Најважније из лекције
Пирометалургија гвожђа: Оксидне руде гвожђа се редукују помоћу \(\text{CO}\) у високој пећи уз помоћ кокса и топитеља. Добија се сирово гвожђе (сиво за ливење, бело за челик) и згура.
Електрометалургија алуминијума: Боксит се пречишћава у чисту глиницу (\(\text{Al}_2\text{O}_3\)), која се затим електролизује у растопу криолита на угљеничним електродама.
Минерална ђубрива: Обезбеђују \(\text{N}\) (уреа, \(\text{NH}_4\text{NO}_3\), КАН), \(\text{P}\) (суперфосфат: \(\text{Ca(H}_2\text{PO}_4)_2 + 2\text{CaSO}_4\)) и \(\text{K}\) (силвин).
Пречишћавање и тврдоћа воде: Припрема обухвата аерацију, бистрење (коагулација са \(\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3\) и филтрирање) и дезинфекцију (\(\text{Cl}_2, \text{O}_3\)). Тврдоћа се дели на пролазну (уклања се кувањем или \(\text{Ca(OH)}_2\)) и сталну (уклања се помоћу \(\text{Na}_2\text{CO}_3, \text{Na}_3\text{PO}_4\) или зеолита).
| Систем | Обим и карактеристике | Циљ и специфичности |
|---|---|---|
| Живи системи | Микроколичине, реакције у строго контролисаним низовима и циклусима. | Катализоване ензимима, тренутно одвијање на собној температури. |
| Лабораторија | Мале масе (милиграми или грами). | Испитивање својстава, развој нових метода, контрола квалитета. |
| Индустрија | Велике масе (тоне сировина и производа). | Економичност, висок принос, рециклажа реактаната и топлоте. |
- Руде гвожђа: оксидне (хематит \(\text{Fe}_2\text{O}_3\), магнетит \(\text{Fe}_3\text{O}_4\)) или карбонатне (сидерит \(\text{FeCO}_3\)).
- Кокс (\(\text{C}\)): гориво, редукционо средство и извор угљеника за карбиде.
- Топитељи (кречњак): везују нечистоће (силикате и алумосиликате) у лако топљиву згуру (шљаку).
- Загрејан ваздух: удувава се кроз каупере ради сагоревања кокса.
- Сирово гвожђе: сиво (садржи више \(\text{Si}\), погодно за ливење) и бело (садржи више \(\text{Mn}\), прерађује се у челик са \(0,5\text{--}1,7\,\%\ \text{C}\)).
- Згура (шљака): сировина за цемент, изградњу путева и силикатну вуну.
- Колошни гас (\(\text{CO}, \text{CO}_2, \text{N}_2, \text{H}_2\)): користи се као индустријско гориво за загревање каупера.
Уситњени боксит третира се концентрованим раствором \(\text{NaOH}\) на повишеној температури и притиску. Алуминијум прелази у растворан комплексни хидроксид, док примесе оксида гвожђа остају као „црвени муљ”:
\[ \text{Al}_2\text{O}_3(\text{s}) + 2\text{NaOH}(\text{aq}) + 3\text{H}_2\text{O}(\text{l}) \longrightarrow 2\text{Na}[\text{Al}(\text{OH})_4](\text{aq}) \]Након филтрирања раствор се хлади, при чему комплексна со хидролизује и таложи се алуминијум-хидроксид, који се жарењем преводи у чисту глиницу:
\[ 2\text{Al}(\text{OH})_3(\text{s}) \xrightarrow{\Delta} \text{Al}_2\text{O}_3(\text{s}) + 3\text{H}_2\text{O}(\text{g}) \]Чиста глиница има изузетно високу тачку топљења (\(2\,045\ ^\circ\text{C}\)), па се раствара у растопљеном криолиту (\(\text{Na}_3\text{AlF}_6\)), чиме се радна температура спушта на око \(950\ ^\circ\text{C}\).
- Катода: угљенична облога на дну пећи (издваја се течни \(\text{Al}\) чистоће \(99,5\text{--}99,9\,\%\)).
- Анода: угљени блокови који се постепено троше јер реагују са издвојеним кисеоником градећи \(\text{CO}\).
