Metallurgiya texnikasining tarixi va rivojlanishi Reja

§ 5. Qattiq moddaning tuzilishi va ularning pirometallurgik
jarayonlarga ta’siri
Sanoatning barcha metallurgiya bo‘limlarida asosan qattiq holatdagi foydali
qazilmalardan foydalaniladi. Metallurgik jarayonlarning texnik-iqtisodiy va
texnologik ko‘rsatkichlari qattiq jismlarning tavsiflari va xossalariga asoslangan
holda aniqlanadi.
Qattiq moddalar atomlar, ionlar va molekulalardan iborat bo‘lib, ularda
zarrachalarning orasidagi masofa molekula (atom)lar o‘lchamlariga nisbatan kichik
bo‘lib, molekulalararo tortishuv kuchlari juda yuqoridir. Zarrachalarning
joylashuvi kuchli tartib asosida amalga oshadi. Qattiq moddalar amorf holatda va
kristall tuzilishga ega bo‘ladi.
Amorf holatdagi modda aniq biror fazoviy panjaraga ega bo‘lmay,
zarrachalarining joylashuvi betartib bo‘ladi. Ko‘pchilik hollarda ular turli
kattalikdagi “dona”lar, yaxlit sirtli yoki kukunsimon ko‘rinishga ega bo‘ladilar.
Masalan, shlaklar, shisha, tuproq, kraxmal va ba’zi sintetik polimerlar amorf
holatdagi moddalardir. Amorf moddalarning sirt yuzasi g‘ovak bo‘lgani uchun
katta bo‘ladi. Shu sababli amorf holatdagi moddalarga ko‘pgina boshqa
moddalarning qo‘shilib qolishi (adsorbsiyalanishi, yutilishi) tufayli, ularning
tozalik darajasi past bo‘ladi.
Turli xildagi qattiq moddalar orasidan kristall panjarali tuzilishga ega bo‘lgan
moddalar ko‘proq o‘rganilgan.
Qattiq jismlarda kimyoviy bog‘lanish asosiy ko‘rsatkichlardan biri
hisoblanadi. Kimyoviy bog‘lanish atomlarning tashqi qavatidagi valent elektronlari
hisobidan vujudga keladi.
Kimyoviy bog‘lanish to‘rtga bo‘linadi (1.8-rasm):
a) kovalent bog‘lanish; b) ion bog‘lanish; d) metall bog‘lanish;
e) vodorod va donor – akseptor bog‘lanish.
Elektron juftlari hosil bo‘lishi bilan vujudga keladigan bog‘lanish kovalent
bog‘lanish deyiladi. Kovalent bog‘lanish asosan metallmaslar orasidagi bog‘lanish
hisoblanadi. Kovalent bog‘lanishning hosil bo‘lishida nisbiy elektromanfiylik
muhim rol o‘ynaydi.
1.8-rasm. Kimyoviy bog‘lanish turlarining sxematik ko‘rinishi.
Nisbiy elektromanfiylik bu – bir element atomi ikkinchi element atomidan
elektronlarni tortib olish xususiyatidir.
Ba’zi muhim elementlarning nisbiy elektromanfiyliklari quyidagi jadvalda
keltirilgan, eV:
1.2-jadval.
Element:
Na
K
Be
Mg
Ca
Ba
Elektromanfiyligi:
0,9
0,8
1,5
1,2
1,0
0,9
Element:
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Elektromanfiyligi:
1,5
1,6
1,6
1,5
1,8
1,8
Element:
Ni
Cu
Zn
Al
Si
Pb
Elektromanfiyligi:
1,8
1,9
1,6
1,5
1,8
1,8
Element:
As
O
S
Se
Te
Cl
Elektromanfiyligi:
2,0
3,5
2,5
2,4
2,1
3,0

Kovalent bog‘lanishda shu bog‘ni hosil qilgan elementlarning nisbiy
elektromanfiylik farqi (ayirmasi) qiymati 0 dan 1,7 eV gacha (0<Δx<1,7) bo‘lishi
kerak. Masalan, HCl, NH₃, CH₄, H₂, O₂, SiO₂ va hokazo. Kovalent bog‘lanishli
moddalarning nisbiy molekular massalari kichik, qaynash va suyuqlanish
haroratlari past, qutbsiz (organik) erituvchilarda yaxshi eriydi, qutbli erituvchilarda
yaxshi erimaydi, elektr tokini yaxshi o‘tkazmaydi. Kovalent bog‘lanishli moddalar
ikkiga bo‘linadi: qutbsiz va qutbli kovalent bog‘lanishli moddalar.
1.9-rasm. Birikmalarda bog‘ qutblanuvchanligining ortib borish sxemasi.
Nisbiy elektromanfiylik farqi 0 dan 0,4 eV gacha (0<Δx<0,4) bo‘lgan
metallmas atomlari orasidagi bog‘lanish qutbsiz-kovalent bog‘lanish deyiladi.
Masalan, H₂ molekulasidagi bog‘ qutbsiz-kovalent xususiyatiga ega, chunki undagi
vodorod elementi atomlarining nisbiy elektromanfiyliklari ayirmasi: 2,1 – 2,1 = 0
ga teng. Bu esa yuqoridagi shartni qanoatlantiradi.
Nisbiy elektromanfiyliklari farqi 0,5 dan 1,7 eV gacha (0,5<Δx<1,7) bo‘lgan
metallmas atomlari orasidagi bog‘lanish qutbli-kovalent bog‘lanish deyiladi.
