ОСНОВНЫЕ ПРИРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ПРИНЦИПЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗ НИХ ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ

АЗОТ: Большая часть азота находится в природе в свободном состоянии. Свободный азот является главной составной частью воздуха, который содержит 78,2 % (об.) азота. Неорганические соединения азота не встречаются в природе в больших количествах, если не считать натриевую селитру NaNO3(чилийская селитра), образующую мощные пласты на побережье Тихого океана в Чили. Почва содержит незначительные количества азота, преимущественно в виде солей азотной кислоты. Но в виде сложных органических соединений — белков — азот входит в состав всех живых организмов. Превращения, которым подвергаются белки в клетках растений и животных, составляют основу всех жизненных процессов. Без белка нет жизни, а так как азот является обязательной составной частью белка, то понятно, какую важную роль играет этот элемент в живой природе. Общее содержание азота в земной коре (включая гидросферу и атмосферу) составляет 0,04 % (масс).

Получение азота из воздуха сводится в основном к отделению его от кислорода. В промышленности это осуществляется путем испарения жидкого воздуха в специальных установках.(Фракционная перегонка жидкого воздуха)

В лабораториях обычно пользуются азотом, поставляемым в баллонах под повышенным давлением или в сосудах Дьюара, Можно получать азот разложением некоторых его соединений, например нитрита аммония NH4NO2

NH4NO2 = N2↑ + 2Н2O

В лаборатории азот получают также нагреванием смеси крепких растворов хлорида аммония и нитрита натрия. Сначала термически неустойчивый нитрит аммония, который разлагается:
NH4Cl+NaNO2=(t-нагревание)=N2+2H2O+NaCl

Азот также можно получить окислением аммиака, например бромом:

2NH3+3Br2=6HBr+N2

Наиболее чистый азот получается при термическом разложении

2NaN3=2Na+3N2

ФОСФОР: Из природных соединений фосфора самым важным является ортофосфат кальция Ca3(PO4)2, который в виде минерала фосфорита иногда образует большие залежи. В СССР богатейшие месторождения фосфоритов находятся в Южном Казахстане в горах Каратау. Часто встречается также минерал апатит, содержащий, кроме Са3(Р04)2, еще CaF2 или СаС12. Огромные залежи апатита были открыты в двадцатых годах нашего столетия на Кольском полуострове. Это месторождение по своим запасам самое большое в мире. Фосфор, как и азот, необходим для всех живых существ, так как он входит в состав некоторых белков как растительного, так и животного происхождения. В растениях фосфор содержится главным образом в белках семян, в животных организмах — в белках молока, крови, мозговой и нервной тканей. Кроме того, большое количество фосфора содержится в костях позвоночных животных в основном в виде соединений

ЗСа3(РO4)2∙ Са (ОН)2 и ЗСа3(РO4)2∙СаСO3-Н2O.

В виде кислотного остатка фосфорной кислоты фосфор входит в состав нуклеиновых кислот — сложных органических полимерных соединений, содержащихся во всех живых организмах. Эти кислоты принимают непосредственное участие в процессах передачи наследственных свойств живой клетки.

Сырьем для получения фосфора и его соединений служат фосфориты и апатиты. Природный фосфорит или апатит измельчают, смешивают с песком и углем и накаливают в печах с помощью электрического тока без доступа воздуха.

Чтобы понять происходящую реакцию, представим фосфат кальция как соединение оксида кальция с фосфорным ангидридом (ЗСаО∙Р205); песок же состоит в основном из диоксида кремния Si02. При высокой температуре диоксид кремния вытесняет

фосфорный ангидрид и, соединяясь с оксидом кальция, образует легкоплавкий силикат кальция CaSi03, а фосфорный ангидрид восстанавливается углем до свободного фосфора:

Са3(Р04)2 + 3SiO2 = 3CaSi03 + P2O5

Р2O5 + 5С = 2Р + 5СО

Складывая оба уравнения, получаем:

Са3(РO4)2 + 3SiO2 + 5С = 3CaSiO3 + 2Р + 5СО

Фосфор выделяется в виде паров, которые конденсируются в приемнике под водой.

МЫШЬЯК: Мышьяк встречается в природе большей частью в соединениях с металлами или серой и лишь изредка в свободном состоянии. Содержание мышьяка в земной коре составляет 0,0005 % (масс).

Обычно мышьяк получают из мышьяковистого колчедана FeAsS. При его нагревании в атмосфере воздуха образуется оксид мышьяка (III) As2O3, который далее восстанавливают углем до свободного мышьяка.

СУРЬМА: Сурьма обычно встречается в природе в соединении с серой — в виде сурьмяного блеска, или антимонита, Sb2S3. Несмотря на то, что содержание сурьмы в земной коре сравнительно невелико [0,00005 % (масс.)], сурьма была известна еще в глубокой древности. Это объясняется распространенностью в природе сурьмяного блеска и легкостью получения из него сурьмы. При прокаливании на воздухе сурьмяный блеск превращается в оксид сурьмы Sb2O3, из которого сурьма получается путем восстановления углем.

ВИСМУТ: Висмут — мало распространенный в природе элемент: содержание его в земной коре составляет 0,00002 % (масс). В природе он встречается как в свободном состоянии, так и в виде соединений —висмутовой охры Bi2O3 и висмутового блеска Bi2S3.

Мышьяк, сурьму и висмут в свободном состоянии получают обычно путем карбо- или металлотермического восстановления оксидов. Сульфидные минералы при этом предварительно подвергают окислительному обжигу. Поскольку мышьяк и его аналоги обычно ассоциированы со многими металлами, в процессе восстановления образуются интерметаллические сплавы (твердые растворы, эвтектические смеси, соединения). Для разделения компонентов сплавов в последнее время широко используется хлорная металлургия. Восстановленный продукт подвергают хлорированию. Летучие хлориды мышьяка, сурьмы и висмута отгоняют, подвергают дистилляции, а затем восстанавливают, например, водородом, цинком и т.п. Окончательная очистка мышьяка достигается вакуумной пересублимацией, чему способствует сравнительно высокая летучесть мышьяка.

Сурьму и висмут подвергают окончательной глубокой очистке методами направленной кристаллизации или зонной плавки. Такие методы очистки позволяют получить мышьяк, сурьму и висмут с суммарным содержанием примесей, не превосходящим 10^-4-10^-6 мас.долей,%.

Поиск по сайту: