Получение оконного стекла уравнение реакции (2 видео)

Содержание

Примените 2
Творческая работа учащегося по химии на тему «Художественная ценность, получение и применение стекла»
Кроме того, стекло бывает – витражное, тонированное, узорчатое, зеркальное, многослойное, закаленное, тепло-сберегающие, огнестойкое, термостойкое, армированное, бронестекло, ударопрочное, пеностекло и некоторые другие виды. ( Приложение 5 ).
Получение оконного стекла уравнение реакции
💡 Видео

Видео:Решение цепочек превращений по химииСкачать

Примените 2

Найдите массу каждого из компонентов шихты (смеси), необходимых для получения 10 т оконного стекла согласно уравнению реакции:
Na₂CO₃ + CaCO₃ + 6SiO₂ = Na₂O∙CaO∙6SiO₂ + 2CO₂↑.

Какой объём углекислого газа (н. у.) образуется при этом?

Ответ: `m(Na_2CO_3) = 2225″ кг»`, `m(CaCO_3) = 2090″ кг»`, `n(SiO_2) = 125″ кмоль»`, `V(CO_2) = 936 м^3`.

Дано:Решение

`m(Na_2O*CaO*6SiO_2) = 10 т = 10000″ кг»`

`Na_2CO_3 + CaCO_3 + 6SiO_2 = Na_2O*CaO*6SiO_2 + 2CO_2″↑»`

`n(Na_2O*CaO*6SiO_2) = (m(Na_2O*CaO*6SiO_2))/(M(Na_2O*CaO*6SiO_2)) = 10000/478 = 20.92″ кмоль»`

`n(Na_2CO_3) = n(Na_2O*CaO*6SiO_2) = 20.9″ кмоль»`

`m(Na_2CO_3) = n(Na_2CO_3)*M(Na_2CO_3) = 20.9*106 = 2225″ кг»`

`n(CaCO_3) = n(Na_2O*CaO*6SiO_2) = 20.9″ кмоль»`

`m(CaCO_3) = n(CaCO_3)*M(CaCO_3) = 20.9*100 = 2090″ кг»`

`n(SiO_2) = 6*n(Na_2O*CaO*6SiO_2) = 6*20.9 = 125″ кмоль»`

`m(SiO_2) = n(SiO_2)*M(SiO_2) = 125*60 = 7500″ кг»`

`n(CO_2) = 2*n(Na_2O*CaO*6SiO_2) = 2*20.9 = 41.8″ кмоль»`

`V(CO_2) = n(CO_2)*V_m = 41.8*22.4 = 936 м^3`

Видео:ПОЛУЧЕНИЕ ФТОРОВОДОРОДА. Получение Кислоты Разъедающая Стекло. Получение Плавиковой Кислоты.Скачать

Творческая работа учащегося по химии на тему «Художественная ценность, получение и применение стекла»

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Городская сессия научного общества учащихся.

Тема: « Художественная ценность,

получение и свойства стекла »

Лапина Виктория Ивановна,

МАОУ «Кадетская школа № 4

г. Горно-Алтайска» Р.А.

2. Истории развития стеклоделия ………………………………………….3 — 5

3. Строение, состав, классификация, свойства и применение стекол …..5 — 7

4. Производство стекла ……………………………………………………..7 — 9

5. Экспериментальная часть

а) Опыты с жидким стеклом………………………………………………9

б) Получение стекла в лабораторных условиях …………………….…..9 — 10

Предметом моего изучения и исследования является стекло .

Стекло для нас стало уже таким обычным материалом, что его свойств и сложности получения мы почти не осознаем. Мы воспри нимаем его только как твердую прозрачную толщу. Между тем оно — результат сложных химических и физических процессов. Для фи зика стекло представляет собой переохлажденную жидкость с высо кой степенью вязкости, что придает ему характер твердой массы; оно поэтому не относится к веществам твердого агрегатного состояния. Для мастера-стекольщика именно это свойство стекла пред ставляет наибольший интерес: оно позволяет придавать изделиям из стекла любую, даже самую замысловатую форму. Просвечиваемость и сильный блеск стекла делают его материалом с единственными в своем роде свойствами, по которым в этом отношении с ним не сравниться ни один другой. Стекло воспевали многие писатели и поэты. (Приложение № 4) Одним из первых о нём написал восторженные строки М. В. Ломоносов:

Пою перед Тобой в восторге похвалу,

Не камням дорогим, не злату, но стеклу.

