Тадқиқот оид ба реаксияи байни сулфиди нуқра ва сианиди натрий

1. Муқаддима

Реаксияи байни сулфиди нуқра (\(Ag_2S \)) ва сианиди натрий (\(NaCN \)) дар соҳаҳои гуногун, бахусус дар истихроҷи нуқра аз маъданҳои он, аҳамияти назаррас дорад. Дарки ин реаксия барои беҳтар кардани равандҳои саноатӣ ва барои фаҳмиши амиқтари мувозинат ва кинетикаи кимиёвӣ дар системаҳои мураккаб муҳим аст.

2. Принсипҳои реаксия

2.1 Муодилаи химиявӣ

Реаксияи байни сулфиди нуқра ва сианиди натрийро метавон чунин ифода кард:

b муодилаи химиявии зерин дар ҳузури ҳаво:\(2Ag_2S + 8NaCN + O_2 + 2H_2O = 4Na[Ag(CN)_2] + 4NaOH + 2S\)

Дар ин реаксия, сулфиди нуқра бо сианиди натрий реаксия мекунад . Нуқра дар сулфиди нуқра иони мураккаб, иони комплексии сианиди нуқра \([Ag(CN)_2]^{-} \)-ро ташкил медиҳад, дар ҳоле ки сулфур дар сулфиди нуқра ба сулфури элементӣ оксид мешавад. Оксигени ҳаво дар реаксия иштирок мекунад ва ҳамчун агенти оксидкунанда амал мекунад.

2.2 Ташаккули ионҳои мураккаб

Нуқра тамоюли қавӣ дорад, ки ионҳои мураккабро бо ионҳои сианидҳо ба вуҷуд оранд. Ташаккули \([Ag(CN)_2]^{-} \) бо устувории баланди ин иони мураккаб ба амал меояд. Константаи мувозинати ба вучуд омадани \([Ag(CN)_2]^{-} \) нисбатан калон аст, яъне реаксияи ионхои нукра бо ионхои сианид барои ба вучуд овардани ин комплекс хеле мусоид аст. Иони комплекси \([Ag(CN)_2]^{-}\) нисбат ба сулфиди нуқра, ки ҳалнашаванда аст, дар об бештар ҳал мешавад. Ин фарқияти ҳалшавандагӣ омили калидӣ дар раванди умумии реаксия мебошад.

2.3 Оксидшавии сулфур

Сульфид дар сулфиди нуқра дар ҳолати оксидшавӣ -2 қарор дорад. Ҳангоми реаксия бо сианиди натрий дар ҳузури ҳаво сулфур оксид мешавад. Оксиген аз ҳаво қудрати оксидкуниро таъмин мекунад. Оксидшавии сулфур аз -2 то 0 (сульфури элементарӣ) қисми муҳими механизми реаксия мебошад. Роҳи реаксия барои оксидшавии сулфур як қатор марҳилаҳои интиқоли электрониро дар бар мегирад, ки бо суръати умумии реаксия ва ташаккули маҳсулот зич алоқаманданд.

3. Шароити реаксия

3.1 Мулоҳизаҳои термодинамикӣ

Аз ҷиҳати термодинамикӣ, реаксияи мустақими сулфиди нуқра бо сианиди натрий бе мавҷудияти як оксидкунанда ба монанди ҳаво тағирёбии энергияи озоди Гиббсро дорад (\(\Делта G>0\)). Ин нишон медиҳад, ки реаксия дар шароити стандартӣ стихиявӣ нест. Собити мувозинат (\(K\)) барои реаксияи \(Ag_2S + 4NaCN\rightleftharpoons 2Na[Ag(CN)_2]+Na_2S\) нисбатан хурд аст. Аммо, вақте ки оксиген ворид карда мешавад, реаксияи умумӣ стихиявӣ мешавад. Оксидшавии сулфур тавассути оксиген қувваи пешбарандаро барои бартараф накардани реаксияи ибтидоии байни сулфиди нуқра ва сианиди натрий таъмин мекунад.

