мусина. Химическим синтезом
 Скачать 59 Kb.
|
|
Химическим синтезом называют совокупность последовательных операций, приводящих к получению нового химического вещества. Химический синтез решает три основные задачи: Получение известных веществ по известным методикам. Получение известных веществ с определенной заданной морфологией (высокодисперсных порошков, пленок, монокристаллов и др.). Получение новых, ранее неизвестных веществ. В начале знакомства с химическим экспериментом ставится задача получения известных веществ по известным методикам, овладение навыками выполнения основных операций. Методы синтеза неорганических соединений классифицируются по следующим признакам: по классам синтезируемых соединений (синтез оксидов, гидроксидов, кислот, солей и др.); по типам химических реакций, используемых в синтезе (гидрирование, гидролиз и др.); по агрегатному состоянию реагентов (синтез в газовой, жидкой и твердой фазах); по характеру используемой аппаратуры (синтез в вакууме, синтез под давлением, лазерный, ультразвуковой и др.); по количеству используемых реагентов (макро-, полумикро-, микросинтез). Ни одна из этих классификаций не является полной и не охватывает всё разнообразие методов синтеза неорганических веществ. Основными требования к реакциям синтеза являются: безопасность для здоровья человека; устойчивость реагентов и продуктов; невысокая стоимость реагентов и оборудования; возможность анализа полученного вещества; доступность очистки полученного вещества. Невозможно привести универсальную методику синтеза, для каждого индивидуального вещества необходим свой подход. Познакомимся с проведением синтеза веществ в различных условиях. 3.1. Реакции в водном растворе Для синтеза веществ в учебной лаборатории получение веществ в водном растворе представляет особый интерес, поскольку реакции в водном растворе протекают с большой скоростью, а методики синтеза достаточно просты и удобны. Для получения веществ в растворе могут быть использованы реакции различного типа: окислительно-восстановительные реакции, реакции ионного обмена, реакции комплексообразования. Взаимодействие в растворе позволяет обеспечить равномерное распределение вещества по всему объему раствора, высокую степень его диспергирования и высокую скорость диффузии реагентов, следовательно, большую скорость протекания химического взаимодействия. Скорость таких реакций мало зависит от температуры, они идут достаточно быстро уже при комнатной температуре. Однако скорость окислительно-восстановительных реакций и реакций с участием труднорастворимых веществ повышается при увеличении температуры. Реакции в гомогенных системах: синтез в газовой фазе, в жидкой фазе, в твердой фазе. Синтез в газовой фазе: является объектом применения закономерностей, следующих из закона химического равновесия. В препаративной неорганической химии реакция между потоками газов, требующие сложной аппаратуры, применяются ограниченно, но в промышленности используется достаточно много газовых реакций. С потоками газов работают преимущественно в тех случаях, когда реакции протекают очень быстро, являются сильно экзотермичными и сопровождаются воспламенением. Используя интенсивное глубокое охлаждение , можно выделить продукты реакции. Использование катализаторов: При медленно протекающих реакциях часто применяют твердые катализаторы, которые ускоряют процесс, что позволяет проводить реакцию при более низкой температуре, когда положение состояния равновесия значительно благоприятнее. Часто для этой же цели проводят реакцию в присутствии растворителя, иногда используют энергетическое воздействие. В случае если не достигают полноты реакции, летучие компоненты снова возвращают в реакционную зону. Понятие о цепных реакция: химические и ядерные реакции, в которых появление промежуточной активной частицы (свободного радикала, атома или возбуждённой молекулы — в химических, нейтрона — в ядерных процессах) вызывает большое число (цепь) превращений исходных молекул или ядер вследствие регенерации активной частицы в каждом элементарном акте реакции (в каждом звене цепи). Закономерности протекания реакций в газовых средах в большой степени связаны с учением о цепных реакциях. Синтез в жидкой фазе: осуществляется в соответствии с классическими законами химической кинетики и термодинамики. Неорганический синтез проводят в растворах либо путем смешения растворов исходных реагентов, либо путем введения одного или несколько веществ в раствор других реагентов. Синтез проводится как из водных, так и негодных растворов взаимодействующих веществ. Вода как растворитель: Вода является уникальным растворителем, и синтез в водных растворах является наиболее распространенным. Однако вследствие большой склонности ионов многих металлов образовывать аква- и гидроксокомплексы, вода часто осложняет проведение синтезов, и в таком случае оказываются полезными неводные растворители. Химиялық синтез жаңа химиялық заттарды алуға әкелетін тізбекті операциялардың жиынтығы деп аталады. Химиялық синтез үш негізгі міндетті шешеді: Белгілі әдістемелер бойынша белгілі заттарды алу. Белгілі бір морфологиямен белгілі заттарды алу (жоғары дисперсті ұнтақтар, пленкалар, монокристалдар және т.