Химия. Занятие: № 59
Профессия: Повар, кондитер
Курс: 1
Тема занятия: Углерод икремний.
Содержание занятия:
- Общая характеристика на основании их положения в периодической системе Д.И. Менделеева и строения атома.
- Простые вещества, образованные этими элементами.
- Оксиды и гидроксиды углерода и кремния.
- Важнейшие соли угольной и кремниевой кислот.
- Силикатная промышленность.
Цельурока:
— рассмотретьположение углерода и кремния в периодической системе;
— изобразитьстроение атомов углерода и кремния;
— нахождениев природе углерода;
— причиныи аллотропные модификации углерода.
— сформироватьпредставление о силикатной промышленности: производстве керамики, стекла,цемента.
— формироватьу обучающихся интерес к изучению химии при раскрытии применения продукциисиликатной промышленности в народном хозяйстве.
Обучающийся должен
знать
— свойствахимических элементов углерода и кремния и образуемые ими простых веществ;
— понятия:угольная кислота, графическая форма угольной кислоты, кремниевая кислота,мета-форма, орто-форма, метакремниевая, ортокремниевая кислота, получениекремниевой кислоты.
уметь
— сравниватьфизические свойства аллотропных модификаций углерода: алмаза и графита. Напримере угля рассматривать химические свойства простых веществ, образованныхуглеродом.
Задачиурока:
Образовательные:
—охарактеризоватьположение углерода и кремния в ПСХЭ, строение их атомов, закрепить понятие«аллотропия».
Развивающие:
-формирование экологической грамотности.
Воспитательные:
— воспитывать интерес к предмету, формироватьнавыки поведения в коллективном и индивидуальном учебном труде.
Планируемыерезультаты
Предметные:
— знать положение углерода и кремния в ПСХЭ, строениеих атомов;
— знать аллотропные модификации углерода и кремния.
Личностные:
— формировать уважительное отношение к чужому мнению;
— формировать ответственное отношение к учению.
Метапредметные:
Коммуникативные:
— уметь слушать собеседника и вести диалог;
— уметь признавать возможность существования различныхточек зрения.
Регулятивные:
— продолжить развитие умения планировать ирегулировать свою деятельность, самостоятельно планировать пути достиженияцели.
Познавательные:
— умениеопределять понятия, устанавливать аналогии, строить логические заключения иделать выводы.
Типурока: изученияновых знаний
Оборудование: образцыугля.
I. Организационныймомент.
Здравствуйте, ребята, давайте сегодняшнийурок начнем с улыбки, посмотрите друг на друга и улыбнитесь, садитесь!
II. Актуализация опорных знаний обучающихся.
— Вспомним, какие элемент III группыглавной подгруппы мы рассматривали на прошлом уроке? Правильно, мы прошли проалюминий, давайте проверим ваши знания по этой теме и выполним входной тест.Возьмите листочки, прочитайте вопросы и правильный ответ обведите.
— Если все закончили, поменяйтесь листочкамис соседом, проверьте друг у друга ответы и поставьте оценки. Итак, поднимитеруки, у кого «5»? «4»? «3»? «2»? Кто получил хорошие оценки – молодцы!
— Сегодня на уроке мы будем говорить о двух химическихэлементах. Названия этих элементов происходит от латинских слов «карбо» и«ляпис креманс». Первый из них является биогенным элементом.
— Как вы думаете, латинское слово «карбо» означаеткакой элемент? А «ляпис креманс»? «Карбо» -«карбонеум» — означает «уголь» -углерод, а «ляпис креманс» — камень, дающий огонь – кремний. Самый первый изэтих элементов – углерод – является основой жизни на нашей планете.
— Углерод входит в состав органических веществ, изкоторых строится живой организм.
— Какие это вещества? (Белки, жиры, углеводы,нуклеиновые кислоты…)
— Давайте дадим сравнительную характеристику элементовуглерода и кремния, используя ранее полученные знания.
— По каким критериям мы должны их сравнивать?(Положение в ПС, строение атомов, валентные возможности, степени окисления ит.п.)
Разгадайте загадки, которая представлена на слайде иугадайте о каком элементе идет речь?
Удивитьготов он нас —
Он иуголь, и алмаз,
Он вкарандашах сидит,
Потомучто он графит.
