2. Көмірсутектердің табиғи қорлары

Көмірсутектердің біздің еліміздің экономикасындағы маңызы зор. Олар энергияның негізгі көзі болуымен қатар химиялық өнеркәсіптің бағалы шикізаттары.

Көмірсутектерден шаруашылық салаларына және күнделікті тұрмысқа қажетті өте көп заттар алынады.

Көмірсутектер табиғатта кең таралған. Олар табиғи және мұнайға серіктес газдардың, мұнайдың және көмірдің құрамында кездеседі.

Табиғи газ

Табиғи газ қоры жөнінде ең бай елдерге: Ресей, Иран, Ирак, Кувейт, Сауд Арабиясы, Катар, т.б. жатады. Қазақстан Республикасы да газ қоры мол елдердің бірі. Біздің елдің табиғи газ кендері, негізінен, Батыс Қазақстанда шоғырланған. Каспий маңы ойпатында, Маңғыстауда, Үстірт қыратында, Орал қаласы маңында мол табиғи газ кен орындары бар. Қазақстанда табиғи газ Қарашығанак, Жетібай, Қаламқас, т.б. кен орындарында өндіріледі.

Батыс Қазақстан мұнайға серіктес газдарға да бай. Бір тонна мұнай өндірген кезде шамамен 50 м3 серіктес газ бөлінеді екен.

Жанғыш газдардың, әсіресе метанның көп мөлшері көмірдің кен орындарымен де бірге кездеседі.

Табиғи газ, негізінен, көмірсутектерден тұрады. Оның басты құрам бөлігі метан болып табылады. Кездесетін жеріне байланысты газ құрамындағы метанның мөлшері көлем бойынша әр түрлі, 80—97% аралығында болады. Табиғи газ құрамында метаннан басқа этан, пропан, т.б. газдар болады.

Табиғи газ көбіне отын ретінде қолданылады. Жанғанда күл қалмай толық жанатындықтан, табиғи газ қоршаған ортаға зияны аз, таза отындардың бірі. Газды жаққанда, көміртек (IV) оксиді мен су буы түзіледі. Өндірілген газдың жартысына жуығы күнделікті тұрмыста, қалған бөлігі электр энергиясын өндіруде және өнеркәсіпте пайдаланылады. Табиғи газ жылу электр станцияларында, пештерде, шойын, болат, шыны, т.б. өнеркәсіптерінде қолданылады.

Соңғы кезде автокөліктерде сұйық отынды газ тектес отын ығыстыра бастады. Бұл экологиялық таза отын болуымен қатар, қозғалтқыштарды ұзақ уақыт пайдалануға және жағармайды үнемдеуге де мүмкіндік береді.

Бағалы отын болуымен қатар, табиғи газдың, химиялық шикізат ретінде де маңызы зор. Метаннан қандай бағалы химиялық заттар алады. Өнеркәсіпте табиғи газдан күйе мен сутек, этилен, ацетилен, резеңке және галогентуындылар алынады. Соңғыларын өңдеп этил спиртін, синтетикалық көксағыз, пластмасса, талшықтар, бояулар, дәрі-дәрмектер жасайды.

Билет8

1. Көміртегі

Көміртек адамзатқа көмір, күйе түрінде ерте заманнан белгілі. 1780 жылы А.Лавуазье көміртектің табиғатын зерттеді. Оған латынша «карбонеум» көмір деген атау 1827 жылы берілді.

Периодтық жүйедегі орны

Көміртек II период, IV топтың негізгі топшасының элементі, реттік нөмірі 6. Оның ядросында 6 протон мен 6 нейтроны бар, электрондары да алтау. Олар екі қабатқа былай бөлініп орналасады: 1s22s22р2 (көміртектің электрондық формуласы) Органикалық химия көміртектің қосылыстарын зерттейтін болғандықтан, бұл элементті толығырақ қарастырайық. Көміртек химиялық элементтердің периодтық жүйесінің 6-элементі. Aтом ядросында 6 протоны, 6 нейтроны және энергетикалық деңгейлерінде 6 электроны бар. Олар екі энергетикалық деңгейге бөлініп орналасқан: 2е, Көміртек химиялық элементтердің периодтық жүйесінің екінші периодында орналасқан. Егер периодтағы көрші тұрған элементтерді салыстырсақ, олардың бәрінің бірінші деңгейлері бірдей, екі электроны бар (1s2), ал сыртқы деңгейлеріндегі электрон сандары ядро зарядының артуына байланысты әр түрлі.

Гибридтенуі

Гибридтенуге көміртек атомының төрт орбиталі (бір s және үш р) қатысады. Көміртек атомы үш түрлі болып: sp3(эс пе үш),sp2(эс пе екі),sp(эс пе) гибридтенеді.

sp3 гибридтену. Химиялық байланыс түзілгенде, көміртек атомының барлық электрон бұлттары (бір s пен үш р) араласып, бірігіп пішіндері бірдей, симметриялы емес көлемдік сегіз тәрізді төрт sp3 - орбитальдар түзеді. sp3 гибридтенген орбитальдардың электрон бұлттары осьтерінің арасындағы бұрыш 109° 28' болып, бір- бірінен мүмкіндігінше алшақтап, кеңістікте тетраэдрдің төбесіне бағытталып орналасады.

sp2 - гибридтену. Бұл жағдайда гибридтенуге бір s- және екі р- орбитальдар (барлығы үш орбиталь) қатысады. Көміртек атомының бір р-орбиталі гибридтенуге қатыспайды. Гибридтену нәтижесінде үш sp2-гибридтенген орбитальдар түзіледі. Бұл орбитальдардың басқа көрші атомдармен жазықтықта түзетін үш байланысының арасындағы бұрыш 120° шамасында болады.

sp - гибридтену. Егер гибридтенуге бір s-және бір р- орбиталь қатысса, онда екі sp-гибридтенген орбитальдар түзіледі де, екір-орбитальдар гибридтенбей, таза күйінде калады. sp-гибридтенген бұлттар түзетін химиялық байланыстар түзу сызық бойымен бағытталып, арасындағы бұрыш 180° болады.