Masalan, SO₂ molekulasidagi S – O bog‘i qutbli- kovalent xususiyatga ega, chunki
undagi kislorod va oltingugurt atomlarining nisbiy elektromanfiyliklari ayirmasi:
3,5 – 2,5 = 1 eV ga teng. Bu esa yuqoridagi qutbli-kovalent bog‘ shartini
qanoatlantiradi.
Kovalent bog‘lanishning to‘rt xil xossasi mavjud. Ular: bog‘ uzunligi, bog‘
energiyasi, to‘yinuvchanlik va yo‘naluvchanlikdir.
Bog‘ uzunligi – bu bir atom bilan ikkinchi atom orasidagi masofadir. Bog‘
uzunligi nanometrlarda ifodalanadi (1nm = 10-9 m). Bog‘ uzunligi atom radiusiga
ham bogliqdir. Atomlar orasidagi nisbiy elektromanfiylik farqi qanchalik katta
bo‘lsa kimyoviy bog‘ shuncha qisqa bo‘ladi. Bog‘ uzunligi karralilikka ham
bogliq, ya’ni ikki element atomi orasida bog‘lar soni ortib borishi bilan bog‘ning
uzunligi qisqarib boradi.
Bog‘ energiyasi – bu ikki atom orasidagi kimyoviy bog‘ni uzish uchun sarf
bo‘ladigan energiya miqdoridir. Nisbiy elektromanfiylik farqi qanchalik katta
bo‘lsa u bog‘ni uzish uchun shuncha ko‘p energiya talab etiladi. Bu kattalik
kimyoviy bog‘ning mustahkamligini tavsiflaydigan miqdoriy kattalikdir va u
kJ/mol yoki kkal/mol larda o‘lchanadi (1 kilokaloriya = 4,187 kiloJoul).
Elementlar orasidagi kimyoviy bog‘ning soni oshishi bilan bog‘ energiyasi ham
ortib boradi.
To‘yinuvchanlik – bu atom tashqi elektron qavatidagi valent elektronlarini
berishi yoki toq elektronlarini juftlashtirib olish imkoniyatidir. Masalan, H₂S
molekulasida S (-2) oksidlanish darajasiga ega, bunda S ning tashqi qavatida ikkita
toq elektronlari mavjud bo‘lib, reaksiya natijasida S ning elektromanfiyligi
yuqorilik qilib vodorodlarning elektronlari o‘zi tomonga og‘dirdi va natijada uning
toq elektronlari juftlashib tashqi qavati elektronlar bilan butunlay to‘ldi.
To‘yinuvchanlik xususiyatini namoyon qilib element atomlari inert gazlarga
o‘xshab qoladi. Yuqoridagi misolda S ikkita elektron olib argonga o‘xshab qoldi
(argon bilan izoelektron o‘xshashlik nazarda tutiladi).
Yo‘naluvchanlik – bu kovalent bog‘lanishda s-, p-, d-orbitallaridagi
elektronlarning o‘zaro juftlashuvi sababli yuzaga keladigan fazoviy yo‘nalishlarni
ko‘rsatadigan xususiyatdir (1.8-rasm).
Kristall panjarada uning tugunlaridagi metal atom-ionlari bilan elektronlar
o‘rtasida yuzaga keladigan tortishuv kuchlari metal bog‘lanish deyiladi. Metal
bog‘lanish faqat metallar orasida vujudga keladi. Ularning qaynash va suyuqlanish
haroratlari yuqori, suvda erimaydi, elektr tokini qattiq holatda yaxshi o‘tkazadi.
Ularga davriy sistemadagi barcha metallar, intermetallar va qotishmalar kiradi.
Ion bog‘lanish deb, qarama-qarshi zaryadli ionlarning elektrostatik tortishuv
kuchlari vositasida yuzaga keluvchi kimyoviy bog‘lanishga aytiladi. Ularga metal
va metallmaslar orasidagi bog‘lanish kiradi. Ion bog‘lanishli birikmalarda
elementlarning nisbiy elektromanfiyliklar ayirmasi 1,7 eV dan katta (1,7<Δx)
bo‘lishi kerak.
Ion bog‘lanishning nisbiy elektromanfiylik (NEM) farqiga bog‘liqlik
ko‘rsatkichi (%) quyidagi 1.3-jadvalda keltirilgan:
1.3-jadval
NEM farqi, eV
0.1
0,4
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
Ion bog‘ning ulushi, %
0,5
4,0
15
22
30
39
47
NEM farqi, eV
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,4
Ion bog‘ning ulushi, %
55
63
70
76
82
84
89
Masalan, NaCl molekulasida xlor va natriyning nisbiy elektromanfiyliklari
farqi 3,0 – 0,9 = 2,1 eV ga teng. Bu esa yuqoridagi shartni qanoatlantiradi. Ion
bog‘lanishli moddalarning qaynash va suyuqlanish haroratlari yuqori, suvda yaxshi
eriydi, qattiq holatda elektr tokini yaxshi o‘tkazmaydi, suyuqlantirilganda yoki
suvda eritilganda elektr tokini yaxshi o‘tkazadi. Ular kuchli elektrolitlar
hisoblanadi. Ularga: asosli oksidlar, ishqorlar, tuzlar kiradi.
1.9-rasm. Kimyoviy bog‘lanishlarning elektron va fazoviy tuzilishi.