuose cinko oksidacijos laipsnis yra +2.

Cinkas yra reaktyvus metalas, pasižymi ryškiomis redukuojančiomis savybėmis, yra prastesnis už šarminių žemių metalus. Rodo amfoterines savybes.

Cinko sąveika su nemetalais
Stipriai kaitinant ore, jis dega ryškia melsva liepsna ir susidaro cinko oksidas:
2Zn + O2 → 2ZnO.

Užsidegęs jis intensyviai reaguoja su siera:
Zn + S → ZnS.

Įprastomis sąlygomis, kai katalizatorius yra vandens garai, jis reaguoja su halogenais:
Zn + Cl 2 → ZnCl 2 .

Fosforo garams veikiant cinką, susidaro fosfidai:
Zn + 2P → ZnP 2 arba 3Zn + 2P → Zn 3 P 2 .

Cinkas nesąveikauja su vandeniliu, azotu, boru, siliciu, anglimi.

Cinko sąveika su vandeniu
Raudonai karštyje reaguoja su vandens garais, sudarydamas cinko oksidą ir vandenilį:
Zn + H 2 O → ZnO + H 2.

Cinko sąveika su rūgštimis
Elektrocheminėje metalų įtampų serijoje cinkas yra prieš vandenilį ir išstumia jį iš neoksiduojančių rūgščių:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2;
Zn + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + H 2.

Reaguoja su praskiesta azoto rūgštimi, sudarydamas cinko nitratą ir amonio nitratą:
4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O.

Reaguoja su koncentruotomis sieros ir azoto rūgštimis, sudarydamas cinko druską ir rūgšties redukcijos produktus:
Zn + 2H2SO4 → ZnSO4 + SO2 + 2H2O;
Zn + 4HNO3 → Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Cinko sąveika su šarmais
Reaguoja su šarminiais tirpalais, sudarydami hidrokso kompleksus:
Zn + 2NaOH + 2H 2O → Na 2 + H2

susiliejus susidaro cinkai:
Zn + 2KOH → K 2 ZnO 2 + H 2 .

Sąveika su amoniaku
Su dujiniu amoniaku 550–600°C temperatūroje susidaro cinko nitridas:
3Zn + 2NH3 → Zn3N2 + 3H2;
ištirpsta vandeniniame amoniako tirpale, sudarydamas tetraamincinko hidroksidą:
Zn + 4NH3 + 2H 2O → (OH) 2 + H2.

Cinko sąveika su oksidais ir druskomis
Cinkas išstumia metalus įtempių eilėje į dešinę nuo druskų ir oksidų tirpalų:
Zn + CuSO 4 → Cu + ZnSO 4;
Zn + CuO → Cu + ZnO.

Cinko(II) oksidas ZnO - balti kristalai kaitinami įgauna geltoną spalvą. Tankis 5,7 g/cm 3, sublimacijos temperatūra 1800°C. Esant aukštesnei nei 1000 ° C temperatūrai, jis redukuojamas į metalinį cinką su anglimi, anglies monoksidu ir vandeniliu:
ZnO + C → Zn + CO;
ZnO + CO → Zn + CO 2;
ZnO + H 2 → Zn + H 2 O.

Nesąveikauja su vandeniu. Pasižymi amfoterinėmis savybėmis, reaguoja su rūgščių ir šarmų tirpalais:
ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O;
ZnO + 2NaOH + H2O → Na 2.

Kai susilieja su metalų oksidais, susidaro cinkai:
ZnO + CoO → CoZnO 2 .

Sąveikaujant su nemetalų oksidais, susidaro druskos, kur yra katijonas:
2ZnO + SiO 2 → Zn 2 SiO 4,
ZnO + B 2 O 3 → Zn(BO 2) 2.

Cinko (II) hidroksidas Zn(OH) 2 - bespalvė kristalinė arba amorfinė medžiaga. Tankis 3,05 g / cm 3, esant aukštesnei nei 125 ° C temperatūrai, suyra:
Zn(OH) 2 → ZnO + H 2 O.

Cinko hidroksidas pasižymi amfoterinėmis savybėmis, lengvai tirpsta rūgštyse ir šarmuose:
Zn(OH)2 + H2SO4 → ZnSO4 + 2H2O;
Zn(OH)2 + 2NaOH → Na 2;

taip pat lengvai tirpsta vandeniniame amoniake, sudarydamas tetraamincinko hidroksidą:
Zn(OH)2 + 4NH3 → (OH)2.

