Презентація з теми: "Сучасні силікатні матеріали"

Сучасні силікатні матеріали. Силікатні мінерали

Поняття про силікати. Сполука Si. О2 є кислотним оксидом. На запитання «Яка кислота походить від силіцій(ІV) оксиду?» зазвичай відповідають:«Силікатна кислота – H2 Si. О3». Але відомо багато силікатів — природних і добутих у лабораторії, які містять не лише йони , а і йони інших силікатних кислот — , тощо. Склад мінералів, які є силікатами, часто подають за допомогою формул оксидів.

Хімічні водорості Із силікатним клеєм можна провести цікавий дослід. Якщо цей клей розбавити водою і помістити в рідину кристалики забарвлених, розчинних у воді солей, наприклад ферум(ІІІ) хлориду, купрум(ІІ) сульфату, манган(ІІ) сульфату, нікель(ІІ)сульфату, то із них повільно виростатимуть різнобарвні «хімічні водорості». Це — суміші нерозчинних силікатів, гідроксидів і силікатної кислоти.

Поширення у природіСиліцій(Іv) оксид Si. О2, або кремнезем, поширений у природі у вигляді мінералу кварцу. Дрібні кристали кварцу містяться у складі гранітів та інших гірських порід, а під час їх руйнування утворюється річковий пісок. Часто пісок містить домішки сполук Феруму, які забарвлюють його в жовтий колір. Значно рідше трапляється гірський кришталь — великі прозорі кристали кварцу, що іноді сягають довжини 10 м.

Усередині деяких каменів є порожнини, у яких перебувають аметисти — кристали кварцу, забарвлені домішками в рожево-фіолетовий колір. Для силіцій(Іv) оксиду характерні атомні кристалічні ґратки, тому він тугоплавкий(tпл. = 1700°С). Розплавлений кварц під час охолодження застигає в прозору масу — кварцове скло, що є аморфною речовиною. Силіцій(Іv) оксид утворює багато гірських порід. Деякі з них разом із силіцій(Іv) оксидом містять алюміній оксид, тому їх називають алюмосилікатами. Це польовий шпат глина слюда

Властивості силікатів. Силікати нерозчинні у воді (за винятком солей лужних елементів), термічно стійкі й тугоплавкі. Мінерал каолініт є основою глини. Більшість силікатів — хімічно пасивні сполуки. Лише водорозчинні солі Натрію і Калію вступають у реакції обміну з кислотами, іншими солями. Розчини метасилікатів Na2 Si. O3 і K2 Si. O3 іноді називають рідким склом. Розчин солі Na2 Si. O3 — це відомий силікатний клей. Рідке скло використовують для просочування деревини з метою надання їй вогнетривкості.

Силікатні матеріали люди почали використовувати з давніх-давен і використовують дотепер. З кременю (Si. О2) наші пращури виготовляли знаряддя праці (800-600 тис. років до н. е.). Згодом почали використовувати яшми, гірський кришталь, агати, обсидіан (вулканічне силікатне скло) та нефрит. Силікати широко використовують на практиці, насамперед у будівництві. Найважливішими силікатними матеріалами є скло, кераміка, цемент. Високі будинки й глибокі тунелі, мости через ріки й багато інших споруд зведено з використанням цементу, бетону, цегли. Красивий і практичний посуд, сучасні телевізори й медична апаратура, вікна будинків, салони автомобілів, літаків, потягів тощо виготовляють із використанням скла. У побуті використовують різні керамічні вироби. Цемент, бетон, цегла, кераміка, скло — продукція силікатної промисловості. Назва підказує, що до їх виробництва причетний Силіцій, а точніше його сполуки.

Силікагель Дрібний порошок силіцій(Іv) оксиду — силікагель, або кремнезем,— використовують як осушувач завдяки здатності поглинати (адсорбувати) вологу. Аморфний непористий силіцій(Іv) оксид використовують у харчовій промисловості (допоміжна речовина Е551) для запобігання утворенню грудок у порошкоподібних продуктах. Його додають до зубних паст і твердих лікарських препаратів (таблеток і порошків). Великий адсорбційний потенціал кремнеземів зумовлює можливість створення на їх основі сучасних матеріалів (модифікованих кремнеземів) для наукових досліджень та технічного використання.

