ДИСТАНЦІЙНЕ НАВЧАННЯ КОНСПЕКТИ УРОКІВ З 25.01.2016 ПО 27.01. 2016 ХІМІЯ 10 КЛАС

Концентровані розчини силікатів Натрію й Калію називають рідким склом. Вони мають сильнолужну реакцію внаслідок того, що дуже гідролізовані: Тема уроку. Силікатна кислота й силікати. Поняття про будівельні матеріали: скло, цемент, бетон

Силікатна кислота й силікати.

H₂SiO₃ — дуже слабка кислота, нерозчинна у воді. Одержують її в один спосіб — діючи на розчини її солей кислотами:

Na₂SiO₃ + 2HCl  2NaCl + H₂SiO₃ (колоїдний розчин)

.Силікати — безбарвні, тугоплавкі речовини, нерозчинні у воді (розчиняються лише Na₂SiO₃ й K₂SiO₃).

Силікати дуже поширені в природі.

Природні сполуки — силікати. (Польовий шпат, слюда, глини, азбест, тальк, коштовні камені — смарагд, топаз, аквамарин, рідке скло — Na₂SiO₃ · K₂SiO₃)

якісна реакція на силікати — дія кислот (при цьому випадає колоїдний осад H₂SiO₃).

Сполуки Силіцію відіграють важливу роль у народному господарстві. Кремнезем і природні силікати служать вихідними матеріалами у виробництві скла, керамічних виробів, порцеляни й фаянсу, будівельних і в’язких матеріалів. Усі ці виробництва складають велику галузь народного господарства — силікатну промисловість.

Скло одержують з білого піску, вапняку й соди шляхом сплавлення суміші. Приблизний склад: Na₂CaSi₆O₁₄, абоNa₂O · CaO · 6SiO₂. У разі заміни Na₂SiO₃ на K2_SiO₃ одержують тугоплавке скло для хімічного посуду. Якщо замінити СаО на РbО, а Na₂O — на K₂O, можна одержати штучний кришталь K₂O · PbO · 6SiO₂.

Цемент одержують шляхом прожарювання суміші глини Al₂O₃ • 2SiO₂ • 2H₂O і вапняку CaCO₃. Після виділення вуглекислого газу й води залишається Al₂O₃ · 2SiO₂ · CaO — цемент.

Бетон — цемент + наповнювач (пісок або щебінь).

1. Силіцій оксид SiO₂ — тверда, дуже тугоплавка речовина (температура плавлення — понад 1 700 °С), дуже поширена в природі, де вона трапляється головним чином у вигляді мінералу кварцу, а також кристобаліту й тридиміту.

За звичайних температур стійкою модифікацією є кварц, з підвищенням температури спостерігаються поліморфні перетворення:

Кварц трапляється в природі у формі правильних кристалів, іноді значної величини. Кристали утворюються з тетраедрів, розташованих гвинтоподібно навколо центральної осі, у вигляді спіралі. У тому самому кристалі напрямок спіралі може бути протилежним.

Кварц використовується в різних галузях науки й техніки, і його кристали часто вирощуються штучно. Деякі різновиди кварцу мають власні назви. Прозорі безбарвні кристали називають гірським кришталем. Трапляються й забарвлені різновиди кварцу: рожевий кварц, фіолетовий (аметист), темно-коричневий (димчастий топаз), зелений (хризопраз) та ін. Дрібнокристалічна модифікація кварцу з домішками інших речовин називається халцедоном. Різновидами халцедону є агат, яшма та ін. Гірський кришталь і забарвлені різновиди кварцу використовують як коштовне й напівкоштовне каміння.

Тридиміт міститься у вулканічних породах, однак у дуже незначних кількостях. Відомий тридиміт і метеоритного походження.

Кристобаліт у природі іноді трапляється у вигляді дрібних кристалів, включених у лаву, подібно до тридиміту. Тридиміт і кристобаліт мають більш «рихлу» структуру, ніж кварц.

Розплав кремнезему в результаті повільного остигання легко утворює аморфне кварцове скло. Кремнезем у формі скла трапляється й у природі. Густина аморфного скла дорівнює 2,20 г/см3 — менша, ніж у всіх кристалічних модифікацій. Кварцове скло має незначний температурний коефіцієнт розширення, тому з нього виготовляють лабораторний посуд, стійкий до різких змін температури.