Jis gaunamas baltų nuosėdų pavidalu, kai cinko druskos reaguoja su šarmais:
ZnCl 2 + 2NaOH → Zn(OH) 2 + 2NaCl.

Abu pagrindiniai pirometalurginių procesų etapai – redukcija distiliuojant ir cinko kondensacija – yra tiek teorinės, tiek praktinės svarbos.

Atkūrimo procesai

Restauruojamas cinko aglomeratas, kuriame yra laisvojo oksido, feritų, silikatų ir cinko aliuminatų, cinko sulfido ir sulfato bei kitų metalų oksidų ir feritų.
Metalų oksidų redukcijos procesai vyksta tiek kietoje fazėje (retortos ir šachtinės krosnys), tiek skystojoje fazėje (elektrinės krosnys). Reduktoriai gali būti kieta anglis, anglies monoksidas, vandenilis ir metalinė geležis. Svarbiausi yra anglies monoksidas CO ir metalinė geležis.
Yra dvi teorijos apie metalų oksidų redukciją anglies monoksidu „dviejų pakopų“ A.A. Baikovas ir „adsorbcijos katalizatorius“ G.I. Chufarovas.
Pagal pirmąją teoriją oksidai pirmiausiai disocijuoja į metalą ir deguonį pagal reakciją 2MeO=2Me+O2, o po to išsiskyręs deguonis susijungia su reduktoriumi pagal lygtį O2+2CO=2CO2. Priklausomai nuo temperatūros, oksido disociacijos produktas gali būti kietas, skystas arba dujinis metalas. Abu sveikimo etapai vyksta nepriklausomai ir linkę į pusiausvyrą. Bendras reakcijų rezultatas priklauso nuo sąlygų, kuriomis jos vyksta.
Šiuolaikiškesnė G.I. Chufarovas numato tris redukcijos etapus: redukuojančių dujų adsorbciją ant oksido paviršiaus, patį redukcijos procesą ir dujinio produkto pašalinimą iš reakcijos paviršiaus. Apskritai šią teoriją galima apibūdinti tokiomis lygtimis:

Pažymėtina, kad pagal abi teorijas bendra reakcija, išreiškianti sąveikaujančių medžiagų stechiometrinį santykį, yra tokia pati:

Panagrinėkime atskirų komponentų elgseną cinko aglomerato redukavimo procese.
Cinko junginiai. Aglomerate gali būti ZnO, ZnO*Fe2O3, ZnO*SiO2, ZnO*Al2O3, ZnSO4 ir ZnS.
Cinko oksidas, priklausomai nuo mišinio terminio apdorojimo sąlygų ir jo sudėties, gali būti redukuojamas įvairiais reduktoriais.
Vandenilis, metanas ir įvairūs angliavandeniliai šlapiame mišinyje susidaro dėl vandens skilimo ir lakiųjų anglių išsiskyrimo.Vandilis ir metanas reakcijomis redukuoja ZnO.

Atsigavimo pradžia jau pastebima ties 450-550°. Šios reakcijos nėra reikšmingos ir vyksta tik pradiniame distiliavimo horizontaliose retortose periode.
Esant aukštesnei nei 600° temperatūrai, galimas tiesioginis cinko oksido redukavimas kietąja anglimi. 2ZnO+G⇔2Zn+CO2. Reakcijos intensyvumą riboja ribotas kietųjų dalelių difuzijos greitis, todėl praktinės reikšmės neturi. Virš 1000° vyksta pagrindinė cinko oksido redukcijos su anglies monoksidu ZnO+CO⇔Zn+CO2 reakcija. Šios reakcijos pusiausvyros konstanta, kai gaunamas vienas metalinis cinkas tik garų būsenoje, galima rasti iš lygties

Iš lygties išplaukia, kad srauto kryptis priklauso nuo CO ir CO2 koncentracijų santykio dujų fazėje, kurį lemia gerai žinoma Buduaro kreivė. Ant pav. 12 parodyta galima dujų fazės sudėtis distiliavimo krosnies mufelyje. Aukštesnėje nei 1000° temperatūroje anglies dioksidas negali egzistuoti esant anglies ir reaguoja su pastarąja reakcijoje CO2+C=2CO.

