Сутек
Табиғатта сутек бос және қосылыс күйінде болады. Күллі әлемді алатын болсақ, мұнда сутек ең көп тараған элемент. Күн бетін, жұлдыздарды, тұмандықтарды спектроскоппен, ал жұлдыз аралығындағы кеңістікті радиотелескоппен жәрдемімен қарап зерттегенде барлығында да сутектің өте көп екендігі білінеді. Сутек бос күйінде атмосфераның жоғарғы қабатында өте аз мөлшерде кездеседі. Жанар таулардың мұнай скважиналарынан шығатын газдардың құрамында болады. Қосылыстардың құрамындағы сутекті есептемесе, жердегі сутек өте сирек элементтердің бірі болар еді. Ал қосылыстардың құрамында химиялық байланысқан түрде өте көп сутек бар, мысалы, судың салмағының 11%, саз балшықтың 1,5% сутек үлесіне келеді. Оттек өсімдіктер мен жануарлар денесінде, мұндай, табиғат газдарында, кейбір минералдарда химиялық қосылысқан түрде болады. Жер қыртысы үш қабатының (атмосфера, гидросфера, литосфера) жалпы салмағының 1 проценті сутек.
Алу тәсілдері. Сутекті алатын сарқылмас қор – су. Бұл мақсатта суды көбіне таза түрде, кейде қышқыл немесе сілті ерітіп пайдаланады. Сутекті осы кезде табиғи газдардан да алатын болды.
Сутекті алудың тәсілдерін ғылыми негізі жағынан химиялық, физикалық және элетрохимиялық деп үшке бөлуге болады.
Су молекуласындағы сутек оттекпен өте берік қосылысқан. Судың бір молін (бу күйінде) айыру үшін 242,6 кДж керек. Демек, сутегін айырып алу үшін сумен реакцияластыратын затымыздың оттекпен қосылғыштығынан басым болуы қажет. Ондай заттар актив металдар мен оң зарядтылығы соларға жуық көміртек сияқты бейметалдар. Судағы сутек электронсыз ион Н+ күйіне жақын болады, сондықтан оң зарядтылығы күшті элементтер Н+ ионына электрондарын беріп, оны бейтарап атомға айналдырады. Судағы сутекті бөліп алудың химиялық негізі осы.
Техникада әсіресе аммиак синтездеуде сутек алу үшін көп қолданылатын химиялық әдістердің бірі – к о н в е р с и я тәсілі.
Өте қызған (1000° С шамасы) көмір бетімен су буын өткізсе, мынадай реакция жүреді:
С+Н2О СО+Н2
Бұл реакция кезінде түзілген көміртек оксиді де, сутек те жанғыш газдар. Бұлардың қоспасын су газы деп атап, техникада отын ретінде қолданады. Су газындағы сутекті бөліп алу үшін су газына су буын араластырып, қоспасын қыздырған темір оксидінің (катализитор) үстімен өткізеді. Бұл реакциядан
СО+Н2О Н2+СО2
шыққан көміртек диоксиді сутектен оңай ажыратылады; ол үшін осы шыққан газдар қоспасын өте қысып (2*103 кПа), сумен жуады.
Соңғы реакцияны су г а з ы н ы ң к о н в е р с и я с ы деп атайды. Темір оксиді тек қана катализатор қызметін атақарады. Төмен температурада конверсия өте баяу жүреді, жоғары температурада тепе-теңдік кері ауады, сондықтан температураны 450-500 дейін көтереді және су буын теңдік бойынша керегінен анағұрлым артық алады.
Сутекті конверсия арқылы алу ең арзан жолдың бірі; кейде су газының орнына, ішінде көміртек оксиді бар басқа газдар қоспасын, мысалы, генератор газын, қолданады.
Химиялық тәсілдің тағы біреуін т е м і р – бу тәсілі деп атайды, бұл ертеден келе жатқан, бірақ қазір мәні кеміген тәсіл. Мұнда, 700° дейін қыздырған темір және темір (ІІ) оксиді мен судың буы әрекеттеседі.
