Текст выступления:

Азот қышқылы
1. Азот қышқылы: негізгі қасиеттер мен маңызы

Азот қышқылы – химиялық өнеркәсіптің маңызды элементі, күштi минералды қышқылдардың бірі. Бұл заттың индустрия мен ауыл шаруашылығында атқаратын рөлі зор, өйткені ол көптеген химиялық реакцияларда негіз ретінде қолданылады. Азот қышқылының қасиеттерін, шығу тарихын және оның өндіріс әдістері мен қолдану салаларын тереңірек зерттеу бүгінгі баяндаманың басты мақсаты болады.

2. Азот қышқылының пайда болуы мен зерттелуі

Азот қышқылының тарихы XIII ғасырдан басталады, сол кезден бері ол алхимиктер тарапынан "аква фортас" деп аталып, ерекше қызығушылық тудыратын химиялық қосылыс болды. 1776 жылы ағылшын ғалымы Джозеф Пристли мен швед химигі Карл Вильгельм Шееле осы қышқылдың таза түрін бөліп алып, оның қасиеттерін жан-жақты зерттеуге мүмкіндік жасады. Олар азот қышқылының металл өңдеу мен басқа өнеркәсіптік салаларда қолдану аясын ашты. Бұл жетістіктер химия ғылымының дамуында үлкен қадам болды және қышқылдың өндіріс көлемі ұлғайып, әртүрлі салаларда пайдалану басталды.

3. Азот қышқылының химиялық формуласы мен құрылымы

Азот қышқылының химиялық формуласы — HNO3. Ол азот, сутек және оттек атомдарының ерекше орналасуымен сипатталады. Молекула үш оттек атомы мен бір азот атомынан тұрады, ал сутек атомы молекулаға ион түрінде қосылады. Азот орталық атом ретінде орналасып, оған оттек атомдары ковалентті байланыспен жалғасады. Бұл құрылым азот қышқылының реактивтілігін және оның әртүрлі химиялық қосылыстармен әрекеттесуін анықтайтын үшбұрышты геометриясы арқылы ерекшеленеді.

4. Физикалық қасиеттері

Азот қышқылы таза күйінде түссіз, өткір иісі бар сұйықтық болып табылады. Оған уақыт өте келе пайда болатын NO2 газы әсерінен, әсіресе жарық түскенде, сары түске боялып кетеді. Бұл қасиет қышқылдың аудандық өзгерістері және құрылымының ерекшелігімен байланысты. Қышқылдың қайнау температурасы 83 градус Цельсийді құрайды және тығыздығы 1,51 грамм/см3 шамасында. Суда жақсы еритін бұл қышқыл суық температураларда ұшқыш және гигроскопиялық қасиеттерін сақтайды, яғни ауадағы ылғалды жақсы сіңіріп алады. Осы сапалар азот қышқылының көптеген өнеркәсіптік және зертханалық процестерде қолданылуына мүмкіндік береді.

5. Химиялық қасиеттері

Азот қышқылы химиялық тұрғыдан өте белсенді, оның күшті тотықтырғыш қасиеті бар. Бұл қасиет металдар мен бейметалдармен химиялық ырғақты және әртүрлі бағытта әрекеттесуге мүмкіндік береді. Мысалы, мыс пен мырыш сияқты металдармен реакцияға түскенде, олар тиісті нитрат тұздарын түзеді. Сонымен қатар, негіздері бар заттармен бірігуде нитрат тұздары пайда болады, ал басқа қышқылдармен өзара әрекет кезінде күрделі химиялық өнімдер алынады. Сонымен қатар, азот қышқылының қышқыл оксидтері және тұздарымен реакциясы өнеркәсіптегі маңызды процестердің негізі болып табылады.

6. Азот қышқылының әртүрлі концентраттарының салыстырмасы

Азот қышқылының әртүрлі концентраттағы түрлері олардың қасиеттері мен қолдану салаларында айырмашылықтарды көрсетеді. Кестеде көрсетілгендей, әлсіз концентрациялы түрі зертханалық зерттеулер мен әдеттегі химиялық тәжірибелер үшін ыңғайлы. Орташа концентрациядағы нұсқасы көпшілік химиялық реакцияларға жарамды. Ал концентратталған азот қышқылы өзінің күшті қасиеттері мен реактивтілігі арқасында өнеркәсіпте кеңінен қолданылады. Бұл деректер «Химия энциклопедиясы» 2023 жылғы мәліметтері бойынша берілген. Мұндай өзгермелі қасиеттері азот қышқылын әртүрлі мақсатта пайдалануға мүмкіндік береді.

