[header]Получение неметаллов[/header]
[flex column='true'][row title='План урока']
- Неметаллы в природе
- Фракционная перегонка
- Получение различных неметаллов
[/row][row title='Цели урока']
- познакомиться с некоторыми способами получения неметаллов
- рассмотреть способы получения азота, кислорода, галогенов и некоторых других неметаллов
[/row][row title='Разминка' final]
- В каком виде встречаются неметаллы в природе?
- Назовите известные вам природные соединения неметаллов.
[/row][/flex]
Неметаллы в природе
Начнём с того, что немногие неметаллы встречаются в природе в свободном виде. К таким неметаллам относятся: благородные газы, кислород, азот, сера, углерод и мышьяк.
Некоторая часть неметаллов встречается в природе в виде соединений. В этих соединениях неметаллы проявляют положительные степени окисления. Например, фосфор, кремний, германий, бор и пр. Так, фосфор встречается в виде производных фосфорной кислоты (фосфориты, апатиты).
Наряду с этим существуют соединения, в которых неметаллы проявляют отрицательные степени окисления. Конечно же, это галогены — представители VIIA-группы. Например, фтор — галоген, всегда проявляющий отрицательную степень окисления (он образует флюорит , криолит , фторапатит). Хлор — известнейший галоген — входит в состав каменной соли
(), сильвина (). Бром и йод образуют главным образом соли в морской и океанической воде.
Способы получения металлов в промышленности делятся на три группы:
- выделение простых веществ из породных объектов;
- восстановление неметаллов из минералов;
- окисление природных соединений.
Фракционная перегонка
[img url='/upload/thP3fsddzyAz_lori-0042312163-a7.jpg' name='Рисунок 1. Ректификационная колонна' float='right' width='30']
Вспомним химический состав воздуха: 78 % азота по объёму, 20,8 % кислорода, 0,9 % аргона и 0,3 % — остальные компоненты (углекислый газ, гелий и пр.). Так вот воздух — очень важное химическое сырьё. Из него получают такие ценные неметаллы, как азот, кислород, благородные газы.
Разделить смесь газов на отдельные составляющие — задача не из лёгких. Данную проблему решает метод фракционной перегонки (ректификации) жидкого воздуха. То есть его разделяют на отдельные
фракции — компоненты, каждый из которых имеет определённую температуру кипения. Процесс ректификации осуществляется в ректификационных колоннах.
Специальные компрессоры сжимают и охлаждают воздух, переводя его компоненты в жидкую фазу. Жидкий воздух подаётся в верхнюю часть ректификационной колонны, которая представляет собой цилиндр, разделённый множеством поперечных перегородок — тарелок. Жидкость стекает по тарелкам, постепенно нагреваясь, и самый легкокипящий элемент — азот (tкип. = −196 °С) начинает испаряться. Далее азот поднимается вверх, а жидкость, состоящая из кислорода и растворённых в нём благородных газов, стекает в нижний резервуар. Кислород и аргон также можно разделить на ректификационной колонне при необходимости.
[/img]
Получение некоторых неметаллов
Сера — довольно распространённый химический элемент. Она образует в земной коре мощнейшие пласты. Сера может находиться на поверхности, и тогда её добывают открытым способом: загружают на автомашины экскаватором и переправляют для очистки. Если сера залегает глубоко под землей, её расплавляют нагретым паром и далее выдавливают жидкую серу на поверхность.
Каменный уголь — ценное химическое сырьё. Нагреванием каменного угля без доступа воздуха получают кокс (процесс коксования). Кокс представляет собой практически чистый углерод. Он используется как восстановитель в металлургии. Также коксом можно восстанавливать неметаллы из их природных соединений.
Рассмотрим более подробно процессы получения фосфора и галогенов.
Фосфор получают в процессе восстановления фосфоритов и апатитов. В качестве восстановителя используют кокс. Как мы уже говорили, фосфор находится в основном в составе фосфатов, в частности в составе фосфата кальция. Спекание фосфата кальция с коксом проводят в присутствии песка (оксид кремния (IV)):
.
Сам кремний также можно получить восстановлением оксида кремния (IV) углеродом:
.
Галогены встречаются в природе в виде анионов, поэтому для их получения пользуются не восстановлением, а окислением. Логично предположить, что чем сильнее галоген, тем сложнее его окислить. Для окисления используют электрический ток.
В растворе или расплаве электролита под действием электрического тока происходит окислительно-восстановительная реакция.
[line][/line]
[section icon='note']
Реакцию разложения электролита под действием электрического тока называют электролизом.
[/section]
[line][/line]
С помощью электролиза можно получить галогены, водород и кислород, то есть активные неметаллы.
Так, в 1886 г. французским химиком Анри Муассаном впервые был получен свободный фтор путём электролиза сжиженного фтороводорода:
.
Хлор можно получить электролизом соли — хлорида натрия. Для начала соль растворяют в воде, затем проводят электролиз и получают сразу три важных продукта химического производства: водород, гидроксид натрия и хлор.
Таким образом, мы рассмотрели некоторые способы получения неметаллов, важнейшие из них — фракционная перегонка жидкого воздуха, то есть разделение воздуха на отдельные компоненты, и электролиз — разложение электролита под действием электрического тока.
[line][/line]
[section icon='question']
Контрольные вопросы
- Что такое фракционная перегонка, или ректификация?
- Что представляет собой кокс и где он используется?
- Каким способом получают активные неметаллы? Приведите примеры.
[/section]
[line][/line]