Azot va fosfor, mineral o‘g‘itlar (VA guruh)

VA guruh elementlari (pniktogenlar) — azot N, fosfor P, mishyak As, surma Sb, vismut Bi. Guruhda yuqoridan pastga metallmaslik xossalari susayib, metallik xossalar kuchayadi: azot va fosfor — tipik metallmaslar, vismut esa metall. Azot havoning hajm bo‘yicha 78 % ini tashkil qiladi va oqsillar, nuklein kislotalar tarkibiga kiradi. Fosfor suyak va tishlar (kalsiy fosfat), ATF va DNK uchun zarur. Ikkala elementning birikmalari o‘g‘itlar sanoatining asosi — O‘zbekistonda Chirchiq, Navoiy, Olmaliq zavodlari azotli va fosforli o‘g‘itlar ishlab chiqaradi. Imtihonda nitrat kislotaning metallar bilan reaksiyalari, nitratlarning parchalanishi va fosfat kislota tuzlariga oid masalalar ayniqsa ko‘p uchraydi.

§1. Umumiy tavsif va azot

Azot atomida d-orbitallar yo‘q, shuning uchun uning valentligi IV dan oshmaydi (HNO₃ da azot valentligi IV, oksidlanish darajasi esa +5). Fosforda bo‘sh 3d-orbitallar bor, u V valentli bo‘la oladi.

N₂ molekulasida uchbog‘ (N≡N, bitta σ va ikkita π) — juda mustahkam (taxminan 945 kJ/mol), shuning uchun azot oddiy sharoitda inert: faqat litiy bilan reaksiyaga kirishadi (6Li + N₂ → 2Li₃N). Qizdirilganda magniy, kalsiy bilan nitridlar, vodorod bilan ammiak, elektr razryadida kislorod bilan NO hosil qiladi (N₂ + O₂ ⇌ 2NO, chaqmoqda shunday boradi).

Olinishi: sanoatda — suyuq havoni fraksiyalab haydash; laboratoriyada — ammoniy nitritni qizdirish: NH₄NO₂ → N₂ + 2H₂O.

§2. Ammiak va ammoniy tuzlari

Ammiak sintezi (Gaber jarayoni):

Reaksiya ekzotermik va gaz hajmi kamayadi, shuning uchun Le Shatelye prinsipiga ko‘ra yuqori bosim muvozanatni ammiak tomonga suradi. Harorat juda past bo‘lsa reaksiya sekin, shuning uchun murosaviy harorat tanlanadi. Vodorod tabiiy gazdan olinadi: CH₄ + H₂O → CO + 3H₂.

Ammiak xossalari: rangsiz, o‘tkir hidli gaz, havodan yengil, suvda juda yaxshi eriydi (1 hajm suvda ~700 hajm). Azotda taqsimlanmagan elektron jufti bor, shuning uchun ammiak asos:

Azot −3 holatida, shuning uchun ammiak qaytaruvchi: 4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O (yonish), katalitik oksidlanish 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (Pt) — nitrat kislota ishlab chiqarishning birinchi bosqichi.

Laboratoriyada ammiak ammoniy tuzini ishqor bilan qizdirib olinadi: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O. Bu reaksiya ammoniy ioniga sifat reaksiya ham: ammiak hidi seziladi, nam lakmus ko‘karadi. Ammoniy tuzlari qizdirilganda parchalanadi: NH₄Cl → NH₃ + HCl, NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O.

Misol

10,7 g ammoniy xlorid mo‘l kalsiy gidroksid bilan qizdirildi. Necha litr ammiak (n.sh.) ajraladi?

1. n(NH₄Cl) = 10,7/53,5 = 0,2 mol.
2. Tenglamaga ko‘ra n(NH₃) = n(NH₄Cl) = 0,2 mol.
3. V = 0,2·22,4 = 4,48 l.

§3. Azot oksidlari va nitrat kislota

N₂O va NO — tuz hosil qilmaydigan oksidlar; NO havoda darhol qo‘ng‘ir NO₂ ga aylanadi: 2NO + O₂ → 2NO₂. NO₂ — zaharli qo‘ng‘ir gaz, suv va kislorod bilan nitrat kislota beradi.

Sanoatda nitrat kislota: NH₃ → NO → NO₂ → HNO₃ (4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃).

Nitrat kislota — kuchli kislota va kuchli oksidlovchi (azot +5). Metallar bilan hech qachon `H₂` ajratmaydi: oksidlovchi vazifasini vodorod emas, azot bajaradi. Mahsulot kislota konsentratsiyasiga va metall faolligiga bog‘liq:

Kons. HNO₃ sovuqda Fe, Al, Cr ni passivlaydi (sirtda zich oksid parda hosil bo‘ladi), shuning uchun u temir va aluminiy idishlarda tashiladi. Au va Pt faqat "zar suvi" (HNO₃ : HCl = 1 : 3 hajmiy) da eriydi. Tenglamani tuzishda kislotaning bir qismi oksidlovchi, bir qismi esa tuz hosil qilish uchun sarflanishini unutmang: misdan NO olinganda 8 mol kislotadan faqat 2 moli qaytariladi.

Misol

12,8 g mis suyultirilgan nitrat kislotada eritildi. Necha litr NO (n.sh.) ajraladi?