В «Письме о пользе стекла» (1752 г.) он в поэтической форме рассказал о рождении, свойствах и применении стекла –

Из чистого стекла, мы пьём вино и воду

И видим в нем пример бесхитростных сердец.

Кого льзя видеть сквозь, тот подлинно не льстец.

Мною, впервые рассмотрено стекло, с позиции уникального химического вещества, на занятиях факультативного курса «Химия вокруг нас», где мною было подготовлено сообщение по теме: «История стекла», а моими одноклассниками по другим темам, связанным с этим удивительным веществом. Познакомившись с интересными фактами и узнав о возможности получить стекло в условиях школьной лаборатории, выбрал тему для научного общества учащихся. И так тема моего исследования – « Художественная ценность и свойства стекла ». Тема актуальна, в связи с широкой областью применения этого вещества, его художественной ценности.

Целью работы является : изучить историю, строение, свойства, классификацию, области применения стекла, его художественную ценность. Получить лёгкоплавкое стекло в лаборатории.

изучить литературу по данной теме, обобщить собранные сведения;

подобрать коллекцию изделий из стекла;

получить лёгкоплавкое стекло;

проделать опыты с жидким стеклом;

выступить с докладом на НОУ;

в рамках недели химии подготовить и провести час общения по теме: «Ценность стекла», для учащихся 7-х классов.

История развития стеклоделия.

Где изобрели стекло, точно сказать нельзя. Достоверно, однако, что египтяне уже в третьем тысячелетии до нашей эры знали стеклянную глазурь, применяя ее на предметах из глины и камня. Древнейшая сохранившаяся вещь такого рода — чаша Тутмоса III , изготовленная около 1450 года до н. э. (ныне хранится в Мюнхене). Довольно часто в раскопках встречаются бальзамарии (флаконы для благовоний).

Существенный сдвиг в выработке стекла произошел в I веке до н. э., когда в Сирии, тогда важнейшем центре стекольного производства, была изобретена стеклодувная трубка. Появилась техника выдувания стекла.

Позднее важнейшим производителем стекла стала Византийская империя. Возникают новые формы, новые техники. С приходом арабов стекло начинают расписывать эмалевыми красками и золотом.

После падения Константинополя, в 1204 году, Венеция послужила местом убежища для византийских стеклодувов, расширивших ее производство в основном за счет стеклянной мозаики. В середине XIII столетия здесь появляется стеклянная бижутерия и тонкое полое стекло. Незадолго до конца столетия начинается экспорт венецианского стекла, производство оконных стекол и стекол для очков .

Богемское стекло начинает свою историю в XIII — XIV веках. На территории нынешней Баварии устраиваются так называемые «гуты». Эти заводы, расположенные в лесистых горных местностях, производили так называемое «лесное» стекло, которое из-за содержания в разноокрашенном песке железа и других примесей по преимуществу было зеленым. Возникают новые бытовые формы .

Родина цветной обшивки окон и живописи на стекле — Франция. Самое раннее известие о них касается витражей в монастыре Сен-Реми.

Родиной стеклянной бижутерии считают Древний Египет. Из Византии и римских колоний производство бус пришло в остальную Европу, в частности в Венецию, которая в XVIII веке становится важнейшим центром этой продукции. Затем в Богемии расцветает производство галантерейных изделий из стекла, включая бисер и стеклярус.

Ранней весной 1630 года, в царствование Михаила Фёдоровича, в Москву приехал швед Юлий Койет. Он должен был научить рус ских мастеров отливать пушки. Оказалось, что он хорошо знает и стекольное ремесло. Койет взялся построить стекольный завод в России.

В те времена в России почти не знали стекла. Даже в царском дворце окна были слюдяные. Ели из медной или оловянной посуды. Беднота обходилась Деревянными плошками.

Предложение Койета оказалось кстати.

Подходящее место нашли в Московском уезде, недалеко от города Воскресенска. Здесь и построили завод — несколько со сновых изб с плавильными печами и трубами. На заводе стали де лать аптекарскую посуду: колбы, банки, реторты, бутылки.

Стоила такая посуда очень дорого. За ту цену, какую платили за большую стеклянную банку, можно было купить телёнка.

При Алексее Михайловиче построили второй завод — в селе Измайлове, близ Москвы. Это был уже государственный казённый завод. Выделывал он не аптекарскую посуду, а сулеи (бутылки и графины), оловенники (кувшины), ставцы, кружки, братины, рюмки, стаканы, лампадки и мухоловки.