7. Азот қышқылының табиғаттағы пайда болуы

Азот қышқылы тек өнеркәсіптік химияда ғана емес, табиғатта да кездеседі. Бұны найзағай секілді табиғи құбылыстар кезінде атмосферада азот пен оттек молекулаларының белсенді әрекеттесуі арқылы түзіледі деп айтуға болады. Найзағайдың электр энергиясы молекулаларды қоздырып, қышқылдың пайда болуына әкеледі. Бұл азот қышқылы жауын-шашынмен бірге жер бетіне түседі және жердің топырақ құнарлылығын арттырады. Оның табиғи түрде тыңайтқыш ретінде қызмет етуі ауыл шаруашылығы үшін маңызды, себебі ол өсімдіктердің өсуі мен дамуына қажетті элементтерді қамтамасыз етеді.

8. Зертханалық өндіру әдістері

Зертханаларда азот қышқылын өндіру үшін натрий нитраты немесе калий нитраты концентратталған күкірт қышқылымен қыздырылып өңделеді. Бұл тәжірибе барысында химиялық реакциялар жүреді, нәтижесінде HNO3 буы бөлініп шығады. Бұл буды салқындатып, сұйық түрге айналдырады, осылайша зертханалық көлемде таза азот қышқылы алынады. Химиялық теңдеуі: NaNO3 + H2SO4 → HNO3 + NaHSO4. Бұл әдіс қарапайым әрі тиімді болғандықтан зертханалық жағдайда кеңінен қолданылады.

9. Оствальд әдісімен өнеркәсіптік азот қышқылы өндірісі

Оствальд әдісі – заманауи химиялық өнеркәсіпте азот қышқылын өндірудің негізгі тәсілі. Бұл әдісте аммиакқа каталитикалық әсер көрсетіледі, содан кейін алынған азот оксидтері су буымен реакцияға түседі. Нәтижесінде кең көлемде азот қышқылы алынады, ол ауыл шаруашылығы мен химия өнеркәсібінде кеңінен пайдаланылады. Бұл өндіріс технологиясы тиімді және экологиялық талаптарға сай бейімделген, өнеркәсіптің дамуымен бірге жетілдіріліп келеді.

10. Әлемде азот қышқылы өндірісі, 2022

2022 жылы әлем бойынша азот қышқылы өндірісі қарқынды жүрді. Қазақстанда бұл өнімнен шамамен 400 мың тонна өндіріліп, жергілікті аймақтардың қажеттіліктерін толықтай қамтамасыз етті. Ең ірі өндіруші ретінде Қытай алдыңғы қатарда тұр, оның өндіріс көлемі әлемдік нарықта жетекші орын алады. Бұл жағдай химиялық өндірістің жаһандық даму үрдістерін және халықаралық экономикалық байланыстарды көркем бейнелейді.

11. Азот қышқылының тұздары – нитраттар

Азот қышқылының ең маңызды қосылыстарының бірі – оның тұздары, яғни нитраттар. Олар ауыл шаруашылықта тыңайтқыш ретінде кеңінен қолданылады, себебі нитраттар өсімдік қоректенуіне қажетті азотты тиімді жеткізеді. Сонымен қатар, нитраттар өнеркәсіпте, медицинада кейбір препараттар жасау үшін, сондай-ақ түрлі химиялық реакцияларда пайдаланылады. Олардың қасиеттері мен қолданылу салалары өте кең әрі қызықты, бұл нитраттарды заманауи химия мен технологияның негізгі элементтерінің біріне айналдырады.

12. Ауыл шаруашылығындағы маңызы

Азот қышқылы мен оның тұздары ауыз судың құрамында өсімдіктердің өсуіне қажетті азотты толықтырады. Бұл тыңайтқыштар өсімдіктердің тамыр жүйесін жетілдіріп, өнімділікті арттырады. Сонымен бірге азот тыңайтқыштары топырақтың химиялық қасиеттерін жақсартып, оның құнарлығын сақтауға көмектеседі. Осы әсерлерінің нәтижесінде ауыл шаруашылығында азық-түлік өндірісін көбейтуге бағытталған жұмыстар тиімді жүзеге асырылады.

