Ўзбекистон Республикаси Олий ва махсус ўрта таълим вазирлиги олий ўқув юртларининг талабалари учун дарслик сифатида тавсия этган

2-§. Нитрат кислота қандай хом ашёдан ва қандай реакциялар воситасида ишлаб чиқарилади
Сиз молекуляр азотнинг фиксацияланиш масаласи билан таниш бўлганингиз учун нитрат кислота олиш мақсадида синтетик каучук хом ашё сифатида ишлатилишини айтиб ўтасиз. Бу тўғри жавоб — ҳозир бутун дунёда нитрат кислота синтетик аммиакдан олинади. Аммиак сингез қилиш асримизнинг 20 - 30-йилларига келиб кенг тарқала бошлади, нитрат кислотага бўлган талаб эса бирмунча илгарироқ бошланган (қачон, нима муносабат билан?).
Нитрат кислотани аммиакдан ишлаб чиқариш усули ўзлаштирилгунига қадар бу кислотани қандай хом ашёдан ва қандай реакциялар ёрдамида ҳосил қилинар эди?
Кислотанинг концентрацияси қандай бўлган?
Аммиакдан нитрат кислота ишлаб чиқаришнинг асосий босқичлари; 1) аммиакнинг оксидланиши:
4NН₃ +5О₂ қ 4NО +6Н₂О + Q

2. 
   азот (II) оксид NО нинг оксидланиши
   

2NО +О₂ қ 2NО₂ + Q

2. 
   азот (IV)-оксид NО₂ нинг сув билан ўзаро таъсирлашуви:
   

