Хімія 10 клас

РОЗДІЛ 2 НЕМЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ

 

ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ IVA ГРУПИ

 

§ 52. Силікатні матеріали

 

Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу: наводити приклади силікатних матеріалів; характеризувати склад, властивості та галузі їх застосування.

Із природних силікатів виготовляють різноманітні матеріали, які називаються силікатними, а промисловість, що їх виробляє, — силікатною. До найважливіших силікатних матеріалів належать скло, кераміка, порцеляна (фарфор), фаянс, цемент, бетон.

- Пригадайте означення поняття «матеріал».

Скло. Звичайне (віконне, натрієве) скло — це твердий прозорий матеріал. Його склад визначають за формулою Na2O • CaO • 6SiO2. Сировина для виробництва скла — сода Na2CO3, вапняк CaCO3 і кварцовий пісок SiO2. Їх очищують, змішують і сплавляють за температури близько 1400 °С. Відбувається реакція:

Залежно від складу сировини і вмісту добавок скло набуває певних властивостей. Якщо замість натрій карбонату взяти калій карбонат (поташ), утвориться міцне тугоплавке скло, з якого виготовляють хімічний посуд. У результаті сплавляння силіцій оксиду з поташем та плюмбум(ІІ) оксидом PbO одержують кришталь — важке скло, яке дуже заломлює світло. Кольорове скло виготовляють, додаючи різні речовини. Невелика кількість кобальт(ІІ) оксиду СоО забарвлює його в синій колір, хром(ІІІ) оксиду Cr2O3 — у зелений, купрум(І) оксиду Cu2O — у червоний. Унаслідок додавання золота утворюється рубінове скло, яке пропускає тільки червоні промені.

За хімічними властивостями скло — інертний матеріал. Лише флуоридна кислота і розплави лугів руйнують його. Скло має особливість у розплавленому стані набувати будь-якої форми, яка зберігається при застиганні. На цьому засновано виробництво різноманітних виробів, наприклад тари, лабораторного посуду, деталей оптичних приладів, побутових речей, художніх виробів.

Особливим видом скла є кварцове скло. Це майже чистий кремній(ІV) оксид. На відміну від звичайного кварцове скло нечутливе до різких коливань температури, тому з нього виготовляють, зокрема, вітрове скло для автомобілів, хімічний посуд. Інша його особливість — це здатність пропускати ультрафіолетові промені, тому з нього виробляють кварцові лампи, які використовуються в медицині, косметології.

Добре зарекомендували себе у новітній техніці скловолоконні світловоди, або світлові хвилеводи, основою яких є також кварцове скло. Найперспективніша галузь застосування світловодів — оптичний зв’язок: крізь пучок чи, точніше, в’язку світлових хвилеводів можна передавати і сприймати різноманітну інформацію (мал. 87, а).

Силікатна промисловість виробляє термо- та фотохромне скло. Термохромне скло під дією температури, а фотохромне — при освітленні темніють, відповідно пропускна здатність скла зменшується. Таку властивість цим видам скла надають добавки оксидів Церію, Європію, галогенідів Аргентуму, Купруму та інших сполук. Термо- та фотохромне скло застосовують у літако- та ракетобудуванні (засклення кабін літальних апаратів); у виготовленні вікон, шибки яких регулюють освітлення та температуру повітря у приміщенні залежно від інтенсивності сонячних променів; приладобудуванні (спеціальні фільтри зі змінним світлопропусканням); голографії (як середовище для запису інформації); медицині (спеціальні окуляри для захисту очей від шкідливого короткохвильового випромінювання).

На основі скла виробляють скловолокно (мал. 87, б), з якого виготовляють тканини для пошиття спеціального одягу, наприклад для пожежників, а також склотекстоліти — матеріали конструкційного призначення у літакобудуванні, машинобудуванні, електротехніці й електроніці. Створюють на основі скла такі мікрокристалічні матеріали, як сітали. Вони дуже міцні, хімічно й термічно стійкі, тому застосовуються для виготовлення апаратури хімічних виробництв, деталей машин і механізмів, труб, електроізоляторів тощо. Сучасна силікатна промисловість виробляє спеціальне скло, стійке проти дії радіоактивного випромінювання.

Кераміка (від грец. керамон — глина). Сировиною для виробництва керамічних виробів (цегли, кахлю, порцеляни, фаянсу) є глина та мінеральні добавки. Основна складова глини — мінерал каолін Al2O3 2SiO2 2H2O.

Мал. 87. Матеріали на основі скла: а — світлові хвилеводи; б — скловолокно

 

Сировиною для виробництва цементу є глина, вапняк та інші речовини. Сировина завантажується в піч, що обертається, постійно перемішується і спікається за температури 1400 — 1600 °С. Відбуваються такі реакції:

Утворену масу охолоджують і розмелюють на порошок. Цемент буває різних сортів: морозотривкий, швидкотужавілий тощо.

Із суміші цементу, піску й води готують будівельні розчини. Так, цемент, змішаний з водою і наповнювачами (піском, щебенем, гравієм, шлаком), утворює суміш, при твердненні якої утворюється бетон. Якщо бетоном наповнити металевий каркас, то матимемо залізобетонну конструкцію.

Із залізобетону виготовляють великі панелі, балки, перекриття, труби, шпали тощо. Бетон і залізобетон застосовують на будівництві гідроелектростанцій, гребель, споруд.

      Коротко про головне

Різноманітні матеріали, які виготовляють з природних сполук Силіцію, називаються силікатними, а промисловість, що їх виробляє, — силікатною. До силікатних матеріалів належать звичайне скло та його різновиди (кольорове, кришталеве, кварцове, оптичне, сонцезахисне тощо); скловолокно, ситали; кераміка, порцеляна, фаянс; цемент, бетон і залізобетон та ін., які мають широке застосування.

Взаємодія металів з водою. За дуже високої температури з водою (водяною парою) реагують менш активні метали — цинк і залізо. Тому вони утворюють оксиди, а не гідроксиди:

За стандартних умов з водою активно реагують лише лужні та лужноземельні метали з утворенням лугів і виділенням теплоти (реакції екзотермічні):

1.  Уважно розгляньте мал. 91. Поясніть, чому: натрій «бігає» по воді; стає кулькою; розчин набуває малинового забарвлення. Що горить — натрій чи водень і чому?

2. Для обох реакцій складіть схеми електронного балансу і підтвердіть відновні властивості цинку і натрію.




Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити