Kumush sulfid va natriy siyanid o'rtasidagi reaktsiya bo'yicha tadqiqotlar

1. kirish

Kumush sulfid (\(Ag_2S \)) va natriy siyanid (\(NaCN \)) o'rtasidagi reaksiya turli sohalarda, ayniqsa, kumushni uning rudalaridan ajratib olishda sezilarli ahamiyatga ega. Ushbu reaksiyani tushunish sanoat jarayonlarini optimallashtirish va murakkab tizimlardagi kimyoviy muvozanat va kinetikani chuqurroq tushunish uchun juda muhimdir.

2. Reaksiya tamoyillari

2.1 Kimyoviy tenglama

Kumush sulfid va natriy siyanid o'rtasidagi reaksiya quyidagicha ifodalanishi mumkin

b havo ishtirokida quyidagi kimyoviy tenglama:\(2Ag_2S + 8NaCN + O_2 + 2H_2O = 4Na[Ag(CN)_2] + 4NaOH + 2S\)

Bu reaksiyada kumush sulfid natriy siyanid bilan reaksiyaga kirishadi . Kumush sulfiddagi kumush kompleks ion, kumush siyanid kompleks ioni \([Ag(CN)_2]^{-} \) ni hosil qiladi, kumush sulfiddagi oltingugurt esa elementar oltingugurtga oksidlanadi. Havodagi kislorod reaksiyada ishtirok etadi va oksidlovchi vosita sifatida ishlaydi.

2.2 Kompleks ion hosil bo'lishi

Kumush siyanid ionlari bilan murakkab ionlar hosil qilish tendentsiyasiga ega. \([Ag(CN)_2]^{-} \) ning hosil boʻlishiga ushbu kompleks ionning yuqori barqarorligi sabab boʻladi. \([Ag(CN)_2]^{-} \) hosil bo'lishining muvozanat konstantasi nisbatan katta, ya'ni kumush ionlarining siyanid ionlari bilan bu kompleks hosil qilish reaksiyasi juda qulaydir. Kompleks ion \([Ag(CN)_2]^{-}\) erimaydigan kumush sulfidga nisbatan suvda yaxshi eriydi. Bu eruvchanlik farqi umumiy reaksiya jarayonida asosiy omil hisoblanadi.

2.3 Oltingugurtning oksidlanishi

Kumush sulfid tarkibidagi oltingugurt -2 oksidlanish darajasida. Natriy siyanid bilan havo ishtirokida reaksiyaga kirishganda, oltingugurt oksidlanadi. Havodagi kislorod oksidlovchi kuchni ta'minlaydi. Oltingugurtning -2 dan 0 gacha (elemental oltingugurt) oksidlanishi reaksiya mexanizmining muhim qismidir. Oltingugurtning oksidlanishining reaktsiya yo'li bir qator elektron - uzatish bosqichlarini o'z ichiga oladi, ular umumiy reaktsiya tezligi va mahsulotlarning shakllanishi bilan chambarchas bog'liq.

3. Reaksiya shartlari

3.1 Termodinamik mulohazalar

Termodinamik jihatdan kumush sulfidining natriy siyanid bilan oksidlovchi moddalarsiz havo kabi to'g'ridan-to'g'ri reaktsiyasi ijobiy Gibbs erkin energiya o'zgarishiga ega (\(\Delta G>0\)). Bu reaksiya standart sharoitda o'z-o'zidan emasligini ko'rsatadi. \(Ag_2S + 4NaCN\rightleftharpoons 2Na[Ag(CN)_2]+Na_2S\) reaksiyasi uchun muvozanat konstantasi (\(K\)) nisbatan kichik. Biroq, kislorod kiritilganda, umumiy reaktsiya o'z-o'zidan bo'ladi. Oltingugurtning kislorod bilan oksidlanishi kumush sulfidi va natriy siyanidi o'rtasidagi dastlabki reaktsiyaning o'z-o'zidan bo'lmasligini engish uchun harakatlantiruvchi kuchni ta'minlaydi.