Taigi, norint sėkmingai redukuoti ZnO anglies monoksidu, būtina sudaryti palankias sąlygas vykti dviem reakcijoms: ZnO + CO⇔Zn + CO2 ir CO2 + C⇔2CO, būtent: turėti aukštą proceso temperatūrą (esant ne mažiau kaip 1000 °), didelis redukuojančio agento perteklius ir įkrovos dujų pralaidumas, kurio pakanka greitai pašalinti dujas ir cinko garus.
Kai lydalo redukcija vyksta 1300-1400 ° (cinko elektroterminis), didelę reikšmę įgyja cinko oksido sąveika su metaline geležimi, vykstant reakcijai ZnO + Fe = Zn + FeO.Dėl šios reakcijos galimybės galima gauti aukštą cinko ir skystų šlakų su mažu metalų kiekiu sublimacijos laipsnį. Tuo pačiu metu šios reakcijos eiga horizontaliose retortose yra nepageidautina dėl galimo žemo lydymosi geležies junginių (matinių ir šlakų), kurie ardo mufelių sieneles, susidarymo.
Cinko feritas, esant žemesnei nei 900° temperatūrai ir kai trūksta anglies, sumažėja susidarant struktūriškai laisvam ZnO ir Fe3O4. Esant tokioms sąlygoms, feritą taip pat gali skaidyti kitų metalų oksidai. Esant aukštai temperatūrai, redukcijos procesas vyksta greitai ir susidaro metalinis cinkas, metalinis geležis arba geležies oksidas. Cinko ferito redukcija nesukelia ypatingų sunkumų atliekant distiliavimą.
Cinko silikatus taip pat lengvai redukuoja anglis ir metalinė geležis. 1100-1200° temperatūroje cinkas visiškai redukuojasi iš silikatų.
Cinko aliuminatai arba špineliai yra labai ugniai atsparūs junginiai. Skirtingai nuo silikatų, retortinėse krosnyse jie nesumažėja.
Cinko sulfatas, kurio aglomerate yra nedideliais kiekiais, anglies ir anglies monoksido redukuoja į sulfidą ir disocijuoja išskirdamas sieros dioksidą, o vyksta reakcijos:

Cinko sulfido susidarymas pagal paskutinę reakciją vyksta dujų fazėje.
Cinko sulfidas praktiškai nesumažėja distiliuojant retortose ir pereina į apvadą. Elektrinės krosnies vonioje cinko sulfidą gali suskaidyti geležis esant 1250-1300° reakcijai ZnS+Fe=Zn+FeS.
Švino ir kadmio junginiai. Aglomerate švinas yra oksiduotų junginių: laisvojo oksido, silikatų, feritų ir iš dalies sulfato pavidalu. Švinas iš šių junginių lengvai paverčiamas metaliniu švinu ir tam tikru mastu sublimuojasi, užteršdamas skystą cinką. Sublimuoto švino kiekis priklauso nuo proceso temperatūros. Retortose didžioji dalis švino lieka ratlankiuose. Šachtinėse ir elektrinėse krosnyse, kur proceso temperatūra aukštesnė, didžioji dalis švino paverčiama cinku. Padidėjęs švino kiekis aglomerate destruktyviai veikia retortų sieneles. Todėl, norint sugerti išsilydžiusį šviną, įkrovoje reikia padidinti anglies kiekį.
Kadmio oksidas redukuojamas žemesnėje nei cinko oksido temperatūroje. Šio metalo garų slėgis yra didesnis nei cinko. Periodinio proceso metu kadmis sublimuojasi distiliavimo pradžioje, todėl pirmosios kondensuoto cinko dalys yra praturtintos kadmiu.
Švino ir kadmio priemaišos sumažina gatavo cinko rūšį.
Arseno ir stibio junginiai. Arsenas ir stibis dėl savo lakumo, kaip ir švinas ir kadmis, užteršia distiliavimo produktus. Didesni oksidai As2Os ir Sb2O5, arsenatai ir antimonatai redukuojami anglies iki mažesnio lakumo oksidų As2O3, Sb2O3 ir iki metalinės būsenos. Kai kurie iš jų yra įstrigę kondensatoriuje kartu su cinku.
Vario junginiai lengvai redukuojami anglies turinčiais reduktoriais, tačiau lieka kietose arba skystose distiliavimo liekanose. Jei įkrovoje yra tam tikras sieros kiekis, varis pereina į matinį. Jei sieros nėra, varis su geležimi sudaro varinį ketų, kurio didelis kiekis gaunamas elektrinėse krosnyse.
geležies junginiai. Oksiduotų geležies junginių elgseną redukcijos procese lemia proceso sąlygos, temperatūra ir dujų fazės sudėtis. Retortose ir elektrinėse krosnyse gaunama daug metalinės geležies. Šachtinėje krosnyje geležies oksidas redukuojamas į oksidą ir pereina į šlaką.
Auksas ir sidabras normaliomis sąlygomis nesublimuojasi ir, priklausomai nuo proceso pobūdžio, lieka apvaduose arba pasiskirsto tarp ketaus, matinės ir šlako. Kai į įkrovą įpilama chlorido druskų, dalis tauriųjų metalų sublimuojasi ir kondensuojasi distiliavimo produktuose.
Reti ir išsibarstę elementai. Redukuojančioje aplinkoje esant aukštai temperatūrai didžioji dalis talio, indio ir seleno sublimuojasi. Iki pusės germanio ir telūro taip pat pereina į sublimatus.Nemaža dalis galio lieka distiliavimo liekanose.
Silicio dioksidas, aliuminio oksidas, šarminių metalų oksidai ir sulfatai sąveikauja su kitais krūvio junginiais ir sudaro šlaką.