б.). Жаңа, бұрын белгісіз заттарды алу. Химиялық экспериментпен танысудың басында белгілі әдістемелер бойынша белгілі заттарды алу, негізгі операцияларды орындау дағдыларын меңгеру міндеті қойылады. Бейорганикалық қосылыстарды синтездеу әдістері келесі белгілерге қарай жіктеледі: синтезделген қосылыстар класы бойынша (оксидтер, гидроксидтер, қышқылдар, тұздар және т. б. синтезі)); синтезде қолданылатын химиялық реакциялардың түрлері бойынша (гидрирлеу, гидролиз және т. б.)); реагенттердің агрегаттық жағдайы бойынша (газ, сұйық және қатты фазалардағы синтез)); қолданылатын аппаратураның сипаты бойынша (вакуумдағы синтез, қысымдағы синтез, лазерлік, ультрадыбыстық және т. б.)); пайдаланылатын реагенттер саны бойынша (макро-, жартылай микро-, микросинтез). Осы классификациялардың ешқайсысы толық емес және бейорганикалық заттардың синтезі әдістерінің барлық алуан түрлілігін қамтымайды. Синтездің реакцияларына қойылатын негізгі талаптар: адам денсаулығы үшін қауіпсіздік; реагенттер мен өнімдердің тұрақтылығы; реагенттер мен жабдықтардың төмен құны; алынған затты талдау мүмкіндігі; алынған затты тазалаудың қол жетімділігі. Синтездің әмбебап әдістемесін келтіру мүмкін емес, әрбір жеке зат үшін өз тәсілі қажет. Әр түрлі жағдайларда заттардың синтезін жүргізумен танысамыз. 3.1. Су ерітіндісіндегі реакциялар Оқу зертханасында заттарды синтездеу үшін су ерітіндісінде заттарды алу ерекше қызығушылық тудырады, өйткені су ерітіндісіндегі реакциялар үлкен жылдамдықпен өтеді, ал синтездеу әдістемесі қарапайым және ыңғайлы. Ерітіндіде заттарды алу үшін әртүрлі түрдегі реакциялар қолданылуы мүмкін: тотығу-қалпына келтіру реакциялары, ион алмасу реакциялары, комплекс түзілу реакциялары. Ерітіндідегі өзара әрекеттесу заттың ерітіндінің барлық көлемі бойынша біркелкі таралуын, оның диспергирлеуінің жоғары деңгейін және реагенттердің диффузиясының жоғары жылдамдығын, демек, химиялық өзара әрекеттесудің үлкен жылдамдығын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Мұндай реакциялардың жылдамдығы температураға аз байланысты, олар бөлме температурасында жылдам жүреді. Алайда тотығу-қалпына келтіру реакциялары мен қиын еритін заттардың қатысуымен реакциялардың жылдамдығы температура ұлғайған кезде жоғарылайды. Гомогенді жүйелердегі реакциялар: газ фазасындағы, сұйық фазадағы, қатты фазадағы синтездеу. Газ фазасындағы Синтез: химиялық тепе-теңдік Заңының келесі заңдылықтарын қолдану объектісі болып табылады. Препаративті бейорганикалық химияда күрделі аппаратураны қажет ететін газ ағыны арасындағы реакция шектеулі қолданылады, бірақ өнеркәсіпте көптеген газ реакциялары қолданылады. Газ ағынымен көбінесе реакциялар өте тез өтетін, өте экзотермиялық болып табылатын және тұтанумен бірге жүретін жағдайларда жұмыс істейді. Қарқынды терең салқындатуды пайдалана отырып, реакция өнімдерін бөлуге болады. Катализаторларды пайдалану: Баяу өтетін реакциялар кезінде қатты катализаторларды жиі қолданады, олар процесті жылдамдатады, бұл тепе-теңдік жағдайының жағдайы едәуір қолайлы болған кезде неғұрлым төмен температурада реакция жүргізуге мүмкіндік береді. Осы мақсатта жиі еріткіштің қатысуымен реакция жүргізеді, кейде энергетикалық әсерді пайдаланады. Егер реакцияның толықтығына жетпеген жағдайда, ұшпалы компоненттер қайтадан реакциялық аймаққа қайтарылады. Тізбекті реакция туралы түсінік: химиялық және ядролық реакциялар, онда аралық активті бөлшектердің пайда болуы (еркін радикал, атом немесе қозған молекула — химиялық, нейтрон — ядролық процестерде) реакцияның әрбір Элементарлық актісінде активті бөлшектердің регенерациясы салдарынан бастапқы молекулалардың немесе ядролардың көп санын (тізбегін) тудырады. Газ ортасындағы реакциялардың өту заңдылықтары үлкен дәрежеде тізбекті реакциялар туралы оқумен байланысты. Сұйық фазадағы Синтез: химиялық кинетика мен термодинамиканың классикалық заңдарына сәйкес жүзеге асырылады. Бейорганикалық синтез ерітінділерде не бастапқы реагенттердің ерітінділерін араластыру жолымен не басқа реагенттердің ерітіндісіне бір немесе бірнеше заттарды енгізу жолымен жүргізіледі. Синтез өзара әрекеттесетін заттардың сулы және жарамсыз ерітінділерінен жүргізіледі. Су еріткіш ретінде: Су бірегей еріткіш болып табылады және су ерітінділерінде синтездеу ең кең таралған. Алайда, көптеген металл иондарының аква - және гидроксокешені түзуге бейімділігінің үлкен салдарынан су синтездерді жүргізуді жиі қиындатады және мұндай жағдайда пайдалы емес еріткіштер пайда болады. |