3.2 Талабот оид ба консентратсияи

Барои самаранок пеш рафтани реаксия консентратсияи кофии сианиди натрий лозим аст. Азбаски сулфиди нуқра дар об ҳалшаванда аст, барои муттаҳид шудан бо ионҳои нуқра, ки аз сулфиди нуқра оҳиста ҷудо мешаванд, консентратсияи баланди ионҳои сианид лозим аст. Ҳисобҳо нишон доданд, ки барои \(0.1мол\) \(Ag_2S\) дар \(1L\) маҳлули \(NaCN\) ҳал шудани консентратсияи ҳадди ақали \(NaCN\) тақрибан \(12.97мол/L\) аст. Ин талабот ба консентратсияи баланд аз сабаби паст будани ҳалшавандагии сулфиди нуқра ва зарурати тағир додани мувозинати реаксияи комплексӣ ба сӯи ташаккули ионҳои комплексии нуқра-сианидҳо вобаста аст.

3.3 Ҳарорат ва фишор

Гарчанде ки реаксияи байни сулфиди нуқра ва сианиди натрий метавонад дар ҳарорати хонагӣ рух диҳад, баландшавии ҳарорат одатан суръати реаксияро тезонад. Ҳарорати баландтар энергияи кинетикии молекулаҳои реактивиро зиёд мекунад, ки боиси бархӯрдҳои бештар ва энергетикӣ мегардад. Бо вуҷуди ин, ҳарорати бениҳоят баланд инчунин метавонад аксуламалҳои тарафӣ, ба монанди таҷзияи пайвастагиҳои сианидҳоро ба вуҷуд орад. Фишор дар шароити муқаррарӣ ба ин реаксия таъсири мустақими ҷиддӣ намерасонад, зеро он реаксия дар маҳлули обӣ аст, на реаксияи фазавии газ, ки дар он тағирёбии фишор таъсири бештаре хоҳад дошт.

4. Кинетикаи реаксия

4.1 Муайян кардани суръати реаксия

Суръати реаксияи сулфиди нуқра бо сианиди натрийро тавассути усулҳои таҷрибавӣ муайян кардан мумкин аст. Бо чен кардани тағирёбии консентратсияи реаксияҳо (масалан, сулфиди нуқра ё сианиди натрий) ё маҳсулот (ба монанди ионҳои комплексии нуқра-сианид ё сулфур) бо мурури замон суръати реаксияро ҳисоб кардан мумкин аст. Масалан, дар таҷрибаҳои реактори дастаҷамъӣ намунаҳоро метавон бо фосилаҳои муқаррарӣ гирифтан мумкин аст ва консентратсияи ионҳои комплексии нуқра-сианид дар маҳлул бо истифода аз усулҳои аналитикӣ ба монанди спектрофотометрия ё электродҳои интихобӣ чен кардан мумкин аст. Пас аз он суръати ташаккули ионҳои комплексии нуқра-сианид барои ҳисоб кардани суръати умумии реаксия истифода мешавад.

4.2 Меъёр - Қадамҳои муайян

Механизми реаксияи сианидизатсияи сулфиди нуқра мураккаб буда, якчанд марҳиларо дар бар мегирад. Қадами муайянкунандаи суръат эҳтимол қадами сусттарин дар пайдарпаии реаксия аст. Яке аз марҳилаҳои асосӣ обшавии сулфиди нуқра мебошад, ки ионҳои нуқра ва ионҳои сулфурро дар бар мегирад. Мушкилоти ионҳои нуқра бо ионҳои сианид нисбат ба обшавии сулфиди нуқра нисбатан зуд аст. Оксидшавии сулфур тавассути оксиген низ дар суръати умумии реаксия нақши муҳим мебозад. Агар таъминоти оксиген маҳдуд бошад, он метавонад як омили муайянкунанда гардад. Ба гайр аз ин, ба сатхи заррачахои сулфиди нукра пахн шудани молекулахои реакционер (масалан ионхои сианид ва оксиген) низ метавонад ба суръати реаксия таъсир расонад, махсусан дар мавридхое, ки андозаи заррахои сулфиди нукра калон аст.