Гордостью Измайловского завода была отлитая им саженная рюмка. Чудо-рюмка — выше самого высокого человека — была хитро украшена стеклянными нитями. Могла она вместить два ведра вина.

При Петре I и Елизавете построили ещё несколько стекольных заводов. Появились уже русские мастера-стеклодувы. Иностран цы неохотно делились с ними своим опытом, старались не откры вать им своих секретов. К счастью, среди русских нашлись изобретатели, которые не только самостоятельно открыли старинные секреты стеклоделия, но и улучшили его.

Первым из этих изобретателей был Ломоносов.

Однажды у графа Шувалова Ломоносов увидел привезённый из Италии мозаичный портрет и Ломоносов решил сам взяться за составление мозаики.

Ему пришлось начать всё сызнова, как будто никто до него мо заики не делал. Современем все секреты были открыты.

Первой мозаикой Ломоносова была икона, сделанная им из четырёх тысяч стеклянных кубиков. Затем он сделал мозаичные портреты Елизаветы и Екатерины II .

После этого он взялся за огромную — в сорок два квадратных метра — мозаичную картину «Полтавская баталия». Этой картиной хотели украсить стену Петропавловского собора.

Почти пять лет, работал Ломоносов над «Полтавской баталией» и закончил её незадолго до своей смерти. А затем картину постигла очень странная участь. В собор её не повезли. Никто о ней не заботился. Огромная картина пропала без вести.

Прошло более полутораста лет. И вот однажды, приводя в порядок подвалы Академии наук, рабочие наткнулись на какие-то большие, очень тяжёлые ящики. Их было много. Открыли один из них,— в нём оказался кусок мозаики, изображавший голову петровского солдата. В остальных ящиках также лежали куски мозаики. Это была разрубленная на куски «Полтавская баталия». Куски мозаики осторожно извлекли из ящиков, соединили их, выпавшие кусочки стекла заменили новыми. Сейчас великолепная стеклянная картина, напоминающая нам о славных боевых делах русской армии, возвращена к жизни.

Талантливых людей в России всегда было много. А вот машин, различных приспособлений, облегчающих и ускоряющих труд, было мало. В России умели до революции делать только посуду, бутылки и оконное стекло. Много зеркального стекла выписывали из-за границы. Об оптическом стекле нечего и говорить; его совсем не умели варить. Нам пришлось много потрудиться для того, чтобы наверстать упущенное.

Стеклоделие было ещё недавно ремеслом. Теперь оно стало на стоящей наукой. Но это вовсе не значит, что теперь стекольщику уже не нужно мастерство, не нужен талант. Наоборот, талант, ис кусство в этом деле теперь ещё нужнее, чем прежде.

Всего труднее, конечно, сделать стёкла для большого телеско па. Это как бы высший, самый строгий экзамен для стекольщиков.

В первые, в нашей стране, удалось отполировать стёкла сотруднику Оптического института по фамилии Даксутов, для пулковского телескопа.

Специальная комиссия устроила самое строгое испытание даксутовским стёклам: их сравнили с подобными же стёклами, какие делают у Цейса (знаменитая германская оп тическая фирма) . И каково же было удивление, когда они оказались ничуть не хуже, а даже лучше цейсовских стёкол.

Несмотря на столь древнюю историю, массовый характер производство стекла приобрело лишь в конце прошлого столетия благодаря изобретению печи Сименса-Мартина и заводскому производству соды. А уж листовое стекло — вещь почти современная. Технология его изготовления была разработана в XX веке.

Строение, состав, классификация, свойства и применение стёкол.

Стеклами называются твердые тела, их рассматривают как переохлажденные жидкости с большой вязкостью, которая затрудняет перемещение структурных элементов, мешает образованию правиль ной кристаллической решетки. В выяснении строения стекол, в частности силикатных, ведущую роль играли советские ученые. Наиболее обоснованной представляется в настоящее время теория, впервые высказанная А.А. Лебедевым, о наличии в твердом стекле очень малых участков с правильным кристаллическим строением — кристаллитов кварца, однако остальная часть стекла является аморфной. Ионы металла без какой-либо четкой последовательности располагаются в пустотах силикатной сетки, поэтому стекло, в противоположность кристаллу, не обладает определенной температурой плавления, а в процессе нагревания размягчается постепенно, превращаясь в подвижную жидкость (теплота затрачивается только на нагревание).