Скло Кремнезем, а також глина й інші природні алюмосилікати є сировиною для виробництва скла, кераміки, цементу й бетону. Промисловість, що випускає ці матеріали, називають силікатною. Рецепт виготовлення скла із суміші вапняку, соди й кремнезему був відомий ще в Давньому Єгипті. Із тих часів технологія виплавки скла значно вдосконалилася, однак основні принципи залишилися незмінними. Формулу найпростішого силікатного скла прийнято записувати у вигляді суміші оксидів: У виробництві скла суміш піску, соди та вапняку розтоплюють. Із напіврідкого скла виготовляють різноманітний посуд, видувають художні вироби. За допомогою спеціальних машин одержують пласке віконне скло.

Скло стійке до дії багатьох речовин: воно нерозчинне у воді, не реагує навіть із концентрованими кислотами. Винятком є лише флуоридна кислота, що утворює із силіцій(Іv) оксидом водорозчинну сполуку: Така властивість скла дозволяє наносити на ньому матові написи. Головний недолік скла — крихкість, тому перед виготовленням деяких виробів скло загартовують: нагрівають до 650-680 °С, а потім швидко рівномірно охолоджують повітрям. У такого скла підвищена механічна міцність, термостійкість, а в разі руйнування воно розпадається на дрібні уламки з тупими краями. Із загартованого скла виготовляють прозорі стінки меблів, стільниці, бокові та задні стекла автомобілів. Загартоване скло в разі руйнування не завдає значних пошкоджень Оздоблення східців загартованим склом

Додаванням до розплавленого скла різних оксидів одержують кольорові стекла. Наприклад, оксиди Феруму забарвлюють скло в зелений, блакитний або червоно-бурий кольори, Со. О — у синій, Сr2 О3 — у зелений, Мn. О — у фіолетовий, Сu2 O — у червоний. Додаванням до скла Рb. О одержують кришталь — скло, яке сильно заломлює промені світла і добре полірується. А з додаванням В2o3 виготовляють тугоплавке боросилікатне скло. З такого скла марки «Ругех» виготовляють термостійкий лабораторний посуд.

Одним із досягнень хімічної науки XX ст. стало створення склониток і скловолокна. Відтепер склонитки використовують як світловоди для передавання зображень і звуків. Без цього не існувало б кабельного телебачення, телефонного зв’язку, не було б приладів,що діагностують стан внутрішніх органів людини.

Кварцове скло Кварцове скло, на відміну від звичайного, за нагрівання не розширюється, тому вироби з нього не тріскаються навіть за швидкого охолодження розпеченого виробу в холодній воді. Хімічний посуд, виготовлений із такого скла, використовують для проведення реакцій, що вимагають сильного нагрівання або різкого охолодження. Кварцове скло пропускає не лише видиме світло, але й ультрафіолетове. Тому колби ультрафіолетових ламп, які використовують у спеціальних приладах або для особливого освітлення, виготовляють виключно з кварцу. Дрібні пластинки з кристалів кварцу здатні перетворювати механічну енергію на електричну, і навпаки. Такі речовини називають п’єзоелектриками, їх використовують як генератори звуку, у радіотехніці, а також у запальничках.

Кришталеве скло Кришталеве скло виготовляють з калій карбонату, плюмбум(ІІ) оксиду, уміст якого дорівнює майже 24%, і кварцового піску. Це скло має високий коефіцієнт заломлення світла, тому його використовують в оптиці (виготовлення лінз і призм). Оскільки кришталеве скло має яскравий блиск, його гранують, щоб виготовити красиві вази й столовий посуд. Емальований посуд вам добре відомий. Емаль — це матеріал, виготовлений із звичайної скломаси шляхом додавання до неї станум(Іv) оксиду. Кольоровою емаллю оздоблюють прикраси, картини, вази тощо. За певних умов аморфну скломасу піддають частковій перекристалізації з утворенням білого, непрозорого, термостійкого й міцного матеріалу, що називається ситал. З нього виготовляють побутовий вогнетривкий кухонний посуд: каструлі, форми для запікання, жаровні, сковорідки тощо.

Кристали Swarovski - це оброблені та огранені кристали з надпрозорого кришталевого скла, які імітують діаманти. їх широко застосовують як декоративні елементи.