2. Оксид Si0₂ є ангідридом ряду силікатних кислот, склад яких можна описати загальною формулою xSiO2 ·yH2O. Кислоти, молекули яких містять більш ніж одну молекулу SiO2, належать до полісилікатних.

Найпростіша із силікатних кислот — H₂SiO₃. її часто називають просто силікатною, а її солі — силікатами. Із силікатів у воді розчиняються лише силікати Натрію й Калію, решта силікатів — тугоплавкі, нерозчинні у воді речовини.

Розчини силікатів каламутніють унаслідок перебування на повітрі, оскільки СO₂, що міститься в них, витісняє силікатну кислоту з її солей (H₂SiO₃ слабша за карбонатну кислоту).

H₂SiO₃ практично не розчиняється у воді, і цю властивість використовують як якісну реакцію для виявлення силікат-іонів:

Одержують силікати шляхом сплавлення SiO₂ з лугами або карбонатами.

Рідке скло використовують, наприклад, для виготовлення клею, водонепроникних тканин.

3. Скло

У результаті нагрівання сумішей багатьох силікатів один з одним або із кремнеземом одержують прозорі аморфні сплави, що називаються склом. Скло є аморфним, воно не має кристалічного порядку. Через цю особливість воно переходить у рідкий стан не стрибком, а поступово.

Головна властивість будь-якого скла, що відіграє головну роль у виробництві скляних виробів, полягає в тому, що в розплавленому стані, остигаючи, воно не відразу твердне, а поступово густіє, робиться грузлим і зрештою перетворюється на тверду однорідну прозору масу.

Багато інших властивостей скла значною мірою залежать від його складу. Змінюючи не лише складові скла, але і їхні відносні кількості, можна одержувати види скла, що мають дуже різні властивості.

Звичайне скло для шибок, а також скло, з якого виготовляється переважна частина скляного посуду для домашнього вжитку, — пляшки, склянки тощо, складається, головним чином, із силікатів Натрію й Кальцію, сплавлених із кремнеземом. Склад такого скла приблизно можна описати формулою Na₂O · CaO · 6SiO₂. Вихідними матеріалами для його одержання є не власне силікати, а білий пісок, сода й крейда.

Суміш цих речовин сплавляють у регенеративних печах, які зазвичай нагріваються з допомогою генераторного газу. Під час плавлення протікають такі реакції:

CaCO₃ + SiO₂ = CaSiO₃ + CO₂

Na₂CO₃ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + CO₂

Часто соду заміняють натрій сульфатом і вугіллям. Вугілля відновлює Na₂SO₄ до Na₂SO₃, який, вступаючи в реакцію з піском, утворює Na₂SiO₃:

2Na₂SO₄ + 2SiO₂ + C = 2Na₂SiO₃ + 2SO₂ + CO₂

Скляні вироби виготовляються шляхом видування, лиття, пресування й витягування. Видування скляних виробів ще донедавна здійснювалося виключно силою легенів майстра й було дуже важкою працею. Але останнім часом техніка склоробства зробила чималий крок уперед, і наразі існують машини, що механічно виготовляють найпростіші скляні предмети, наприклад пляшки, а також машини для безпосереднього одержання листового скла шляхом витягування з в’язкої скломаси нескінченної скляної стрічки.

Якщо під час «варіння» скла замінити соду поташем, то можна одержати так зване богемське скло, що складається із силікатів Калію й Кальцію. Воно більш тугоплавке, ніж звичайне скло для шибок, і застосовується для особливого сорту хімічного посуду, здатного витримувати значні температури. У результаті сплавлення кремнезему з поташем і плюмбум оксидом одержують світле важке скло, що називається кришталем і містить силікати Калію та Плюмбуму. Таке скло має значну здатність переломлювати світлові промені й після шліфування набуває сильного блиску; з нього виробляють оптичні види скла й художній посуд.

Великий вплив на властивості скла має заміна частини кремнезему борним ангідридом B₂O₃, що підвищує твердість скла, робить його більш стійким щодо хімічних впливів і менш чутливим до різких змін температури. З такого скла виготовляється високоякісний хімічний посуд.

Застосовуваний під час варіння звичайного скла пісок часто містить домішки сполук Феруму, які надають склу некрасивого зеленого забарвлення. Найкращим способом його знищення є додавання до маси, що сплавляється, незначних кількостей Селену, який дає рожеве забарвлення. Додаткові кольори (рожевий і зелений) разом дають білий. Аналогічно діє й манган(IV) оксид.

Іноді до скляної маси, що сплавляється, спеціально додають ті чи інші речовини для одержання забарвленого скла. Наприклад, хром(ІІІ) оксид Cr2O3 надає склу зеленого забарвлення, манган(IV) оксид — червонясто-лилового, кобальт(ІІ) оксид — синього тощо. У більшості випадків колір скла залежить від утворення забарвлених силікатів (Феруму, Мангану, Кобальту та ін.). Але іноді він виникає через те, що додана речовина міститься в склі в надзвичайно дрібному стані. Так, унаслідок додавання незначної кількості золота скло набуває рубіново-червоного кольору, зумовленого наявністю в склі дрібних, не помітних навіть у мікроскоп, часток золота, що виділяються під час повільного остигання розплавленого скла. рубінові види скла пропускають лише червоні промені й тому застосовуються у фотографічних процесах, що вимагають червоного освітлення.

Скло зазвичай зараховують до речовин, що не розчиняються у воді. Однак унаслідок її тривалої дії на звичайне натрієве скло вода частково вимиває з нього натрій силікат.

4. Кераміка

Під керамікою, або керамічною промисловістю, розуміють виробництво різних виробів із глини. Кераміка охоплює виробництво цегли, черепиці, вогнетривких матеріалів, гончарного посуду, гончарних труб, кахлів (груба кераміка), а також виробництво порцеляни й фаянсу (тонка кераміка). Усі ці виробництва ґрунтуються на здатності глини давати з водою пластичне тісто, яке після випалювання перетворюється на тверду пористу масу, що не розмокає у воді.

Для підвищення механічної міцності виробів до глини додають різні речовини, з яких головними є кварц і польовий шпат.

Керамічні вироби формують із вологої глини механічним шляхом або вручну на гончарних верстатах, потім висушують на повітрі або в спеціальних сушарках і обпалюють у печах. У процесі випалювання випаровується вода — як та, на якій було замішано глину, так і та, що входить до складу молекул глини, унаслідок чого глина стає пористою, трохи спікається й перетворюється на алюміній силікат 3Al2O3 · 2SiO2.

Низькосортні керамічні вироби: цеглу, дренажні труби, черепицю, квіткові горщики тощо, виготовляють на цегельних заводах з низькосортних глин. їх випалюють за відносно низької температури (не вище від 1 000 °С), вони пористі й можуть усмоктувати чимало води.

Так само виготовляється простий гончарний посуд. Щоб зробити посуд водонепроникним, його покривають глазур’ю. Для цього у випалювальну піч кидають кухонну сіль, пари якої вступають у реакцію з частиною кремнезему, що міститься у виробах, і останні покриваються склоподібним шаром легкоплавкого силікату.

Найкращі сорти кераміки й фаянс виробляють із більш чистих сортів глини, що не містять Феруму, і випалюють за більш високої температури.

5. Цемент

Одним з найважливіших матеріалів, що виготовляє силікатна промисловість, є цемент, споживаний у величезних кількостях у будь-яких будівельних роботах.

Цемент одержують шляхом прожарювання глини з вапняком CaCO3. Для цього названі речовини попередньо ретельно перемішуються в сухому або сирому вигляді, а потім піддають сильному випалюванню.

Під час випалювання цементної суміші кальцій карбонат розкладається на вуглекислий газ і кальцій монооксид, що вступає в реакцію з глиною, причому продуктами реакції є силікати й алюмінати Кальцію. Випал цементу наразі здійснюється в особливих обертових циліндричних печах.