Важнейшие свойства стекла, обусловливающие его применение,— высокая прозрачность для лучей света, значительная механическая прочность, а также стойкость к воздействию химических реагентов наряду с низкой теплопроводностью. Хрупкость стекла может быть устранена термической обработкой.

Свойства стекла зависят от природы и количественного соотношения окислов. Кислотные окислы придают стеклу высокую механическую, термическую и химическую стойкость. Окислы щелочных металлов снижают вязкость расплавленного стекла, механическую и химическую стойкость, твердость; наоборот, окислы щелочноземельных металлов повышают вязкость и химическую стойкость. Наиболее широко применяются стекла, в состав которых входят только окислы натрия, кальция, магния и кремния. Введение окиси калия, вместо окиси натрия, а также окиси свинца вместо окислов кальция и магния придает стеклу блеск и большую прозрачность, увеличивает коэффициент преломления (хрусталь и оптические стекла). В стекле для химической посуды снижают содержание окислов щелочных металлов и заменяют частично двуокись кремния на окись бора и окись алюминия, что повышает химическую и термическую стойкость.

Жидкое стекло ( концентрированные растворы силикатов натрия и калия) получают сплавлением оксида кремния ( IV ) со щелочами или карбонатами.

Песок сода жидкое стекло углекислый газ

Пропитанные жидким стеклом изделия из дерева и тканей плохо загораются, поэтому таким способом обрабатывают материалы, идущие на изготовление театральных декораций.

Типичные стёкла получают введением третьего компонента — известняка CaCO ₃ , необходимого для того, чтобы стекло было не растворимым в воде. Процесс получения обычного стекла выражается уравнением:

Сода известняк песок типичное стекло

Типичные стёкла подразделяются на:

Оконное и бутылочное;

Оптическое (с высоким показателем преломления, используется для изготовления оптических линз и декоративного стекла);

Лабораторное (с низким коэффициен том теплового расширения, используется для изготовления лабораторной и кухонной по суды);

Биостекло (совместимое с костной тка нью, используется как покрытие для хирур гических имплантантов).

Оптическое стекло используется в оптических приборах: фотоаппаратах, микроскопах, очках, лупах.

Фотохромное стекло при облучении ульт рафиолетовым светом темнеет, после пре кращения действия света опять просветляют ся. Это боросиликатные стекла с равномер ным включением кристалликов галогенидов серебра. При ярком солнечном освещении такие стекла темнеют вследствие протекания реакции разложения галогенида серебра, приводящей к освобождению чистого сереб ра, но в помещении, в тени или в сумерках катионы серебра снова соединяются с гало генид-анионами, образуя прозрачные соли серебра. Стекло опять пропускает свет.

Помимо утилитарного применения (в солнцезащитных очках) такие стекла — от личный материал для запоминающих уст ройств компьютеров.

Согласно другой классификации различают следующие стёкла:

Содовое стекло можно легко плавить, оно мягкое, легко поддается обработке, чистое и светлое.

Поташное стекло , напротив, более тугоплавкое, твердое и не такое пластичное, но зато обладает сильным блеском. Зола (с примесями железа) придавала этому стеклу зеленоватый цвет. А так как именно лес давал сырье для изготовления этого стекла, его называли еще лесным стеклом. На 1 кг поташа шла тонна древесины.

Свинцовое стекло , получаемое заменой оксида кальция оксидом свинца, довольно мягкое и плавкое, но весьма тяжелое. Отличается оно сильным блеском и высоким коэффициентом светопреломления, разлагая световые лучи на все цвета радуги и вызывая игру света. Эго — хрустальное стекло.

Цветное стекло . Сплавленная из обычных материалов стеклянная масса бесцветна, с легким желтовато-зеленым или голубовато-зеленым отливом, вызываемым различными минеральными примесями. Окрашивают стекло, добавляя те или иные оксиды металлов либо до, либо во время плавки.

Видео:Галилео. Оконное стеклоСкачать

Кроме того, стекло бывает – витражное, тонированное, узорчатое, зеркальное, многослойное, закаленное, тепло-сберегающие, огнестойкое, термостойкое, армированное, бронестекло, ударопрочное, пеностекло и некоторые другие виды. ( Приложение 5 ).

Из стекла производят — стеклопакеты, блоки стеклянные, трубы стеклянные, теплоизоляционные материалы из стекловолокна, конструкционные материалы на основе стекловолокна, плитки стеклянные, стекло-кристаллит.

Состав и приготовление шихты.

Для получения стекол используют материалы, которые в зави симости от их роли делятся на главные (стеклообразователи) и вспо могательные. К первым относятся двуокись кремния — Si О ₂ (в виде бесцвет ного кварцевого песка или кварца), сода ( Na ₂ C О ₃ ) или сульфат натрия ( Na ₂ S О ₄ ), поташ ( К ₂ C О ₃ ), мел или известняк ( CaC О ₃ ), коалин, магнезин, доломит, глет ( Р b О ), борная кислота ( Н ₃ ВО ₃ ) или бура и т. д. Вспомогательными материалами называются вещества, применяемые для изменения свойств стекло массы. К ним относятся глушители, осветлители (обесцвечиватели), вещества создающие восстановительную или окислительную сре ду в расплаве, и т. д. В шихту вводят также измельченный стеколь ный бой и красители. Важнейшие красители и глушители стекла и примерные нормы их введения указаны в таблице № 1 ( Приложение 1 ).

Исход ные материалы сушат, дробят, размалывают и просеивают. Песок предварительно промывают для удаления глинистых материалов и окиси железа. Все составные части шихты смешивают.

Варкой стекла называется процесс расплавления шихты до создания однородной стекломассы. При варке стекла происходят сложные физико-химические процессы. Они начинаются до расплавления шихты и протекают за счет диффузии в твердой фазе, так как отдель ные компоненты ее находятся в тонкодисперсном состоянии и имеют большую поверхность соприкосновения.

При нагревании шихты (из Na ₂ C О ₃ , CaC О ₃ , MgC О ₃ и Si О ₂ ) частично образуются двойные соли:

Они вступают в реакции с двуокисью кремния:

Стекло, исходными компонентами шихты которого являются кварцевый песок, сода и известь, называют натрий-кальциевым. Оно составляет около 90 % получаемого в мире стекла. При варке карбо наты натрия и кальция разлагаются в соответствии с уравнениями:

В результате в состав стекла входят оксиды Si О ₂ , Na ₂ О и СаО (условная формула стекла — Na ₂ O • CaO • 6 SiO ₂ ). Они образуют сложные соединения — силикаты, которые являются натриевыми и кальциевыми солями кремниевой кислоты. В стекло вместо Na ₂ О с успехом можно вводить К ₂ О, а СаО может быть заменен MgO , PbO , ZnO , BaO . Часть кремнезема мож но заменить на оксид бора или оксид фосфора (введением соедине ний борной или фосфорной кислот). Каждый из перечисленных оксидов обеспечивает стеклу специфические свойства. Поэтому, варьируя эти оксиды и их количество, получают стекло с за данными свойствами. В таблице № 2 ( Приложение 1 ) приведен состав (в %) некоторых типичных промышленных стекол.

Небольшая добавка к шихте плавикового шпата CaF ₂ ускоряет процесс варки стекла.

После окончания химических реакций расплавленная стекло масса еще не совсем однородна и содержит пузырьки воздуха, дву окиси углерода, двуокиси серы и др. При дальнейшем нагревании стекломассы (с 1200 до 1500°С) вязкость ее уменьшается, вследствие диффузии выравнивается состав (гомогенизация) и удаляются пу зырьки газов (осветление).

Варят стекло преимущественно в ванных печах непрерывного действия. Главная часть печи — горизонтальный бассейн (ванна) прямоугольной формы длиной до 40 м, шириной до 10 м и высотой до 1,5 м, выложенный из высоко глиноземистых, содержащих окись циркония, огнеупорных брусьев и перекрытый сводом из дина совых плит. Стекловаренные печи относятся к числу пламенных п ечей; в них сырье и стекломасса нагреваются сверху пламенем сго рающего газа, проходящего поперек движения стекломассы.

Для изготовления бутылочного и листового стекла применяются также печи с электрическим обогревом.

В горшковых печах стекло варят в горшках из огнеупорных ма териалов при нагревании топочными газами. Такие печи используют лишь для изго товления специальных сортов стекла.

Изготовление стеклянных изделий.

Для формования изделий применяют различные способы: вытя гивание, прокат, выдувание, прессование, отливку. Формование облегчается тем, что вязкость стекломассы при охлаждении возрас тает постепенно. Это позволяет найти оптимальные условия для каждого способа.