1. n(Cu) = 12,8/64 = 0,2 mol.
2. 3Cu → 2NO: n(NO) = 0,2·2/3 = 0,133 mol.
3. V = 0,133·22,4 ≈ 2,99 l.

§4. Nitratlarning termik parchalanishi

Nitratlar qizdirilganda metallning faollik qatoridagi o‘rniga qarab uch xil parchalanadi:

• Mg gacha bo‘lgan faol metallar (K, Na, Ca…): nitrit + O₂: 2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂.
• Mg dan Cu gacha (Mg va Cu ham): oksid + NO₂ + O₂: 2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂ + O₂.
• Cu dan keyingi metallar (Ag, Hg, Au): metall + NO₂ + O₂: 2AgNO₃ → 2Ag + 2NO₂ + O₂.

Ammoniy nitrat alohida: NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O. Nitratlar qizdirilganda kislorod ajratgani uchun kuchli oksidlovchilar; kaliyli selitra qora porox tarkibiga kiradi.

§5. Fosfor va uning birikmalari

Fosforning allotropik shakllari: oq fosfor (P₄ molekulalari, juda zaharli, havoda o‘z-o‘zidan alangalanadi, qorong‘ida shu’lalanadi, suv ostida saqlanadi), qizil fosfor (polimer tuzilishli, barqaror, zaharsiz, gugurt qutisi sirtida), qora fosfor (grafitga o‘xshash, yarimo‘tkazgich). Olinishi: Ca₃(PO₄)₂ + 3SiO₂ + 5C → 3CaSiO₃ + 2P + 5CO (elektr pech).

P₂O₅ — kuchli suv tortuvchi modda (quritgich). H₃PO₄ — o‘rtacha kuchli, uch negizli, oksidlovchi xossasi yo‘q kislota; uch qator tuz hosil qiladi:

Oraliq nisbatda ikki tuz aralashmasi hosil bo‘ladi. Fosfat ioniga sifat reaksiya: 3Ag⁺ + PO₄³⁻ → Ag₃PO₄↓ (sariq cho‘kma).

Misol

KOH va H₃PO₄ qanday mol nisbatda reaksiyaga kirishganda hosil bo‘lgan tuzning ekvivalent massasi 87 bo‘ladi?

1. Variantlar: KH₂PO₄ (M = 136, ekvivalent 136), K₂HPO₄ (M = 174, 174/2 = 87), K₃PO₄ (212/3 ≈ 70,7).
2. Mos tuz — K₂HPO₄.
3. Demak KOH : H₃PO₄ = 2 : 1.

§6. Mineral o‘g‘itlar

• Azotli: ammiakli selitra NH₄NO₃ (35 % N), karbamid (NH₂)₂CO (46,7 % N — eng boy), ammoniy sulfat (NH₄)₂SO₄, suyuq ammiak.
• Fosforli: oddiy superfosfat Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄ (Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ → Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄), qo‘sh superfosfat Ca(H₂PO₄)₂, ammofos NH₄H₂PO₄, presipitat CaHPO₄·2H₂O.
• Kaliyli: KCl, K₂SO₄, kaliyli selitra KNO₃ (kompleks o‘g‘it).

O‘g‘it sifati odatda azot bo‘yicha N, fosfor bo‘yicha P₂O₅, kaliy bo‘yicha K₂O massa ulushiga hisoblab ifodalanadi.

Misol

4,96 g fosfor yondirildi, hosil bo‘lgan P₂O₅ 0,48 mol NaOH saqlagan eritmaga yuttirildi. Qanday tuz hosil bo‘ladi?

1. n(P) = 4,96/31 = 0,16 mol → eritmada n(H₃PO₄) = 0,16 mol.
2. NaOH : H₃PO₄ = 0,48 : 0,16 = 3 : 1.
3. Javob: Na₃PO₄.

O‘zingizni tekshiring

1. 25,6 g mis kons. nitrat kislotada eritildi. Necha litr NO₂ (n.sh.) ajraladi?

2. NH₄NO₃ dagi azotning massa ulushi qancha?

3. KNO₃ va Cu(NO₃)₂ qizdirilganda ajraladigan gazlar qanday farq qiladi?

4. 0,1 mol H₃PO₄ va 0,15 mol NaOH reaksiyasida qanday tuzlar hosil bo‘ladi?

5. Nima uchun azot oddiy sharoitda inert?

6. Karbamiddagi azotning massa ulushi qancha?

7. 2 mol ammiakni platinada katalitik oksidlash uchun necha litr O₂ (n.sh.) kerak?

8. Oltinni eritadigan "zar suvi"da HNO₃ va HCl hajmiy nisbati qanday?

Ko‘p uchraydigan xatolar

• HNO₃ + metall → H₂ deb yozish: nitrat kislota vodorod ajratmaydi.
• Tuz hosil qilishga sarflangan HNO₃ ni koeffitsiyentda hisobga olmaslik.
• Barcha nitratlar bir xil parchalanadi deb o‘ylash.
• K₂HPO₄ ekvivalentini topishda metall atomlari sonini hisobga olmaslik.
• Azotning valentligi V bo‘la oladi deb hisoblash: d-orbitallari yo‘qligi sababli eng ko‘pi IV.