Кераміка Керамікою в побуті називають вироби з глини, обпалені в печі. Це слово походить від грецького ceramos — «глина». У Давніх Афінах так називався район, де працювали гончарі. Із часом майстри навчилися виготовляти справжні шедеври з тонкої кераміки — фаянсу та фарфору. Кераміка - це й порцеляна (фарфор), і фаянс, і майоліка та чимало інших матеріалів і виробів з них. Порцеляна - вид кераміки, непроникний для води й газів. У тонкому шарі просвічується. Фаянс – керамічний матеріал, подібний до порцеляни. Він має пористий (проникний для рідин) черепок, укритий тонкою склоподібною плівкою - поливою. Майоліка - різновид кераміки, яку виготовляють з випаленої глини з використанням розписної поливи. Цегла, керамічні труби, облицювальна плитка - усе це керамічні вироби. їх одержують спіканням до каменеподібного стану природних глин та їхніх сумішей з різноманітними мінеральними добавками.

Кераміка — найдавніший силікатний матеріал, винайдений людиною. Цей матеріал виготовляють із глини. Її замішують з водою й утвореній пластичній масі надають необхідної форми. Після термообробки виріб із глини твердне і набуває стійкості щодо води. Керамічну основу мають цегла, черепиця, облицювальна плитка, сантехнічні вироби, кухонний і лабораторний посуд.

Цемент і бетон. Цемент і бетон разом із вапном і гіпсом відносять до в’яжучих матеріалів — речовин, що твердіють через певний час після змішування з водою. Приготовлена із цементу й води густа суміш (цементне тісто) поступово перетворюється на тверду масу, що міцно зв’язує між собою цегли. Для повного затвердіння потрібні два-три тижні. Змішуючи цемент із піском і щебенем, одержують бетон. Його заливають у спеціальні дерев’яні форми, яківидаляють лише після того, як бетон застигне. Для збільшення конструкційної міцності бетоном заливають арма. ТУРУ — сталевий каркас. Одержаний матеріал називають залізобетоном. Конструкції із залізобетону є каркасом більшості сучасних будівель.

Цементні підприємства викидають в атмосферу багато вуглекислого газу та дрібного пилу, який утворюється під час розмелювання сировини. Як наслідок — навколо таких підприємств повітря забруднене дрібним пилом. Потрапляючи в дихальні шляхи, цементний пил може спричиняти різні захворювання, зокрема силікоз та емфізему легенів. Окрім того, цемент не рентабельно утилізовувати: для будівництва нової будівлі дешевше виготовити нові порції. А відпрацьований цемент після руйнування споруд накопичується у відвалах. Для запобігання шкідливому впливу на довкілля на цементних заводах встановлюють спеціальні фільтри, які затримують пил. Необхідно також впроваджувати сучасні «зелені» технології, завдяки яким зменшуються викиди вуглекислого газу в атмосферу.

Узагальнення1. У якому вигляді трапляється силіцій(І\/) оксид у природі?2. Схарактеризуйте фізичні властивості силіцій(І\/) оксиду. Поясніть, як вони пов'язані з його будовою.3. Схарактеризуйте застосування силіцій(Іv) оксиду.4. Що називають силікагелем? Де його використовують?5. Наведіть приклади природних силікатів.6. Що є сировиною для силікатної промисловості та які найважливіші продукти вона випускає?7. Що називають керамікою, цементом, бетоном, залізобетоном?8. Назвіть потенційні екологічні проблеми, пов'язані з виробництвом цементу, та можливі шляхи їх запобігання й усунення? 9. . Під час додавання до натрій силікату розчину амоній хлориду випадає осад силікатної кислоти. Як пояснити це явище?10. Складіть рівняння реакцій для здійснення перетворень:

11. Кальцій силікат міститься у складі цементу. Запишіть рівняння реакції утворення цієї речовини під час спікання суміші кварцового піску і вапняку. 12. Обчисліть масу силіцій(Іv) оксиду, необхідну для перетворення кальцинованої соди Na2 C03 масою 1 т на натрій силікат.13. Обчисліть масу розчину натрій силікату з масовою часткою солі 12,2 %, який можна одержати з натрій карбонату масою 26,5 г та кремнезему масою 20 г. 14. Знайдіть відповідність:15. Масові частки оксидів в оптичному склі становлять (у відсотках): РЬО — 65,3; Si. О2 — 31,6 (решта — домішки). Виведіть формулу цього скла і запишіть її за допомогою формул оксидів.