Листовое оконное стекло является главным продуктом стеколь ной промышленности. Его производят непрерывным машинным способом — вытягиванием листа с поверхности расплавленной стекломассы. ( Приложен. №3 )

Прокатом готовят листовое полированное стекло. Стекломасса по шамотному желобу (сливу) поступает в пространство между полыми металлическими валками , охлаждаемыми изнутри водой и вращающимися навстречу друг другу. После шли фования и полирования оно применяется для остекления витрин, кабин автомашин и т. д. и для изготовления зеркал. Подвергая листовое стекло нагреванию и быстрому охлаждению потоком воз духа (закалка), получают безопасное закаленное стекло. Механичес кая прочность его значительно больше, чем до закалки, оно приме няется для остекления кабин автомашин и самолетов.

Выдуванием готовят химическую и тарную посуду (бутылки, банки и др.), а также колбы для электроламп. Изготовление стекло изделий выдуванием в настоящее время полностью производится машинным способом — автоматическим выдуванием сжатым возду хом па прессовыдувных машинах.

Прессованием изготовляют различные изделия: банки, стаканы, изоляторы, бусы, пуговицы и т. д. Необходимое количество расплавленной стекломассы помещают в чугунную пресс-форму; при опус кании пуансона (керна) стекломасса равномерно распределяется в пространстве между ним и внутренней поверхностью пресс-формы и затвердевает.

Метод отливки стекломассы в соответствующие стальные формы применяется для изготовления различных архитектурно-строитель ных и художественных изделий, стекла для оптических приборов.

К числу ценных и важных стеклоизделий относится волокно, которое идет на изготовление стеклянных тканей, пряжи, ваты и т.д. Стекловолокно образуется из тонких струек стекломассы, падая вниз, они вытягиваются и затвердевают, превращаясь в тонкие волокна (2-30 мк), которые собираются в одну нить.

Огнезащитные свойства силиката натрия .

Разбавим сили катный клей водой в отношении 1:1, пропитаем в получен ном растворе кусочки различной ткани и древесные лучинки и хорошо высушим. Внесём в пламя образцы обработанного и необработанного материала и сравните их способность к воз горанию.

№ 2. Получение стекла в лабораторных условиях.

Изучить сущность химических и физико-химических процессов варки стекла.

Получить 30 г. легкоплавкого стекла, (по 10 г. разного цвета).

Муфельная электропечь, спиртовка, тигли, тигельные щипцы, железная проволока, весы химические, сито.

Кварцевый песок, борная кислота, оксид свинца (!), прокалённые оксиды металлов (красители).

Для того чтобы ознакомиться с сущностью производства стекла, в лабораторных условиях получают легкоплавкие свинцово-борные, свинцово-бор-силикатные стекла. Состав некоторых легкоплавких стёкол представлен в таблице №3 ( Приложение № 1).

Выбираем первый вариант состава стекла, производим расчет шихты, необходи мой для получения 10 г стекла, с учетом состава исходного сырья.

В качестве сырья берём борную кислоту (Н₃В O ₃) , учитываем, что она содержит 56,45% В ₂ О ₃ и 43,55% Н ₂ О. Поташ ( К₂ CO ₃) содержит 68% К ₂ О.

Видео:9 класс § 12 "Решение задач".Скачать

Получение оконного стекла уравнение реакции

Урок раскрывает свойства соседнего с углеродом элемента четвертой группы Периодической системы – кремния. В уроке рассматриваются свойства кремния и некоторых его соединений: оксида кремния, кремниевой кислоты и силикатов.

I. Учебный фильм: “Кремний”

II. Строение атома

Кремний открыл и получил в 1823 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус.

Второй по распространённости элемент в земной коре после кислорода (27,6% по массе). Встречается в соединениях.

III. Аллотропия кремния

Известен аморфный и кристаллический кремний.

Кристаллический – тёмно-серое вещество с металлическим блеском, большая твёрдость, хрупок, полупроводник; ρ = 2,33 г/см 3 , t°пл. =1415°C; t°кип. = 2680°C.

Имеет алмазоподобную структуру и образует прочные ковалентные связи. Инертен.

Аморфный — бурый порошок, гигроскопичен, алмазоподобная структура, ρ = 2 г/см 3 , более реакционноспособен.

IV. Получение кремния

1) Получение в промышленности: нагревание угля с песком:

2C + SiO₂ t ˚ → Si + 2CO

2) Получение в лаборатории:

2Mg + SiO₂ t ˚ → Si + 2MgO

V. Химические свойства

Типичный неметалл, инертен.