Грамотныйнарод поймет
То,что это…
Правильно, это углерод.
Запишите тему занятия «Углерод и кремний».
- Общая характеристика на основании их положения в периодической системе Д.И. Менделеева и строения атома.
Элементы IV группы– это углерод,кремний, германий, олово и свинец.
Углеродявляется основой органической химии, главным органогенным элементом.
Из истории открытия углерода.
Углерод является одним из первыххимических элементов, который известен человеку. С незапамятных времён человекиспользовал уголь и сажу. Когда наши предки овладели огнём, а это было около100 тысяч лет назад, они имели дело с углём и сажей.
Сам процесс горения, который являетсяпервым химическим процессом, который заинтересовавшим человека. Огонь давалтепло, свет, защищал от хищных животных. Но горение рассматривалось как процессразложения вещества. Человек замечал, что если взять много топлива, то врезультате горения остаётся зола, которой значительно меньше чем сжигаемоетопливо. Уголь или углерод не считали элементом. Элементом для древнего человекабыл огонь.
В конце XVIII, начале XIX веков зародиласьтеория флогистона, в которой говорилось о том, что в любом веществе имеетсяособое элементарное вещество-флогистон, который улетучивался в результатепроцесса горения. Небольшое количество золы, образовавшееся в результатегорения, давало повод сторонникам данной теории предполагать, что уголь — этопочти чистый флогистон. На поздних этапах развития теории флогистона некоторыеучёные стали предполагать, что уголь — есть элементарное вещество.
Основоположникитеории флогистона
|
|
|
Рис.1. Иоганн Иоахим Бехер
Международное название Carboneumпроисходит от лат. carbo (уголь). Слово это древнего происхождения. Со словомcarbo связаны названия углерода и на других европейских языках (carbon, charboneи др.). Древнерусское угорати, или угарати (обжигать, опалять) имеет кореньгар, или гор, с возможным переходом в гол; уголь по-древнерусски югъль, или угjль,того же происхождения. Слово алмаз (Diamante) происходит от древнегреческого -несокрушимый, непреклонный, твердый, а графит от греческого – пишу.
Рис.2. Углерод
Второйтипический элемент – кремний – основной элемент неорганической химии и всейнеживой природы. Кремний и германий – доминирующие полупроводниковые материалы.Интегральные схемы на основе кремния и германия являются основой компьютеров,микропроцессоров и т.д. Более подробно рассмотрим свойствауглерода и кремния.
Рис.3. Кремний
Кремний также называют«царем», но только неорганического «мира». Если органическим миром называютсовокупность живых организмов их продукты жизнедеятельности. То неорганическойназывают природу неживую. И ее главное отличие – не способность гореть в огне.
Внешний слой атома кремниятакой же, как внешний слой атома углерода. Так же 4 атома, но разница врадиусе, расстоянии до ядра. Оно больше, чем у углерода, а значит атомы менеесвязаны с ядром.
Рис.4. Разновидность кремния.
Почти во всехсвоих соединениях, углерод и кремний четырёхвалентны, их атомы находятся в возбуждённомсостоянии. Конфигурация валентного слоя атома углерода при возбуждении атомаменяется:
Аналогично меняется конфигурациявалентного слоя атома кремния:
На внешнемэнергетическом уровне атомов углерода и кремния находится 4 неспаренныхэлектрона. Радиус атома кремния больше, на его валентном слое имеютсявакантные 3d–орбитали,это обусловливает отличия в характере связей, которые образуют атомы кремния.
Степени окисленияуглерода меняются в интервале от –4 до +4.
Все элементы этой подгруппы содержат почетыре валентных электрона – это ns2np2 электроны.Такое число валентных электронов является оптимальным для возникновениятетраэдрических связей по обменному механизму. В невозбужденном состояниинеспаренные только 2 р-электрона. Такому состоянию соответствует валентностьэлементов, равная двум, и степень окисления +2. Соединения со степеньюокисления +2 неустойчивы, отличаются высокой восстановительной активностью. Привозбуждении атома один из парных р-электронов переходит на р-подуровень – всеэлектроны становятся неспаренными. Такому состоянию соответствует максимальнаястепень окисления +4. Вполне устойчивы четырехвалентные соединения углерода.Прочность аналогичных соединений в ряду Si – Ge – Sn – Pb убывает. Для углеродаи кремния характерна также отрицательная степень окисления -4, например, вгидридах.