4.3 Моделсозии математикӣ

Барои тавсифи кинетикаи реаксияи сианидшавии сулфиди нуқра моделҳои математикӣ таҳия карда шудаанд. Як модели маъмулан истифодашаванда модели коҳишёбанда - аслӣ мебошад. Ин модел тахмин мекунад, ки реаксия дар сатҳи заррачаи сулфиди нуқраи сахт ба амал меояд ва ҳангоми идомаи реаксия ядрои сулфиди нуқраи реаксиянашуда хурд мешавад. Модел чунин омилҳоро ба назар мегирад, ба монанди паҳншавии реактивҳо тавассути қабати маҳсулот (олтингугирд ва дигар маҳсулоти реаксия, ки метавонанд дар сатҳи заррачаи сулфиди нуқра ба вуҷуд оянд), суръати реаксияи химиявӣ дар сатҳ ва мувозинати комплексӣ дар марҳилаи маҳлул. Бо истифода аз ин модел, дар бораи суръати реаксия дар шароитҳои гуногун, аз қабили консентратсияи гуногуни сианиди натрий ва оксиген, андозаи зарраҳои сулфиди нуқра ва ҳарорат пешгӯӣ кардан мумкин аст. Натиҷаҳои таҷрибавӣ одатан бо пешгӯиҳои чунин моделҳои математикӣ мувофиқат мекунанд.

5. Барномаҳо

5.1 Истихроҷи нуқра аз маъданҳо

Реаксияи байни сулфиди нуқра ва сианиди натрий дар саноати маъдан барои истихроҷи нуқра аз маъданҳои сулфид ба таври васеъ истифода мешавад. Дар раванди маъмулии сианидкунӣ, маъдани майдакардашудаи дорои нуқра бо маҳлули сианиди натрий коркард карда мешавад. Сульфиди нуқра дар маъдан бо сианиди натрий реаксия карда, комплекси ҳалшавандаи нуқра-сианидро ташкил медиҳад. Пас аз реаксия, маҳлуле, ки комплекси нуқра-сианидро дар бар мегирад, аз боқимондаҳои сахт ҷудо карда мешавад. Сипас нуқраро аз маҳлул тавассути усулҳои гуногун, ба монанди барқароркунӣ бо агенти мувофиқи барқароркунӣ (масалан, хокаи руҳ), гирифтан мумкин аст. Ин раванд хеле самаранок аст ва яке аз усулҳои маъмултарин барои истихроҷи нуқра дар миқёси калон мебошад.

5.2 Мулоҳизаҳои муҳити зист

Бо вуҷуди ин, истифодаи сианиди натрий дар раванди истихроҷи нуқра нигарониҳои экологиро ба вуҷуд меорад. Сианид як моддаи хеле заҳролуд аст ва ҳар гуна ихроҷ ё партофтани нодурусти маҳлулҳои дорои сианид метавонад ба муҳити зист таъсири шадид расонад. Аз ин рӯ, қоидаҳои қатъии экологӣ барои таъмини бехатарии коркард ва партофтани сианид дар саноати кӯҳӣ ҷорӣ карда мешаванд. Бисёре аз ширкатҳои истихроҷи маъдан инчунин усулҳои алтернативии коҳиш додани истифодаи сианид ё коркарди самараноки партовҳои дорои сианидро таҳия мекунанд. Бо вуҷуди ин мушкилот, реаксия байни сулфиди нуқра ва сианиди натрий аз сабаби самаранокии баланди он дар истихроҷи нуқра раванди муҳим дар саноати истихроҷи нуқра боқӣ мемонад.

6. Хулоса

Реаксияи байни сулфиди нуқра ва сианиди натрий як раванди мураккаби кимиёвӣ бо истифодаи назаррас дар истихроҷи нуқра мебошад. Фаҳмидани принсипҳои реаксия, шароит, кинетика ва барномаҳо барои оптимизатсияи равандҳои саноатӣ ва ҳалли мушкилоти экологии марбут ба истифодаи сианид муҳим аст. Тадқиқоти минбаъда дар ин соҳа метавонад ба таҳияи шароити реаксияҳои муассиртар, беҳтар кардани интихоби реаксия ва дарёфти усулҳои алтернативии иваз ё кам кардани истифодаи сианид дар истихроҷи нуқра равона карда шавад.