1. Как восстановитель:

1) Взаимодействие с кислородом

2) Взаимодействие с фтором (без нагревания)

3) Взаимодействие с углеродом

Si 0 + C t ˚ → Si +4 C

(SiC — карборунд — твёрдый; используется для точки и шлифовки)

4) С водородом не взаимодействует

Силан (SiH₄) получают разложением силицидов металлов кислотой:

Растворяется только в смеси азотной и плавиковой кислот:

6) Взаимодействие со щелочами (при нагревании):

2. Как окислитель:

7) Взаимодействие с металлами (образуются силициды):

Si 0 + 2Mg t ˚ → Mg₂Si -4

VI. Применение кремния

Кремний широко используется в электронике как полупроводник. Добавки кремния к сплавам повышают их коррозионную стойкость. Силикаты, алюмосиликаты и кремнезем – основное сырье для производства стекла и керамики, а также для строительной промышленности.

VII. Соединения кремния

Физические свойства: Бесцветный газ, ядовит, t°пл. = -185°C, t°кип. = -112°C.

Химические свойства:

2. Оксид кремния (IV) — (SiO₂)_n

Кристаллическая решётка оксида кремния (IV) – атомная и имеет такое строение:

(основная часть глины) (полевой шпат)

Физические свойства: твёрдое, кристаллическое, тугоплавкое вещество, t°пл.= 1728°C, t°кип.= 2590°C

Химические свойства:

Кислотный оксид. При сплавлении взаимодействует с основными оксидами, щелочами, а также с карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов:

1) Взаимодействие с основными оксидами:

2) Взаимодействие со щелочами:

3) С водой не реагирует

4) Взаимодействие с солями:

5) Взаимодействие с плавиковой кислотой:

(реакции лежат в основе процесса травления стекла).

Применение:

1. Изготовление силикатного кирпича

2. Изготовление керамических изделий

3. Получение стекла

3. Кремниевые кислоты

x = 1, y = 1 H₂SiO₃ — метакремниевая кислота

x = 1, y = 2 H₄SiO₄ — ортокремниевая кислота и т.д.

Физические свойства: H₂SiO₃ — очень слабая (слабее угольной), непрочная, в воде малорастворима (образует коллоидный раствор), не имеет кислого вкуса.

Получение:

Действие сильных кислот на силикаты: Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃↓

Химические свойства:

При нагревании разлагается: H₂SiO₃ t ˚ → H₂O + SiO₂

Соли кремниевой кислоты — силикаты.

1) Взаимодействие с кислотами:

2) Взаимодействие с солями:

3) Силикаты, входящие в состав минералов, в природных условиях разрушаются под действием воды и оксида углерода (IV) — выветривание горных пород:

Применение соединений кремния

Керамика

Фарфор = каолин+ глина + кварц + полевой шпат. Родина фарфора – Китай, где фарфор известен уже в 220г. В 1746 г – налажено производство фарфора в России

Фаянс — от названия итальянского города Фаэнца. Где в 14-15веках было развито керамическое ремесленничество. Фаянс – отличается от фарфора большим содержанием глины (85%), более низкой температурой обжига.

Стекло – хрупкий, прозрачный материал, способен размягчаться и при застывании принимает любую форму. Стекло получают варкой шихты (сырьевой смеси, состоящей из песка, соды и известняка) в специальных стекловаренных печах.

Основные реакции, протекающие при плавке шихты

При добавлении оксида свинца получают хрусталь.

Это интересно: «Как было открыто стекло»

Тысячи лет известно человеку стекло. Долгое время оно использовалось для украшения и изготовления драгоценных вещей. Но по-настоящему стекло стало полезным для всех, когда люди научились использовать главное его качество — прозрачность.

Никто в точности не знает, когда и где было впервые получено стекло, хотя известно, что оно использовалось с древнейших времен. Первобытные люди уже были знакомы с ним и обращали внимание на оплавившиеся после удара молнии камни, покрытые гладкой и вязкой стекловидной массой. В I веке до н.э. в Сирии был изобретен способ варки прозрачного, бесцветного стекла и выдувная трубка. Ее применение открыло новые возможности для широкого изготовления дешевой стеклянной посуды. Несколько позже сирийские мастера перенесли свое искусство стеклоделия в Италию.