При обычных условиях элементарные веществаэтой группы весьма инертны, но при нагревании реагируют с водородом,кислородом, галогенами, серой и другими элементами. Восстановительные свойствас ростом радиуса атома усиливаются от углерода к свинцу, а окислительные –падают.
Углерод, кремний и германий образуютсоединения преимущественно с ковалентной связью. В соединениях олова и свинцаковалентность выражена слабее. Оксиды углерода (IV) и кремния (IV) – кислотные,германия, олова, свинца – амфотерные.
В подгруппе разница между свойствамипервого и последнего членов подгруппы максимальна. От неметаллических элементов– углерода и кремния – через германий с промежуточными свойствами, происходитпереход к олову и свинцу, которые являются металлами.
Переход от неметаллов к металлам можетбыть проиллюстрирован реакциями с HNO3, разбавленной иконцентрированной:
HNO3 разб. + С, Si, Ge →не реагирует;
HNO3 разб. + Sn→ реагирует;
HNO3 разб. +Pb → мала активностьPb для реакции;
HNO3 конц. + C, Si, Ge, Sn→ гидратированные оксиды;
HNO3 конц. + Pb → нитратсвинца.
В дополнение к наблюдающемуся изменениюсвойств при движении по группе сверху вниз существует резкое различие всвойствах углерода и кремния. Во всех группах первый член отличается отостальных отсутствием d-орбиталей, сравнимых по энергии с занятымир-орбиталями. Это уменьшает валентные возможности первых элементов.
Главные различия между углеродом икремнием:
1. Углерод образует огромное число соединенийс водородом — углеводородов; кремний образует только несколько Силанов SinH2n+2,которые самовоспламеняются на воздухе.
2. Углерод не образует комплексов; кремнийи другие элементы группы могут повышать свою валентность и образовывать,например, SiF62-, SnCl62-, PbCl42-.
3. Все галогениды ЭХ4, заисключением тетрагалогенидов углерода, легко гидролизуются. Из всех галогенидов(кроме углерода) наиболее ковалентными и легко гидролизующимися являютсягалогениды кремния. Гидролиз их приводит к образованию силикат-ионов.Галогениды SnX4 и PbX4 гидролизуются доосновных солей или станнатов, плюмбатов.
— Заполните таблицу, которая у вас изображена налисточках, используя имеющиеся у вас знания и материал учебника. То, что несможете написать, рассмотрим вместе.
В таблице приведены важнейшие характеристики этихэлементов.
|
Критерии сравнения |
Углерод С |
Кремний Si |
|
Положение в ПС |
||
|
Строение атомов |
||
|
Электронная конфигурация атомов |
||
|
Валентные возможности |
||
|
Возможные степени окисления |
|
|
|
Радиус атома |
|
|
|
Формула высшего оксида, его характер, название |
||
|
Формула высшего гидроксида, его характер, название |
||
|
Водородное соединение |
||
|
В природе |
— Давайте поочереди проверим, кто что написал.
Таблица №1. Сравнительная характеристика элементов углерода и кремния
|
Критерии сравнения |
Углерод С |
Кремний Si |
|
Положение в ПС |
2 период, IV группа, элемент № 6, главная подгруппа (А) |
3 период, IV группа, элемент № 14, главная подгруппа (А) |
|
Строение атомов |
Zя=+6, р=6, е=6, n=12-6=6, внешние е=4 |
Zя=+14, р=14, е=14, n=28-14=14, внешние е=4 |
|
Электронная конфигурация атомов |
1s22s22p2 |
1s22s22p63s23p2 |
|
Валентные возможности |
II – в основном состоянии IV – в возбуждённом состоянии |
II – в основном состоянии IV – в возбуждённом состоянии |
|
Возможные степени окисления |
от -4 до +4 -4 -3 -2 -1 0 СН4, С2Н6, С2Н4, СаС2, С, +1 +2 +3 +4 С2F2, СО, С2 F6, СО2 |
-4 0 +2 +4 Mg2 Si, Si , SiO, SiO2
|
|
Радиус атома |
0,077 |
возрастает 0,117 |
|
Формула высшего оксида, его характер, название |
СО2 – кислотный, оксид углерода (IV), углекислый газ, диоксид углерода |
SiO2 – кислотный, , оксид кремния (IV) |
|
Формула высшего гидроксида, его характер, название |
H2CO3 – слабая нестойкая кислота (СО2+ H2O), соли — карбонаты |
H2SiO3 – слабая кислота, имеет полимерную структуру (SiO2 nH2O), соли — силикаты |
|
Водородное соединение |
СН4 – метан, углеводороды |
SiН4 – силан (неустойчив) |
|
В природе |
Необходимый элемент органических веществ |
Наиболее распространенный (после кислорода) элемент земной коры |
Посмотрите на слайде готовые ответы.