- Амонијум-нитрат: добија се неутрализацијом амонијака азотном киселином: \[ \text{NH}_3(\text{g}) + \text{HNO}_3(\text{aq}) \longrightarrow \text{NH}_4\text{NO}_3(\text{aq}) \]
- КАН (кречни амонијум-нитрат): смеша \(\text{NH}_4\text{NO}_3\) и \(\text{CaCO}_3\).
- Амонијум-сулфат: добија се из \(\text{NH}_3\) и \(\text{H}_2\text{SO}_4\).
- Уреа (карбамид) \(\text{CO(NH}_2)_2\): ђубриво са највећим масеним уделом азота: \[ 2\text{NH}_3 + \text{CO}_2 \longrightarrow \text{CO(NH}_2)_2 + \text{H}_2\text{O} \]
Природни калцијум-фосфат је нерастворан у води, па се дејством сумпорне киселине преводи у растворни суперфосфат:
- Коагулација и флокулација: додавање хемијских средстава попут \(\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3\) или \(\text{FeCl}_3\) за неутрализацију колоидних честица и формирање крупнијих пахуљица.
- Таложење: спонтано слегање честица у базенима под утицајем гравитације.
- Филтрирање: пропуштање кроз дебеле слојеве пешчаних филтера.
| Врста тврдоће | Соли које је чине | Метода уклањања |
|---|---|---|
| Пролазна (карбонатна) | \(\text{Ca(HCO}_3)_2\), \(\text{Mg(HCO}_3)_2\) | Термички (кувањем) или кречним млеком \(\text{Ca(OH)}_2\) |
| Стална (некарбонатна) | \(\text{CaSO}_4\), \(\text{MgSO}_4\), \(\text{CaCl}_2\), \(\text{MgCl}_2\) | Хемијски реагенси (\(\text{Na}_2\text{CO}_3\), \(\text{NaOH}\), \(\text{Na}_3\text{PO}_4\)) или јоноизмењивачи |
- Кречно млеко: \(\text{Ca(HCO}_3)_2 + \text{Ca(OH)}_2 \longrightarrow 2\text{CaCO}_3 \downarrow + 2\text{H}_2\text{O}\)
- Сода (\(\text{Na}_2\text{CO}_3\)): \(\text{CaSO}_4 + \text{Na}_2\text{CO}_3 \longrightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4\)
- Тринатријум-фосфат: \(3\text{CaCl}_2 + 2\text{Na}_3\text{PO}_4 \longrightarrow \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2 \downarrow + 6\text{NaCl}\)
Задаци за вежбање
- Као гориво: његовим сагоревањем са удуваним ваздухом ослобађа се топлота неопходна за рад високе пећи.
- Као извор редукционог средства: у реакцији са \(\text{CO}_2\) гради угљеник(II)-оксид (\(\text{CO}\)), који је главно редукционо средство за оксиде гвожђа.
- Хемијско везивање: реагује са гвожђем градећи карбиде гвожђа у саставу сировог гвожђа.
1. Термичко разлагање (кување):
\[ \text{Ca(HCO}_3)_2(\text{aq}) \xrightarrow{\Delta} \text{CaCO}_3(\text{s}) \downarrow + \text{CO}_2(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \]2. Хемијско таложење кречним млеком:
\[ \text{Ca(HCO}_3)_2(\text{aq}) + \text{Ca(OH)}_2(\text{aq}) \longrightarrow 2\text{CaCO}_3(\text{s}) \downarrow + 2\text{H}_2\text{O}(\text{l}) \]Калцијум-фосфат је практично нерастворан у води, због чега биљке не могу да га усвајају преко кореновог система. Дејством сумпорне киселине он се преводи у растворни калцијум-дихидрогенфосфат:
\[ \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2(\text{s}) + 2\text{H}_2\text{SO}_4(\text{aq}) \longrightarrow \text{Ca(H}_2\text{PO}_4)_2(\text{aq}) + 2\text{CaSO}_4(\text{s}) \]Мана суперфосфата: Поред корисног калцијум-дихидрогенфосфата, у смеши настаје и гипс (\(\text{CaSO}_4\)), који представља баласт који није неопходан земљишту.