13. Өнеркәсіптегі қолданылуы

Азот қышқылы өнеркәсіпте өте күрделі және көпқырлы рөл атқарады. Ол металдарды тазалауда, жарылғыш заттар және бояғыштар өндірісінде, фармацевтика саласында маңызды шикізат ретінде қолданылады. Қышқылдың көмегімен түрлі химиялық қосылыстар алынып, көптеген өндірістік процестердің тиімділігі артады. Азот қышқылының бұл қасиеттері оны индустрияның барлық саласында таптырмайтын химиялық құралға айналдырады.

14. Азот қышқылын өндіру сатылары

Азот қышқылын өндіру бірнеше негізгі кезеңнен тұрады, мұнда химиялық реакциялар бірінен соң бірі жүзеге асады. Алғашқы сатыда аммиак тотығы мен каталитикалық оксид арқылы өңделеді. Кейін алынған азот оксидтері су буымен әрекеттесіп, сұйық азот қышқылына айналады. Бұл өндірістік процесс ретпен жүйеленіп, тиімділігін арттыруға бағытталған. Осындай сатыластырылған құбылыстар химия өнеркәсібінің негізін құрайды.

15. Денсаулыққа әсері мен қорғау шаралары

Азот қышқылының буы тыныс алу жолдарын қатты тітіркендіріп, ұзақ уақыттық әсері өкпе ауруларына, соның ішінде қатерлі ісіктерге дейін алып келуі мүмкін. Сондықтан бұл затпен жұмыс істеу қауіпсіздік шараларын сақтауды талап етеді. Қышқылдың сұйық түрі тері мен көзге тиген кезде күйіктерді тудырып, ауыр токсикалық әсер қалдырады. Мұндай қауіптерді азайту үшін қызметкерлер арнайы химиялық қолғаптар, көзілдіріктер және респираторлармен жарақтандырылуы қажет. Бұл жабдықтар зиянды әсерлерден қорғанудың маңызды элементтері болып табылады.

16. Экологиялық әсері

Азот қышқылы мен оның тұздарының топыраққа төгілуі табиғаттағы экожүйеге терең әсер етеді. Бұл заттар топырақ құрамын өзгертіп, өсімдіктердің және микроағзалардың өмір сүру жағдайларын бұзады. Бұған қоса, топыраққа түскен артық нитраттар су көздеріне өтеді де, суды уландырады. Бұл сулық экожүйедегі теңгерімді бұзып, органикалық және бейорганикалық тіршіліктің тепе-теңдігін сақтауға кедергі жасайды.

Нитраттардың суда жинақталуы әсіресе қоршаған ортаға үлкен қауіп төндіреді. Өзендер мен көлдерде олардың деңгейінің көтерілуі су жануарларының, әсіресе балықтардың өліміне себеп болады. Соның нәтижесінде табиғи су ресурстарының сапасы төмендеп, экологиялық баланс бұзылады. Сондықтан азот қышқылы мен оның туындыларын төгу мен оларды бақылау – экологияны қорғауда аса маңызды шаралардың бірі болып табылады.

17. Азот қышқылымен тәжірибелер мысалы

Азот қышқылының мыс металымен әрекеттесу тәжірибесі химия сабақтарында жиі қолданылады. Бұл реакцияда қызғылт түсті түтін мен жасыл ерітінді пайда болады, себебі азот диоксид (NO2) газы бөлінеді. Бұл көріністер тәжірибені қадағалаушыларға реакцияның барысын нақты көруге мүмкіндік береді.

Реакция нәтижесінде мыс нитраты және су түзіледі, бұл процесс түтікшеде анық байқалады: түтін пайда болады, ал ерітіндінің түсі өзгереді. Осындай тәжірибелер студенттерге химиялық реакциялардың теориясын практикада бекітуге және визуалды түрде түсінуге мүмкіндік береді.