Главные компоненты для изготовления стекла — песок, содовая зола, или поташ и известь, расплавленные вместе при высокой температуре. А так как все эти материалы широко распространены на Земле, секрет изготовления стекла мог быть обнаружен во многих странах. Поэтому единое мнение на этот счет отсутствует. Согласно одной из существующих версий, честь открытия стекла принадлежит древним финикийцам. Команда какого-то корабля, утверждает легенда, высадилась на берег реки в Сирии. Желая приготовить себе обед на огне, они не нашли больших камней, чтобы поставить на них горшок, и использовали для этой цели крупные куски селитры (соединения натрия) из груза корабля. От сильного жара селитра расплавилась, соединилась с окружающим песком и потекла струей

жидкого стекла! Дело читателя — верить этому рассказу или нет, но бесспорно, что Сирия была одним из первых мест изготовления стекла на Земле. А финикийские торговцы продавали изделия из стекла во всех средиземноморских странах.

Другой страной, где изготовление стекла было известно издревле, был Египет. Стеклянные бусы и амулеты находили в гробницах, которые относятся к 7000 году до н.э. Впрочем, эти изделия могли попасть туда и из Сирии. Но мы точно знаем, что около 1500 года до н.э. египтяне делали собственное стекло. Для этого они использовали смесь измельченной кварцевой гальки с песком. Они также обнаружили, что если прибавить к этой смеси кобальт, медь или марганец, то можно получить стекло голубого, зеленого, пурпурного цвета.

После 1200 года до н.э. египтяне научились отливать стекло в стеклянных формах. Но трубка для выдувания стекла была неизвестна вплоть до начала христианской эры, когда ее изобрели финикийцы.

Большими умельцами по части изготовления стекла были римляне, которые, видимо, первыми начали делать тонкие оконные стекла. А к началу новой эры оконное стекло уже стало предметом повседневного быта!

Как и когда научились делать оконное стекло?

Техника римского стеклоделия была разнообразна. Выдувание из трубки стекла делалось с применением форм и без них. Изготавливали разнообразные фигурные сосуды из стекла, большинство из них составляло наиболее массовую продукцию. Усложнялись и приемы орнаментации стеклянных сосудов.

Изобретение на Востоке прозрачного и бесцветного стекла связано с еще одним большим достижением римлян: они изобрели способ изготовления плоского стекла, которое можно было бы вставлять в окна. Это случилось уже в I веке нашей эры. Для изготовления оконных стекол применяли деревянные формы-рамы. Их предварительно смягчали водой и затем выливали в них горячую стеклянную массу, растягивая ее щипцами до краев рамы. Поэтому края плоских оконных стекол, изготовленных таким способом, закругленные и слегка утолщенные. Обычный размер римского оконного стекла квадратной формы — 30-40 см. Но известны плоские оконные стекла и больших размеров. В Помпеях археологи обнаружили бронзовые оконные рамы с остатками стекла размером почти метр на метр и толщиной стекла в 13 мм.

Цемент – мелко измельчённый клинкер с минеральными добавками.

Клинкер — шарики тёмно-серого цвета получают спеканием глины и известняка в специальных вращающихся печах

Это интересно: «Почему цемент затвердевает?»

Цемент — один из наиболее распространенных материалов в современном строительстве. Сам по себе он мелкий порошок. Но если его смешать с водой и дать затвердеть, он вместе с песком и гравием превращается в твердое, прочное вещество.

Цемент — главное составляющее вещество строительного раствора и бетона. Строительный раствор — это смесь цемента, песка и воды. Бетон — это та же самая смесь, но с добавлением гравия или измельченного камня.

Современный цемент производится путем нагревания известняка и глины или шлака до очень высокой температуры. Эта смесь нагревается до тех пор, пока не образовываются большие, спекшиеся куски. Их называют клинкерами. Клинкеры размалывают затем в порошок.

Когда вода добавляется к цементному порошку, происходят сложные химические реакции. В результате образуется стойкий искусственный камень, нерастворимый в воде.

Какая химическая реакция происходит, чтобы цемент затвердел?

У химиков нет точного ответа на этот вопрос. В состав цемента входит четыре компонента. Считают, что каждый из этих компонентов при добавлении воды превращается в кристаллы. Эти кристаллы сцепляются между собой, и цемент затвердевает.

Вид цемента, который затвердевает под водой, называется гидравлическим цементом. Удивительно то, что римляне открыли процесс получения гидравлического цемента в III—II веке до н.э. Они делали такой цемент путем смешивания вулканического пепла с известью. Это открытие было одним из выдающихся достижений римлян.