Хімічний склад цементів зазвичай виражають у відсотках оксидів, що містяться в них, з-поміж яких головними є СаО, Al2O3, SiO2 і Fe2O3. Масове співвідношення кальцій оксиду до інших трьох оксидів називається гідромодулем цементу й характеризує його технічні якості.

Цемент дуже широко використовується в будівництві як в’язкий матеріал, що після змішування з водою твердне. Зазвичай цемент одержують у великих обертових печах, де здійснюють випал і розмел різних силікатів (за температури 1000 °С).

Розрізняють кілька типів цементів, однак умовно можна виділити два типи цементів за принципом їх «схоплювання» — звичайний цемент і портландський цемент. Процес «схоплювання» звичайного цементу, що складається з кальцій силікату, відбувається внаслідок утворення кальцій карбонату за рахунок вуглекислого газу повітря:

Під час схоплювання портландського цементу вуглекислота не бере участі в процесі, а відбувається гідроліз силікатів з наступним утворенням нерозчинних кристалогідратів:

 Домашнє завдання

Опрацювати матеріал параграфа, відповісти на запитання до нього, виконати вправи.

Творче завдання: підготувати матеріал  з теми «Використання неметалів та їхніх сполук, кругообіг неметалів у природі»



Тема уроку. Використання неметалів та їхніх сполук. Кругообіг неметалічних елементів у природі. Парниковий ефект

1.Кругообіг неметалічних елементів у природі

Між літосферою, гідросферою, атмосферою й живими організмами Землі постійно відбувається обмін хімічними елементами. Цей процес має циклічний характер: перемістившись із однієї сфери в іншу, елементи знову вертаються у вихідний стан. Кругообіг елементів відбувався впродовж усієї історії Землі, яка нараховує 4,5 млрд. років.

Гігантські маси хімічних речовин переносяться водами Світового океану. Насамперед це стосується розчинених газів — вуглекислого газу, кисню, азоту. Холодна вода високих широт розчиняє гази атмосфери. Потрапляючи з океанічними течіями в тропічний пояс, вона виділяє їх, тому що розчинність газів унаслідок нагрівання зменшується. Поглинання й виділення газів відбувається також у результаті зміни теплих і холодних сезонів року.

Величезний вплив на природні цикли деяких елементів спричинила поява життя на планеті. Це, у першу чергу, стосується кругообігу головних елементів органічної речовини — Карбону, Гідрогену й Оксигену, а також таких життєво важливих елементів, як Нітроген, Сульфур і Фосфор. Незважаючи на те що сумарна маса живих організмів Землі менша за масу земної кори в мільйони разів, рослини й тварини відіграють дуже важливу роль у переміщенні хімічних елементів.

Діяльність людини також впливає на кругообіг елементів. Особливо помітним це стало останнім століттям. розглядаючи хімічні аспекти глобальних змін у кругообігу хімічних елементів, слід ураховувати не лише зміни в природних кругообігах за рахунок надходження або видалення наявних у них хімічних речовин у результаті звичайних циклічних або спричинених людиною впливів, але й надходження в навколишнє середовище хімічних речовин, яких раніше не існувало в природі.

2. Адсорбція

Адсорбція — це поглинання газів або розчинених речовин з розчину поверхнею твердого тіла або рідини. Адсорбція є одним із видів сорбції. Адсорбція відбувається під впливом молекулярних сил поверхневого шару адсорбенту. У деяких випадках молекули адсорбату (речовини, яка поглинається) взаємодіють з молекулами адсорбенту й утворюють з ними поверхневі хімічні сполуки (хемосорбція). За постійної температури фізична адсорбція посилюється внаслідок підвищення тиску або концентрації розчину. Процес, зворотний адсорбції, називається десорбцією.

Адсорбенти — високодисперсні природні або штучні матеріали з великою площею поверхні, на якій відбувається адсорбція речовин з газів або рідин, що стикаються з нею. Для очищення повітря й води від шкідливих речовин на очисних спорудженнях широко використовується метод адсорбції. Найбільш широко використовувані адсорбенти: активоване вугілля, силікагелі, алюмосилікагелі, оксиди й гідроксиди деяких металів, губчасті метали, природні мінерали.

V. Домашнє завдання

Повторити властивості неметалічних елементів та їхніх сполук