3.2 Konsentratsiyaga qo'yiladigan talablar

Reaksiyaning samarali davom etishi uchun natriy siyanidning etarli konsentratsiyasi talab qilinadi. Kumush sulfid suvda erimaydigan bo'lgani uchun kumush sulfiddan asta-sekin ajralib chiqadigan kumush ionlari bilan kompleks hosil qilish uchun siyanid ionlarining yuqori konsentratsiyasi kerak. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, \(0.1mol\) \(Ag_2S\) \(1L\) \(NaCN\) eritmasida erishi uchun \(NaCN\) ning minimal konsentratsiyasi taxminan \(12.97mol/L\) ni tashkil qiladi. Ushbu yuqori konsentratsiyaga bo'lgan talab kumush sulfidning past eruvchanligi va kompleks - hosil bo'lish reaktsiyasining muvozanatini kumush - siyanid kompleks ionining shakllanishiga o'tkazish zarurati bilan bog'liq.

3.3 Harorat va bosim

Kumush sulfid va natriy siyanid o'rtasidagi reaktsiya xona haroratida sodir bo'lishi mumkin bo'lsa-da, haroratning oshishi odatda reaktsiya tezligini tezlashtirishi mumkin. Yuqori haroratlar reaktiv molekulalarning kinetik energiyasini oshiradi, bu esa tez-tez va baquvvat to'qnashuvlarga olib keladi. Biroq, o'ta yuqori haroratlar siyanid birikmalarining parchalanishi kabi nojo'ya reaktsiyalarni ham keltirib chiqarishi mumkin. Oddiy sharoitlarda bosim bu reaktsiyaga sezilarli darajada bevosita ta'sir qilmaydi, chunki u suvli eritmadagi reaktsiya bo'lib, bosim o'zgarishi yanada aniqroq ta'sir ko'rsatadigan gaz-fazali reaktsiya emas.

4. Reaktsiya kinetikasi

4.1 Reaktsiya tezligini aniqlash

Kumush sulfidning natriy siyanid bilan reaksiya tezligini eksperimental usullar bilan aniqlash mumkin. Vaqt o'tishi bilan reaksiyaga kirishuvchi moddalar (masalan, kumush sulfid yoki natriy siyanidi) yoki mahsulotlar (masalan, kumush - siyanid kompleksi ioni yoki oltingugurt) kontsentratsiyasining o'zgarishini o'lchash orqali reaktsiya tezligini hisoblash mumkin. Misol uchun, partiyali reaktor tajribasida namunalar muntazam ravishda olinishi mumkin va eritmadagi kumush - siyanid kompleks ionining konsentratsiyasi spektrofotometriya yoki ion-selektiv elektrodlar kabi analitik usullar yordamida o'lchanishi mumkin. Keyinchalik umumiy reaksiya tezligini hisoblash uchun kumush - siyanid kompleksi ionining hosil bo'lish tezligidan foydalaniladi.

4.2 Baho - bosqichlarni aniqlash

Kumush sulfidning siyanidlanishining reaktsiya mexanizmi murakkab va bir necha bosqichlarni o'z ichiga oladi. Tezlikni aniqlash bosqichi, ehtimol, reaktsiya ketma-ketligidagi eng sekin qadamdir. Asosiy bosqichlardan biri kumush sulfidining erishi bo'lib, u kumush ionlari va oltingugurt ionlarini chiqarishni o'z ichiga oladi. Kumush ionlarining siyanid ionlari bilan kompleks hosil bo'lishi kumush sulfidning erishi bilan solishtirganda nisbatan tezdir. Oltingugurtning kislorod bilan oksidlanishi ham umumiy reaksiya tezligida muhim rol o'ynaydi. Agar kislorod etkazib berish cheklangan bo'lsa, u tezlikni belgilovchi omilga aylanishi mumkin. Bundan tashqari, reaksiyaga kirishuvchi molekulalarning (masalan, siyanid ionlari va kislorod) kumush sulfid zarralari yuzasiga tarqalishi ham reaktsiya tezligiga ta'sir qilishi mumkin, ayniqsa kumush sulfidning zarracha hajmi katta bo'lgan hollarda.