Көміртек атомының қасиеттері, гибридтенген орбитальдардың бағытталуы, яғни молекуланың кеңістік пішіні гибридтену типіне байланысты.

Әр түрлі гибридтенген күйде (sp3, sp2, sp) болу қабілеті көміртек атомының дара, қос, үш байланыс түзуіне мүмкіндік береді.

Табиғатта таралуы

Көміртек бос күйінде алмаз, графит, карбин деп аталатын аллотропиялық күйлерінде кездеседі. Табиғи қосылыстары карбонаттар (СаСО3 • MgCО3 - доломит, СаСО3 - мәрмәр, MgCО3 - магнезит). Байланысқан күйде көмірде, мұнайда, табиғи газдарда кездеседі. Бос күйінде көміртек улы емес, ал оның қосылыстары CO - иіс газы, ССl4 - төрт хлорлы көміртек, CS3 — күкіртті көміртек улы заттар.

Аллотропиялық түрезгерістері кристалдық торларының әр түрлілігімен сипатталады.

Физикалық қасиеттері

Алмаз ең катты зат, графит май тәрізді жылтыр сұр түсті жұмсақ зат. Графит 2000°С-да, төменгі қысымда карбинге айналады. Жаңадан алынған фуллерен деген түрі де бар, ол футбол добы сияқты құрылысты болады. Көміртектің бұл түр өзгерістеріне аморфты көміртекті қосуға болады. Оны ағаш көмірін, тас көмірді ауа қатысынсыз құрғақ айдау арқылы алады. Сонда алынған көмірде өз бетіне газдарды, сұйықтарды сіңіретін қасиет (адсорбция) пайда болады.

Алынуы

Көміртек ағашты ауасыз ыдырату арқылы, органикалық заттардың көмірленуі нәтижесінде түзіледі.

Химиялық қасиеттері

Көміртек көптеген жай заттармен оңай әрекеттеседі.

1) Жану реакциясы:

a) 2С + О2 = 2СО

ә) С + О2 = CO2

2) Хлормен әрекеттескенде көміртек тек жарық сәулесінің әсерінен төрт хлорлы көміртек түзіледі:

С + 2Cl2= CCl4 (бағалы еріткіш) өрт сөндіруде қолданылады.

3) Металдармен әрекеттесіл карбидтер түзеді:

2С + Са = СаС2 (бұдан ацетилен алынады)

4) Күкіртпен күкіртті көміртек түзеді:

С + 2S = CS2 (еріткіш)

5) Сутекпен әрекеттескенде метан түзіледі:

С + 2Н2→СН4 (отын - ол табиғи газдың негізгі құрам белігі)

Көміртектің күрделі заттармен әрекеттесуі: 1) Сумен әрекеттескенде газдар коспасы (су газы) бөлінеді:

С + Н2О = CO + Н2 (су газы - бағалы отын)

Алынған газдардың екеуі жанғыш болғандықтан жылу көбірек белінеді. Сондықтан көмірді жаққанда сулау қажет.

2) Концентрлі күкірт және азот қышқылдарымен әрекеттескенде тотығады:

С + 4HNО3(конц)=СО2+4NO2+2Н2O

3) С+ 2H2SО4(конц) = СО2+2SO2+2Н2O

Қолданылуы

Алмаз - бұрғылар жасау үшін, қырланған алмаздан бриллиант, әшекейлі зат әзірленеді.

Графит - қарындаштың өзегі, электродтар дайындауда.

Кокс (C) тотықсыздандырғыш ретінде металл өндіруде.

Активтелген көмірдің адсорбциялық қасиеті медицинада және газтұтқыштар (противогаз) әзірлеуде қолданылады.

Көміртек айналымы – табиғатта көміртектің үздіксіз айналу құбылысы. Тірі организмдердегі көміртектің құрамы (құрғақ затқа шаққанда): су өсімдіктері мен жануарларда 34,5 – 40%, құрғақтағы өсімдіктер мен жануарларда 45,4 – 46,5%, бактерияларда 54% болады. Организмдердің өмір сүру процесі кезінде, негізінен, тыныс алу арқылы органик. қосылыстар ыдырап, сыртқы ортаға көмір қышқыл газы бөлінеді. Сондай-ақ көміртек, зат алмасудың күрделі соңғы өнімдері құрамынан да бөлінеді. Жануарлар мен өсімдіктер тіршілігін жойғаннан кейін де микроорганизмдер әрекетінен шіріп, көміртектің біраз бөлігі көмір қышқыл газына айналады. Фотосинтез нәтижесінде өсімдікке сіңеді, одан көмірсуға, крахмалға, т.б. айналады, қорегі арқылы тірі организмдерге ауысады. Демек, табиғаттағы К. а., оның Жер қыртысындағы жинақталуы мен таралуы, едәуір дәрежеде атмосферадағы көмір қышқыл газының фотосинтез кезінде ассимиляцияға ұшырайтын өсімдік организмдерінің өмір сүруімен тығыз байланыста өтеді. Шіру, жану және дем алу нәтижесінде көміртектің белгілі бір бөлігі атмосфераға қайтып оралады, қалғаны органик. немесе карбонаттық қалдық түрінде бөлінеді, минералданып көмір, мұнай, әктас, т.б. кен шоғырларын түзеді. Көміртек атмосфераға адамзаттың өндірістік әрекеті салдарынан да бөлінеді; қ. Биосинтез, Биосфера.

2.

Билет9