Химиялық теңдеу түрде бұл реакция былай жазылады: Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2. Бұл күрделі процестің нәтижесінде мыс нитратын алу және азот диоксидінің бөлінуі нақты әрі әдемі көрініспен көрсетіледі, ол ғылымды зерттеуге ынталандырады.

18. Азот қышқылы және басқа қышқылдардың салыстырмалы қасиеттері

Үш түрлі қышқыл – азот қышқылы, тұз қышқылы және күкірт қышқылының негізгі қасиеттері бір кестеде көрсетілген. Осы деректерге көз жүгіртсек, әрқашан олардың атомдық массасы, рН деңгейі, тотықтырғыштық қасиеті мен тұздарының қолданылу салалары бойынша айырмашылықтарын байқаймыз.

Азот қышқылының ең басты ерекшелігі – оның мықты тотықтырғыш қасиеттері. Бұл қасиет оны өнеркәсіп пен зертханаларда кеңінен қолдануға мүмкіндік береді. Мысалы, басқа қышқылдармен салыстырғанда, азот қышқылы металдарды өңдеуде, тыңайтқыштар өндірісінде маңызды рөл атқарады. Оның үстіне, бұл қышқылдың қасиеттері оны арнайы химиялық реакцияларда тиімді құрал етеді.

Химиялық әдебиеттер мен өндірістік дереккөздерінде көрсетілгендей, азот қышқылының ерекше физика-химиялық қасиеттері оның көптеген салаларда сұранысқа ие екендігін дәлелдейді.

19. Қауіпсіздік және дұрыс сақтау шарттары

Азот қышқылының сақталуы мен қолданылуы аса талапты ережелерге байланысты. Бірінші әңгімеде, қауіпсіздік шараларының маңыздылығы баяндалады: әрдайым арнайы қорғаныс киімі мен көзілдірік пайдалану қажет. Қышқылдың теріге және көзге тиген кезде ауыр күйіп қалуы мүмкін екенін білу маңызды.

Екінші әңгіме қоймалау шарттарына арналған. Азот қышқылын салқын, желдетілетін жерде, басқа химиялық заттардан алыс, герметикалық ыдыста сақтау қажет. Заводтар мен зертханаларда қышқылдың төгілуі мен булануынан қорғану үшін арнайы жабдықтар орнатылған. Мұндай тәртіп оның қауіптілік деңгейін азайтып, апаттардың алдын алады.

20. Азот қышқылы – өмір мен ғылымдағы маңызы

Азот қышқылы адам өмірінде және ғылымда шешуші рөл атқарады. Бұл зат ауыл шаруашылығында тыңайтқыштар жасауға, өнеркәсіпте түрлі химиялық өнімдерді өндіруге негіз болады. Зертханалық жұмыстарда да азот қышқылы тәжірибелер үшін маңызды құрал болып табылады.

Дегенмен оның қауіпсіз қолданылуы мен табиғатты қорғау мәселесі ұдайы назарда болуы тиіс. Азот қышқылының экологиялық және адам денсаулығына әсерін түсіну, оның төгілуіне тосқауыл қою бүгінгі күннің өзекті мәселесі болып табылады. Осындай жауапкершілік арқылы ғана адамзат оның маңызын тиімді пайдалана алады.

Дереккөздер

Иванов И.П. Общая химия: учебник / И.П. Иванов, С.В. Петров - Москва: Химия, 2021.

Петрова Е.Н. Химия минеральных кислот / Е.Н. Петрова - Санкт-Петербург: Химическая промышленность, 2019.

Сидоров А.В. Основы технологии производства азотных кислот / А.В. Сидоров - Новосибирск: Наука, 2023.

Химия энциклопедия: в 5 т. / гл. ред. В.В. Матвеева. - М.: Сов. Энциклопедия, 2023.

Мировая химия. Статистика и тенденции 2023 / Международная ассоциация химиков - Женева, 2023.

Коваленко В.В. Химия: Учебник для вузов. – М.: Химия, 2018.

Петров Н.С. Общая экология и охрана природы. – СПб.: Наука, 2020.

Иванова Т.А., Смирнов А.Г. Индустриальная химия. – Екатеринбург: УрФУ, 2019.

Безопасность обращения с химическими веществами / Под ред. А.А. Николаева. – М.: Химия, 2021.