3NО +Н₂О қ 2НNО₂ + NО + Q
Ажралиб чиққан азот (П)-оксид NО кислород таъсирида оксидланади ва пировардида азот (IV)-оксид бутунлай нитрат кислотага айланиши мумкин.
Аммиак кам сарф бўлиши аппаратнинг унумдорлиги юқори, кислота анча концентрланган бўлиши учун бу реакцияларни иложи борича тўла ва тезроқ ўтказиш керак. Бунинг учун ҳаммадан олдин реакциялардан ҳар қайсисининг физик-кимёвий характеристикасини билиш зарур, сўнгра эса улар асосида оптимал шароитлар, аппаратларнинг рационал конструкцияси, оптимал технологик схема танлаш керак.
Агар ҳамма реакциялар керакли йўналишда охиригача борса, 1 т аммиакдан неча тонна нитрат кислота (100 процентга ҳисоблаганда) ҳосил бўлади. Бу реакцияларнинг тенгламасини тузмасдан ҳисобланг.
3-§. Аммиак оксидланиш реакциясининг физик-кимёвий характеристикаси
Аммиакнинг оксидланиш реакцияси бизнинг кимё курсимизда бошқа реакцияларни ўрганишда учрамаган битта хусусиятга эга.
Аммиак кислород ёки қайноқ газ оқимида ёниб, азот ва сув буғи ҳосил қилади.
4 NН₃ + 3О₂ қ 2N₂ + 6Н₂О + Q (1)
Бироқ рекция аъзи моддалар, масалан платина, темир (III)-оксид иштирокида ўтказилса, азот билан бирга бошқа моддалар ҳам ҳосил бўлади. Реация ўтказиладиган шароитга мувофиқ NО ёки N₂О ҳосил қилинади.
4 NН₃ + 5О₂ қ 4NО + 6Н₂О + Q (2)
2 NН₂ + 2О₂ қ N₂О + 3Н₂О + Q (3)
Реакция натижасида битта маҳсулот эмас, балки икки ундан ортиқ маҳсулот ҳосил бўлса, бундай реакция оддий реакциялардан фарқ қилиб (тармоқланмаган) мураккаб ёки тармоқланган реакция дейилади. Бундай реакциялар физик-кимёвий методлар билан текширилганда реакциянинг у ёки бу маҳсулотлариинг реакция шароитига боғлиқлиги ҳақидаги савол диққатни жалб этади.
1 ва З реакциялар қайтар эмас ва ҳеч қандай шароитда тескари томонга бормайди. Демак, мувозанатни у ёки бошқа маҳсулот ҳосил бўлиш томонга силжитиш учун шароит яратиб реакциянинг йўналишини ўзгартириш мумкин, деб ҳисоблаш нотўғри экан.
Айни реакцияда каталазаторнинг роли қандай? Афтидан қатализаторнинг роли тармоқланган реакцияда тармоқланмаган реакциядагига қараганда бошқача. Олтингугурт (IV)-оксид SO₂ оксидланганда катализаторлар реакцияни мумкин бўлган бир йўналишга тезлаштиради, аммо катализаторлар активлигининг ҳар хиллиги билан характерланади: масалан, темир (Ш)-оксидга қараганда платина катализаторда реакция анча тез боради.
Аммиак оксидланганда реакция турли катализаторларда турли маҳсулотлар ҳосил бўлиши билан боради: бир хил катализаторларда азот (I)-оксид N₂О, бошқаларида азот (II)-оксид NO ҳосил бўлади. Демак, тармоқланган реакция катализаторлари танлаб таъсир этиши — селективлиги билан бир-биридан фарқ қилади; улар реакциянинг тегишли у ёки бу йўналишини бир хил тезлаштирмайди ва шунинг учун реакциянинг йўналишини ўзгартиради.
Қандай катализаторлар аммиакни оксидлаб, азот (II}-оксид NО га айлантириш имконини беради? Платинанинг радий ҳамда бошқа металлар билан қотишмасидаги аммиак қулай шароитларда 98% гача азот (II)-оксид NО га айланади, қолган 2% и эса азотга айланади. Реакция жуда тез, секунднинг ўн мингдан бир улушида содир бўлади. Катализаторлар бир йилгача ва ундан кўп вақтгача ҳам ўз активлигини сақлайди.
Аммиак оксидланадиган бошқа катализаторлар ҳам маълум, улар таъсирида NО ҳосил бўлади.Темир (III)-оксид F₂O₃ кобальт ва бошқа металларнинг оксидлари шулар жумласидандир. Бундай катализаторлар иштирокида реакция секинроқ боради. Аммо, сизга маълумки, бундай реакцияларда катализаторнинг энг муҳим хоссаси уларнинг селективлигидир. Оксидли катализаторларнинг баъзилари бу борада платина катализаторлардан қолишмайди, аммо уларнинг таъсир этиш муддати 2-3 хафтадан кейин камайиши билан фарқ қилади.
Ҳосил бўладиган азот (II)-оксиди NО нинг миқдори реакция учун олинган газлар аралашмасидаги кислород билан аммиакнинг ўзаро нисбатига боглиқми? Тадқиқотларнинг кўрсатишича реагентлар стехиометрик нисбатда (I хажм аммиакка 1,25 ҳажм кислород) бўлганда ва бошқа энг яхши шароитларда аммиакнинг фақат 50% га яқини азот II -оксид NО га, қолган аммиак эса азотга айланади. Кислород мўл берилганда NО нинг ҳосил бўлиш унуми ортиб боради ва 1 ҳажм аммиакка тахминан 1,8% ҳажм кислород нисбатида 98 % га етади. Кейинчалик кислород мўл берилганда шунга ўхшаш бир хил шароитларда унинг ҳосил бўлиш унумига таъсир этмайди.
Аммиак катализатор иштирокида азот (II)-оксид NО га тўла айланиши учун нима сабабдан маълуя миқдорда мўл кислород керак бўлади?
Бу саволга баъзан (SO₂ нинг оксидланиши билан таққослаганда) мана бундай жавоб берадилар: кислород мўл бўлганда аммиакнинг азот (II) оксид NО га айланиш мувозанат даражаси ортади. Бу жавоб нотўғри (нима сабабдан?). Тармоқланган реакцияни ҳосил бўлиши мумкин бўлган маҳсулотлардан бирига томон йўналтириш учун реакция механизмига таъсир этиш керак. NО нинг ҳосил бўлиш механизмини қуйидагича ифодалаш мумкин: 1)аммиак ва кислород молекулалари катализаторга диффузияланади; 2) унинг сиртида платинанинг беқарор, сиртқи кислородли, бирикмалари ҳосил бўлади; 3) аммиак молекулалари улар билан тўқнашиб, азот (II)-оксид ва сув буғига айланади. Платина юзасида унинг кислородли бирикмаларн янгидан ҳосил бўлади ва цикл давом этади.
Агар реакциянинг механизми ҳақидаги бундай тахмин тўғри бўлса, сиртқи кислородли бирикмалар ҳосил бўлишига имкон берадиган шароитлар маҳсулот унумига ҳам таъсир қилади. Чамаси, бунинг учун ҳам мўл ва мутлақо тоза кислород керак (нима учун?). Азот (II)-оксиди NО нинг чиқима темтературага қандай боғлиқ? Сиз умумий кинетик қонуниятлардан фойдаланган ҳолда бориши мумкин бўлган барча реакцияларнинг тезлиги ҳарорат кўтарилган сари ортади деб тахминан айтишингиз мумкин, аммо қўйилган масалани экспериментал маълумотларга эга бўлмасдан жавоб бера олмайсиз. Тажрибаларга келамиз. Платина родийли катализаторда бошқа (реакцияга киришган аммиакка нисбатан процент ҳисобида) энг яхши шароитларда NО ҳосил бўлиши дастлаб ортиб боради, сўнгра энг максимумга етгач камайиб боради (17-расм). Афтидан баъзи конкурентлашадиган реакцияларнинг тезлиги ҳарорат билан турлича ўзгаради.

300 400 500 600 700 600 900 1000
Ҳарорат, °С