cinko kondensacija

Pagrindinis sunkumas praktiškai įgyvendinant cinko garų kondensacijos procesą yra tas, kad nemaža dalis metalo pereina ne į skystą, o į kietą fazę, turinčią dulkių dalelių formą, atskirtą oksido plėvelėmis. Todėl kiaulių cinko išeiga neviršija 70–75 proc.
Cinko garų slėgio priklausomybę nuo temperatūros, tyrė K. Mayer, parodo kreivė pav. 13. Virš kreivės yra persočiųjų, o žemiau - nesočiųjų garų plotas. Cinko garų rasos taškas be kitų dujų priemaišų, esant 1 atm slėgiui, yra 906°. Praktiškai mufelinių, elektrinių ir šachtinių krosnių dujose, kuriose cinko garai skiedžiami CO ir CO2, dalinis cinko garų slėgis nesiekia 0,5 atm. Retortinėse dujose pradiniame distiliavimo periode jis yra apie 300 mm Hg, o šachtinės krosnies viršutinėse dujose - tik 30-40 mm Hg. Art. Cinko kondensacija iš šių dujų prasidės atitinkamai 820–830 ir 650–660° temperatūroje.
Norint visiškai kondensuotis, būtina, kad dujų temperatūra kondensatoriaus išėjimo angoje būtų artima cinko lydymosi temperatūrai, kuriai esant garų slėgio pusiausvyros vertė yra minimali. Praktiškai kondensacija baigiasi 500° kampu. Esant tokioms sąlygoms, cinko garų, išmetamų į atmosferą dujų, nuostoliai yra maždaug 0,4%.

Tačiau pats temperatūros režimo laikymasis negarantuoja viso cinko gavimo skystu pavidalu, o dalis jo, kaip minėta aukščiau, gaunama dulkių pavidalu. Tai paaiškinama įvairiomis priežastimis. Pastebėta, kad cinko garų kondensacija į skystąją fazę sėkmingiau vyksta ant išgaubto mažo kreivio spindulio kietųjų kūnų paviršiaus ir ant paviršių, sudrėkintų skystu cinku. Kad kondensacija būtų sėkminga, būtina, kad kondensatoriaus paviršius iki jo tūrio neviršija tam tikros vertės. Dėl to, kad kondensatas daugiausia prasideda ant sienų, būtina užtikrinti tam tikrą dujų buvimo kondensatoriuje laiką ir neleisti joms per staigiai atvėsti. Esant dideliam dujų, prisotintų cinko garais, kiekiui, neįmanoma užtikrinti veiksmingos kondensacijos be specialių priemonių. kurios apima dujų burbuliavimą per cinko vonią ir jų purškimą išlydytu cinku ir švinu.
Taip pat svarbios cheminės kondensacijos sąlygos. Esant dideliam CO2 kiekiui dujose, lašelių paviršius oksiduojasi. Cinkas, kuris neleidžia jiems susijungti į kompaktišką masę.
Taigi cinko garų kondensacijos greičiui ir baigtumui įtakos turi: dalinis cinko garų slėgis, temperatūra, dujų mišinio greitis (ne daugiau kaip 5 cm/s), kitų dujų ir mechaninių suspensijų buvimas, forma. , kondensatoriaus dydis ir medžiaga.