4.3 Matematik modellashtirish

Kumush sulfidining siyanidlanishining reaksiya kinetikasini tasvirlash uchun matematik modellar ishlab chiqilgan. Tez-tez ishlatiladigan modellardan biri qisqaruvchi asosiy modeldir. Bu model reaksiya kumush sulfidning qattiq zarrachasi yuzasida sodir bo'ladi, deb taxmin qiladi va reaksiya davom etar ekan, reaksiyaga kirmagan kumush sulfidning yadrosi qisqaradi. Model reaktivlarning mahsulot qatlami orqali tarqalishi (kumush sulfid zarrachasi yuzasida hosil bo'lishi mumkin bo'lgan oltingugurt va boshqa reaktsiya mahsulotlari), sirtdagi kimyoviy reaktsiya tezligi va eritma fazasida kompleks hosil bo'lish muvozanati kabi omillarni hisobga oladi. Ushbu modeldan foydalanib, turli xil sharoitlarda, masalan, natriy siyanid va kislorodning turli konsentratsiyasi, kumush sulfidning zarracha hajmi va harorat kabi reaktsiya tezligi haqida bashorat qilish mumkin. Eksperimental natijalar odatda bunday matematik modellarning bashoratlari bilan yaxshi mos kelishi aniqlandi.

5. Ilovalar

5.1 Rudalardan kumush qazib olish

Kumush sulfid va natriy siyanid o'rtasidagi reaksiya konchilik sanoatida sulfid rudalaridan kumush ajratib olish uchun keng qo'llaniladi. Odatdagi siyanidlash jarayonida maydalangan kumushli ruda natriy siyanidning suyultirilgan eritmasi bilan ishlov beriladi. Rudadagi kumush sulfid natriy siyanid bilan reaksiyaga kirishib, eriydigan kumush-siyanid kompleksini hosil qiladi. Reaksiyadan so'ng, kumush-siyanid kompleksini o'z ichiga olgan eritma qattiq qoldiqdan ajratiladi. Keyin kumush eritmadan turli usullar, masalan, mos qaytaruvchi vosita (masalan, rux kukuni) bilan qaytarib olish orqali olinishi mumkin. Bu jarayon juda samarali va keng ko'lamli kumush ajratib olish uchun eng ko'p ishlatiladigan usullardan biridir.

5.2 Atrof-muhitga oid mulohazalar

Biroq, kumush olish jarayonida natriy siyaniddan foydalanish ekologik muammolarni keltirib chiqaradi. Sianid juda zaharli moddadir va siyanid o'z ichiga olgan eritmalarning har qanday oqishi yoki noto'g'ri yo'q qilinishi atrof-muhitga jiddiy ta'sir ko'rsatishi mumkin. Shu sababli, tog'-kon sanoatida siyanidni xavfsiz ishlatish va yo'q qilishni ta'minlash uchun qat'iy ekologik qoidalar mavjud. Ko'pgina tog'-kon kompaniyalari siyaniddan foydalanishni kamaytirish yoki tarkibida siyanid bo'lgan chiqindilarni samaraliroq qayta ishlashning muqobil usullarini ishlab chiqmoqda. Ushbu qiyinchiliklarga qaramay, kumush sulfid va natriy siyanidi o'rtasidagi reaktsiya kumush qazib olishda yuqori samaradorligi tufayli kumush qazib olish sanoatida muhim jarayon bo'lib qolmoqda.

6. Xulosa

Kumush sulfid va natriy siyanidi o'rtasidagi reaktsiya kumushni qazib olishda muhim qo'llanilishi bilan murakkab kimyoviy jarayondir. Reaktsiya tamoyillari, shartlari, kinetikasi va qo'llanilishini tushunish sanoat jarayonlarini optimallashtirish va siyaniddan foydalanish bilan bog'liq ekologik muammolarni hal qilish uchun juda muhimdir. Ushbu sohadagi keyingi tadqiqotlar samaraliroq reaksiya sharoitlarini ishlab chiqish, reaksiyaning selektivligini yaxshilash va kumush qazib olishda siyanidni almashtirish yoki undan foydalanishni kamaytirishning muqobil usullarini topishga qaratilishi mumkin.