Н2О+Fe=FeO+H2 ΔHº=-37.2 кДж/моль
Н2О+3FeO=Fe3O4+H2 ΔHº=-69.8 кДж/моль
Бұл рекцияда алынған су буының жартысы ғана сутекке айналады. Мына шыққан темір қағын су газымен әрекеттесітіргенде, жаңағы жазылған реакциялар кері жүріп, темір алынып, ол қайтадан іске қосылады:
Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2
Fe3O4+4H2=3Fe+4H2O
Бұл тәсілмен сутекті алу үздікті процес с болуы, су буының және су газының артық шығыны және оның үстіне алынған сутектің керектідей таза болмауы, бұл тәсілді экономика жағынан қолайсыз етеді.
Соңғы 10-15 жылда кең қолданылып келе жатқан әдістің бірі сутекті метаннан алу. АҚШ-та аммиак синтездеу үшін жұмсалатын сутектің 70 процентіне жуығы метаннан алынады. Совет Одағында табиғи газдар көп, жыл сайын олардың өндірісі өсуде. Табиғи газдардың кейбіреулерінде 90-99%, кокс газдарында 25-30% метан болады, көмірді шала кокстегенде де ішінде метаны көп газдар шығады, метан мұнай өндірісінде де шығатын газдар қоспасында болады.
Метандағы сутекті түрліше әдіспен алады:
1) метанды крекингілеу (қыздырып айыру):
СН4=C+2H2 ΔHº=70.7 кДж/моль
Метанды ішін отқа берік қыш қалыппен толтырған пештерде крекингілейді. Бұл процесс екі сатыда өтеді. Бірінші сатыда метанды ауамен араластырып, тұтандырып пештің ішін 1100 градусқа дейін қыздырады. Екінші сатыда пешке метанның өзін ғана жібереді, осы кезде жоғарыда жазылған эндотермиялық реакция жүре бастайды, пеш 900º-қа дейін суыған кезде оны қайтадан қыздыра бастайды.
Крекингтен шыққан сутекті аралас шыққан – метан, көміртек оксиді мен диоксиді, ацетилен, этилен, нафталин тағы басқаларынан тазартады.
Крекинг процесі нәтижесінде сутекпен бірге күйе шығады. Кейде, крекингті сутек алу емес, күйе алу үшін ғана жүргізеді.
2) метан мен су буының әрекеттесуі:
СН4+Н2О=CО+3H2 ΔHº=205,8 кДж/моль
3) метанның көміртек диоксидімен, не болмаса көміртек диоксиді және су буы қоспасымен әрекеттесуі:
СН4+СО2=2CО+2H2 ΔHº=251,4 кДж/моль немесе
3СН4+СО2+2Н2О=4CО+8H2 ΔHº=663,5 кДж/моль
4) метанның оттекпен әрекеттесуі:
СН4+О2=2CО+4H2 ΔHº=-67,3 кДж/моль
Бұл әдістердің, біріншісінен басқасының бәрінде де сутекпен аралас едәуір мөлшерде көміртек оксиді түзіледі. Сутекті көп алу үшін бұл газдарды конверсиялайды.
Кокс газын қатты салқындату – сутекті алудың физикалық тәсіліне жатады. Тас көмірді 900 - 1200º-та құрғақ айдағанда, ішінде 60%-ке дейін сутек бар, к о к с г а з ы деп аталатын, газдар қоспасы түзіледі. Осының ішінде сутегін ажырату үшін оны қатты салқындатады (-190º). Бұл жағдайда сутектен басқа газдардың барлығы сұйылып, сутек газ күйінде қалады.
Сутек
Табиғатта сутек бос және қосылыс күйінде болады
СУТЕКТІ ҚОСЫЛЫСТАР (ГИДРИДТЕР)
Педагогикалық технология туралы түсінік
Коллоидтық жүйелердің электрлік қасиеттері
Сулы ерітінділердегі иондық тепе - теңдік
Атом-молекулалық ілім. Стехиометриялық заңдар
Сутектік байланыс
«Сутектік көрсеткіш» оқу - әдістемелік құрал
Биогенді S элементтерінің биологиялық ролі, қатынастарының медицинада қолданылуы
Мұнайхимиялық синтезден көмірсутекті шикізаттарды алу
Мұнай - көмірсутектер қоспасы болатын, жанатын майлы сұйықтық
Сутектік байланыс
Тотығу - тотықсыздану потенциалына сутек иондарының әсері
Қаныққан, қанықпаған көмірсутектер (алкан, алкен, алкин, диен) тақырыптарына - 60 сұрақ
Ароматты көмірсутектер тақырыбына - 40 сұрақ
Екінші бағыт - көмірсутек шикізатын өңдеу