17.12.2019

Far Cry serija ir toliau džiugina savo žaidėjus stabilumu. Tiek laiko tampa aišku, ką reikia daryti šiame žaidime. Medžioklė, išgyvenimas, gaudymas...

16.12.2019

Kuriant gyvenamosios erdvės dizainą ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas svetainės interjerui – jis taps jūsų „visatos“ centru....

15.12.2019

Neįmanoma įsivaizduoti namo statybos be pastolių. Kitose ūkinės veiklos srityse tokios struktūros taip pat naudojamos. NUO...

14.12.2019

Kaip nuolatinio metalo gaminių sujungimo būdas, suvirinimas pasirodė šiek tiek daugiau nei prieš šimtmetį. Tuo pačiu metu jo svarbos negalima pervertinti. AT...

14.12.2019

Optimizuoti erdvę aplink yra nepaprastai svarbu tiek mažiems, tiek dideliems sandėliams. Tai labai supaprastina darbą ir suteikia...

Amfoteriniai oksidai (turintys dvigubas savybes) daugeliu atvejų yra metalų oksidai, turintys mažą elektronegatyvumą. Priklausomai nuo išorinių sąlygų, jie pasižymi rūgštinėmis arba oksidinėmis savybėmis. Susidaro šie oksidai, kurie paprastai pasižymi tokiomis oksidacijos būsenomis: ll, lll, lV.

Amfoterinių oksidų pavyzdžiai: cinko oksidas (ZnO), chromo oksidas lll (Cr2O3), aliuminio oksidas (Al2O3), alavo oksidas ll (SnO), alavo oksidas lV (SnO2), švino oksidas ll (PbO), švino oksidas lV (PbO2) ), titano oksidas lV (TiO2), mangano oksidas lV (MnO2), geležies oksidas lll (Fe2O3), berilio oksidas (BeO).

Amfoteriniams oksidams būdingos reakcijos:

1. Šie oksidai gali reaguoti su stipriomis rūgštimis. Tokiu atveju susidaro tų pačių rūgščių druskos. Šio tipo reakcijos yra pagrindinio tipo savybių pasireiškimas. Pavyzdžiui: ZnO (cinko oksidas) + H2SO4 (druskos rūgštis) → ZnSO4 + H2O (vanduo).

2. Sąveikaujant su stipriais šarmais, pasireiškia amfoteriniai oksidai ir hidroksidai, tuo pačiu savybių dvilypumas (tai yra amfoteriškumas) pasireiškia dviejų druskų susidarymu.

Lydelyje, reaguojant su šarmu, susidaro vidutinė druska, pavyzdžiui:
ZnO (cinko oksidas) + 2NaOH (natrio hidroksidas) → Na2ZnO2 (bendra vidutinė druska) + H2O (vanduo).
Al2O3 (aliuminio oksidas) + 2NaOH (natrio hidroksidas) = ​​2NaAlO2 + H2O (vanduo).
2Al(OH)3 (aliuminio hidroksidas) + 3SO3 (sieros oksidas) = ​​Al2(SO4)3 (aliuminio sulfatas) + 3H2O (vanduo).

Tirpale amfoteriniai oksidai reaguoja su šarmu ir sudaro kompleksinę druską, pavyzdžiui: Al2O3 (aliuminio oksidas) + 2NaOH (natrio hidroksidas) + 3H2O (vanduo) + 2Na (Al (OH) 4) (natrio tetrahidroksoaliuminato kompleksinė druska).

3. Kiekvienas bet kurio amfoterinio oksido metalas turi savo koordinacinį numerį. Pavyzdžiui: cinkui (Zn) - 4, aliuminiui (Al) - 4 arba 6, chromui (Cr) - 4 (retai) arba 6.

4. Amfoterinis oksidas nereaguoja su vandeniu ir jame netirpsta.

Kokios reakcijos įrodo metalo amfoteriškumą?

Santykinai kalbant, amfoterinis elementas gali turėti tiek metalų, tiek nemetalų savybes. Panaši būdinga savybė yra ir A grupių elementams: Be (berilis), Ga (galis), Ge (germanis), Sn (alavas), Pb, Sb (stibis), Bi (bismutas) ir kai kurie kiti, kaip. taip pat daugelis elementų B -grupių yra Cr (chromas), Mn (manganas), Fe (geležis), Zn (cinkas), Cd (kadmis) ir kt.

