М-21 хімія 01.12.22

 01.12.2022

Комбіноване заняття (2 год.)

Тема 9.14. Сучасні силікатні матеріали.

Опрацювати: Хімія 11 клас (за посиланням «Підручники»), §29, с.175-180.

Виконати (письмово):

завдання 232-235, 237 на с.179:

232. Із наведеного переліку укажіть формули речовин, з якими реагує калій метасилікат: HNO₃, NaCl, MgSO₄, O₂. Напишіть рівняння відповідних реакцій.

233. Як розпізнати карбонат і метасилікат Кальцію?

234. Запишіть рівняння реакцій, які необхідно здійснити, щоб добути метасилікатну кислоту із силіцій(IV) оксиду.

235. Знайдіть відповідність:

Назва матеріалу (речовини)                                         Хімічна формула

1) звичайне скло;                                        а) Na₂SiO₃, K₂SiO₃ (розчини);

2) рідке скло;                                              б) Na₂O•CaO•6SiO₂;

3) кришталь;                                               в) aNa₂O•bK₂O•cCaO• dB₂O₃•eSiO₂;

4) хімічне скло;                                          г) aK₂O•bPbO•cB₂O₃•dSiO₂.

237. За матеріалами з інтернету підготуйте повідомлення про фаянс, порцеляну та їх використання.

 

Силікати. Сполука SiO₂ є кислотним оксидом. На запитання «Яка кислота походить від силіцій(IV) оксиду?» зазвичай відповідають: «Силікатна кислота H₂SiO₃ (точна назва сполуки — метасилікатна кислота)». Але відомо багато силікатів — природних і добутих у лабораторії, які містять не лише йони SiO₃^2–, а і йони інших силікатних кислот — SiO₄^4–, Si₂O₅^2– тощо. Склад мінералів, які є силікатами, часто подають за допомогою формул оксидів: діоптаз CuSiO₃ · H₂O, ортоклаз KAlSi₃O₈, каолініт Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O, тальк 3MgO·4SiO₂·H₂O.

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 Na₂SiO₃ і K₂SiO₃ іноді називають рідким склом. Розчин солі Na₂SiO₃ — це відомий силікатний клей. Рідке скло використовують для просочування деревини з метою надання їй вогнетривкості.

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.

Силікатні матеріали. Силікати широко використовують на практиці, насамперед у будівництві. Найважливішими силікатними матеріалами є скло, кераміка, цемент.

Скло (звичайне, або віконне) — однорідна суміш (твердий розчин) силікатів Натрію та Кальцію і силіцій(IV) оксиду. Склад цього матеріалу подають як певної сполуки (силікату): Na₂O•CaO•6SiO₂.

Скло виробляють, здійснюючи реакцію соди й вапняку із кварцовим піском за температури 1400—1500 °С:

Na₂CO₃ + CaCO₃ + 6SiO₂ = Na₂O•CaO•6SiO₂ + 2CO₂↑.

Утворюється в’язкий розплав скла. Його пропускають між вальцями, і він швидко застигає у вигляді листа. Посуд, інші предмети виробляють із розплавленої скломаси видуванням або формуванням.

Цікаво знати: скло почали виробляти в Єгипті та Месопотамії у IV тис. до н. е. Його використовували лише для прикрас.

Зелене і коричневе скло, із якого роблять пляшки, містить домішки оксидів Феруму. Компонентами скла для хімічного посуду є силіцій(IV) оксид, силікати і борати (солі кислот, що походять від кислотного оксиду B₂O₃) Натрію, Калію і Кальцію. Воно відрізняється від звичайного скла більшою хімічною і термічною стійкістю.

Кришталь — скло, яке замість силікатів Натрію і Кальцію містить силікати і борати Калію та Плюмбуму. Кришталь сильно заломлює світло і грає різними кольорами веселки.

Існує ще й кварцове скло — чистий переплавлений силіцій(IV) оксид. Це скло майже не змінює свого об’єму при зміні температури. Тому при зануренні розжареної кварцової склянки у холодну воду вона не тріскає. На відміну від звичайного скла кварцове пропускає ультрафіолетові промені; із нього виготовляють лампи для медицини.

Кераміка (слово походить від грецького keramos — глина) — 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. Залежно від хімічного складу і технології розрізняють такі види кераміки: фаянс, порцеляна, майоліка, теракота. Керамічну основу мають цегла, черепиця, облицювальна плитка, сантехнічні вироби, кухонний і лабораторний посуд.

Цемент є сумішшю солей Кальцію — силікатів 2CaO•SiO₂ (або Ca₂SiO₄), 3CaO•SiO₂ (або Ca₃SiO₅) і алюмінату 3CaO•Al₂O₃ (або Ca₃(AlO₃)₂). При додаванні води до цементу його компоненти повільно взаємодіють із нею, і суміш поступово твердне.

Цемент — в’яжучий складник бетону. Бетон готують змішуванням цементу і піску з водою. Заливаючи такою сумішшю залізну арматуру, дріт, рейки, отримують залізобетон.

ВИСНОВКИ:

Силікати — солі силікатних кислот. Вони нерозчинні у воді (крім солей лужних елементів), тугоплавкі, термічно стійкі й хімічно пасивні.

Найважливішими силікатними матеріалами є скло, кераміка, цемент. Їх використовують у будівництві, а скло і кераміку — ще й для виготовлення посуду різного призначення, художніх виробів, предметів домашнього вжитку.