Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Савчин

§ 38. СУЧАСНІ СИЛІКАТНІ МАТЕРІАЛИ

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

  • називати сучасні силікатні матеріали;
  • наводити приклади сучасних силікатних матеріалів;
  • характеризувати склад, властивості та застосування силікатних матеріалів.

У § 33 ви ознайомилися з природними силікатами та частково вивчили їхнє застосування. Однак це не вичерпує всі можливості силікатної промисловості, без матеріалів якої неможливе життя людей. До матеріалів силікатної промисловості належать цемент, бетон, цегла, скло й кераміка. Сировиною для виробництва цих матеріалів є глина.

Пригадайте склад глини та її хімічні компоненти.

Завдяки різним хімічним компонентам глини вона здатна утворювати пластичну масу з водою. Цій масі можна надавати різної форми, яка зберігається після висихання виробу.

Розглянемо матеріали силікатної промисловості.

Скло. Є різні види стекол, залежно від їхнього застосування. Найпоширеніше за використанням — віконне скло. Для його виробництва потрібні вапняк СаСО3, кальцинована сода Na2CO3 та кварцовий пісок SiO2. У спеціальних печах їх нагрівають до температури 1500 °С, карбонати спікаються з піском, унаслідок чого утворюється прозорий сплав складу Na2O · CaO · 6SiO2. Хімізм виробництва звичайного скла передають такими рівняннями реакцій:

Як бачимо зі складу скла, пісок потрібно брати в надлишку. Замінивши соду на інші карбонати, отримують стекла з іншими властивостями. Наприклад, заміною натрій карбонату на калій карбонат добувають тугоплавке скло складу К2О · CaO · 6SiO2. Якщо ж до суміші додають різні оксиди металічних елементів, отримують кольорове скло. Зеленого кольору склу надає додавання хром(ІІІ) оксиду, синього — кобальт(ІІ) оксиду, синьо-зеленого — купрум(ІІ) оксиду. Додаючи порошок золота, виготовляють рубінове скло, а з калій карбонату, піску та плюмбум(ІІ) оксиду — кришталь. З кришталевого скла грануванням виготовляють посуд. В оптиці — це матеріал для лінз і призм. У разі додавання до скломаси станум(IV) оксиду утворюється емаль — матеріал для посуду, прикрас, картин, вітражів (рис. 62).

Рис. 62. Вироби з використанням емалі

Вам уже відомо, що лабораторний скляний посуд має бути стійким до нагрівання. З цією метою виготовляють кварцове скло. Чистий кварцовий пісок розплавляють і повільно охолоджують. Таке скло має здатність пропускати ультрафіолетові промені, тому з нього виробляють кварцові лампи.

Поясніть, де використовують кварцові лампи та з якою метою.

Для виробництва скляних виробів застосовують методи видування, пресування, прокатування й витягування. Усі ці операції виконують, коли скло перебуває в стані в'язкої маси, яка повільно охолоджується.

Скло використовують для виготовлення скловолокон і склониток. Виготовлені з них тканини добрі тепло- й електроізолятори. Крім того, для передавання зображень і звуків у кабельному телебаченні й телефонному зв'язку використовують світловоди. У медицині й косметології застосовують прилади для діагностування хвороб внутрішніх органів, де використані склонитки. Із скловолокна й пластмас виготовляють міцні склопластики.

Цемент. Цей матеріал виробляють з глини та вапняку, які мають великий вміст силіцій(IV) оксиду. Під час нагрівання суміші відбувається зневоднення каолініту, розкладання вапняку й утворення кальцій силікатів та алюмосилікатів. Рівняння реакцій:

Речовини, що утворюються під час реакцій, спікаються та перемелюються на порошок — цемент. З нього, додаючи пісок і воду, виготовляють будівельний розчин, який твердне з утворенням кам'янистої маси.

Силікатна промисловість України виробляє декілька сортів цементу: швидкотужавіючий, морозостійкий, жароміцний, бетон і залізобетон.

У будівельній справі широко використовують бетон — суміш щебеню, піску й цементу. Помістивши в бетон залізні стержні, отримують залізобетон, що є міцнішим від бетону. Його використовують для спорудження корпусів заводів і фабрик, електростанцій, мостів і гребель, будинків, панелей, балок тощо.

Кераміка. Керамічні вироби виготовляють з глини та різних мінеральних добавок. До цих виробів належать цегла, облицювальна плитка й черепиця, кахель, дренажні труби, порцеляна й фаянс, раковини для унітазів та умивальників, тиглі, ізолятори.

Сировиною для виготовлення керамічних виробів є біла глина, польовий шпат, кварцовий пісок (§ 33). Технологія вироблення кераміки дійшла до нас з глибини віків. Це формування, сушіння та випалювання виробів з глини.

Для надання декоративним і художнім виробам красивого оздоблення їх покривають глазур'ю або емаллю (рис. 63).

Рис. 63. Вироби з кераміки

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• До матеріалів силікатної промисловості належать скло, цемент, бетон, цегла й кераміка.

Сировиною для виробництва цих матеріалів є глина.

• Для виробництва скла використовують вапняк СаСО3, кальциновану соду Na2CO3, кварцовий пісок SiO2. За температури 1500 °С карбонати спікаються з піском, утворюючи прозорий сплав складу Na2O · CaO · 6SiO2.

• Залежно від складу компонентів та оксидів металічних елементів, розрізняють такі різновиди стекол: тугоплавке, кварцове, кришталеве й кольорове.

Цемент — матеріал з глини та вапняку, які мають великий вміст силіцій(IV) оксиду. Під час нагрівання суміші відбуваються процеси, які відображають рівняння реакцій:

Перемелені на порошок спечені силікати утворюють цемент.

Бетон — суміш щебеню, піску та цементу. Бетон із залізним каркасом називають залізобетоном. Їх використовують для спорудження корпусів заводів і фабрик, електростанцій, мостів і гребель, будинків, панелей, балок тощо.

Кераміка — вироби з глини та різних мінеральних добавок. Це облицювальна плитка та черепиця, кахель, цегла, дренажні труби, порцеляна й фаянс, раковини для унітазів та умивальників, тиглі, ізолятори. Технологія вироблення кераміки полягає у формуванні, сушінні та випалюванні виробів з глини.

• Усі силікатні матеріали набули широкого застосування в господарстві України.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

  • 1. Назвіть матеріали, які виробляє силікатна промисловість.
  • 2. Охарактеризуйте силікатні матеріали: а) скло; б) цемент; в) кераміку.
  • 3. Поясніть застосування: а) скла; б) цементу; в) кераміки.
  • 4. Дослідіть, які вироби силікатної промисловості використовують: а) у побуті; б) у хімічному кабінеті школи; в) на вулиці вашого проживання.
  • 5. Масові частки калій, кальцій та силіцій(IV) оксидів становлять відповідно 18,43 %, 10,98 % і 70,59 %. Установіть і запишіть формулу скла. Назвіть його.
  • 6. Кальцій карбонат масою 15 г прореагував з хлоридною кислотою масою 14,6 г. Обчисліть масу кальцій хлориду й об'єм карбон(IV) оксиду (н. у.), що утворилися під час реакції.
  • 7. У вас наявні три пробірки без написів з розчинами натрій карбонату, натрій силікату й натрій ортофосфату. Проведіть уявний експеримент з визначення цих солей, використавши два реактиви. Складіть рівняння реакцій.