Įrodykime cheminio elemento cinko (Zn) amfoteriškumą tokiomis cheminėmis reakcijomis:

1. Zn(OH)2 + N2O5 (dianitro pentoksidas) = ​​Zn(NO3)2 (cinko nitratas) + H2O (vanduo).
ZnO (cinko oksidas) + 2HNO3 = Zn(NO3)2 (cinko nitratas) + H2O (vanduo).

b) Zn(OH)2 (cinko hidroksidas) + Na2O (natrio oksidas) = ​​Na2ZnO2 (natrio dioksozinkatas) + H2O (vanduo).
ZnO (cinko oksidas) + 2NaOH (natrio hidroksidas) = ​​Na2ZnO2 (natrio dioksocinkatas) + H2O (vanduo).

Tuo atveju, jei elementas, turintis dvigubų savybių junginyje, turi šias oksidacijos būsenas, jo dvigubos (amfoterinės) savybės labiausiai pastebimos tarpinėje oksidacijos stadijoje.

Pavyzdžiui, chromas (Cr). Šis elementas turi šias oksidacijos būsenas: 3+, 2+, 6+. Esant +3, bazinės ir rūgštinės savybės išreiškiamos maždaug vienodai, tuo tarpu Cr +2 vyrauja bazinės, o Cr +6 – rūgštinės. Štai reakcijos, patvirtinančios šį teiginį:

Cr+2 → CrO (chromo oksidas +2), Cr(OH)2 → CrSO4;
Cr + 3 → Cr2O3 (chromo oksidas +3), Cr (OH) 3 (chromo hidroksidas) → KCrO2 arba chromo sulfatas Cr2 (SO4) 3;
Cr+6 → CrO3 (chromo oksidas +6), H2CrO4 → K2CrO4.

Daugeliu atvejų amfoteriniai cheminių elementų oksidai, kurių oksidacijos būsena yra +3, egzistuoja meta formoje. Kaip pavyzdį galima paminėti aliuminio metahidroksidą (cheminė formulė AlO (OH) ir geležies metahidroksidą (cheminė formulė FeO (OH)).

Kaip gaunami amfoteriniai oksidai?

1. Patogiausias būdas juos gauti – nusodinti iš vandeninio tirpalo, naudojant amoniako hidratą, tai yra silpną bazę. Pavyzdžiui:
Al (NO3) 3 (aliuminio nitratas) + 3 (H2OxNH3) (vandeninis hidratas) \u003d Al (OH) 3 (amfoterinis oksidas) + 3NH4NO3 (reakcija vykdoma dvidešimties laipsnių temperatūroje).
Al(NO3)3 (aliuminio nitratas) + 3(H2OxNH3) (amoniako hidrato vandeninis tirpalas) = ​​AlO(OH) (amfoterinis oksidas) + 3NH4NO3 + H2O (reakcija vykdoma 80 °C temperatūroje)

Tokiu atveju, vykstant tokio tipo mainų reakcijai, esant šarmų pertekliui, jis nenusės. Taip yra dėl to, kad aliuminis tampa anijonu dėl savo dvigubų savybių: Al (OH) 3 (aliuminio hidroksidas) + OH- (perteklinis šarmas) = ​​- (aliuminio hidroksido anijonas).

Šio tipo reakcijų pavyzdžiai:
Al (NO3) 3 (aliuminio nitratas) + 4NaOH (natrio hidroksido perteklius) = 3NaNO3 + Na (Al (OH) 4).
ZnSO4 (cinko sulfatas) + 4NaOH (natrio hidroksido perteklius) = Na2SO4 + Na2 (Zn (OH) 4).

Šiuo atveju susidarančios druskos priklauso Juose yra šie kompleksiniai anijonai: (Al (OH) 4) - ir taip pat (Zn (OH) 4) 2 -. Taip šios druskos vadinamos: Na (Al (OH) 4) - natrio tetrahidroksoaliuminatas, Na2 (Zn (OH) 4) - natrio tetrahidroksocinkatas. Aliuminio arba cinko oksidų sąveikos su kietu šarmu produktai vadinami skirtingai: NaAlO2 - natrio dioksoaliuminatas ir Na2ZnO2 - natrio dioksocinkatas.