— Все правильно написали, молодцы!
-Итак, в чем заключается сходство в строении этихатомов?
— В чем отличие между ними? (… Радиус атома кремниябольше, чем у атома углерода)
— Как это скажется на свойствах веществ? У когосильнее выражены окислительные свойства: у углерода или кремния? (Валентныеэлектроны атома кремния расположены дальше от ядра, слабее к немупритягиваются, и в результате неметаллические свойства кремния ослабевают).
Дополнение: Ковалентные связи между атомами кремнияслабее по сравнению с углеродом и в электрическом поле могут разрываться.Поэтому кремний обладает небольшой электропроводностью)
— Какие степени окисления проявляют углерод и кремнийв органических веществах? Почти во всех своих соединениях углерод и кремнийчетырехвалентны, т.е. атомы данных элементов находятся в возбужденномсостоянии.
— Какова степень окисления атомов в простых веществах?(0)
В соединениях с водородом углерод и кремний образуютцепи атомов, связанных ковалентными связями. Это свойство лучше выражено ууглерода. В его многочисленных соединениях содержатся цепи, состоящие издесятков, сотен и тысяч атомов. Цепи могут быть сколь угодно длинные цепи,могут быть неразветвленными и разветвленными. Кремний же образует цепи максимумиз шести непосредственно связанных атомов.
ФИЗКУЛЬМИНУТКА.
Ребята,сделаем физкультминутку.
Глубоко вздохнули: вот мы набрали кислород,
Выдохнув из легких чистых, газ уходит углекислый,
Руки вверх, потом вперед – не поймать нам водород,
Руки в стороны, ходить. Будем с химией дружить!
Молодцы! Садитесь!
— Продолжаем занятие. Рассмотрим нахождение углерода вприроде, скажите какие полезные ископаемые содержат углерод? (каменный уголь,торф, нефть)
— В составе каких неорганических веществ есть углерод?(известняк, мел, мрамор, доломит, углекислый газ). Все верно.
— В свободном виде углерод встречается в какой форме?(Графит и алмаз)
— А чем являются по отношению друг к другу алмаз играфит? (аллотропными модификациями).
— Дайте определение аллотропии?
— Какие аллотропные модификации из изученныхнеметаллов вы можете привести в примеры? (красный, белый и черный Р,кристаллическая и пластическая сера, кислород и озон)
— Как вы думаете, в чем причина аллотропии? Чемотличается кислород и озон? (числом атомов), посмотрите строение алмаза играфита, чем они различаются?
Причина аллотропии: это различное число атомов,например, как в кислороде и озоне, и разная кристаллическая решетка, например,у алмаза плотная упаковка атомов углерода, у графита слоистая структурарешетки. Запишите в тетради.
- Простые вещества, образованные этими элементами.
Дляуглерода–элемента характерна аллотропия, его аллотропными модификациями являютсяпростые вещества: алмаз, графит, карбин, фуллерен. Сейчас известны и другиеаллотропные модификации углерода. Удивительно, как непохожи эти веществадруг на друга по свойствам!
Послушаемкраткие видеоролики о каждом аллотропном модификации углерода. Начнем с алмаза,мы узнаем, каково строение, свойство алмаза и где она применяется.
Алмаз — это модификация углерода с атомной кристаллическойрешеткой. Алмаз — самое твердое минеральное кристаллическое вещество,прозрачное, плохо проводит электрический ток и тепло. Атомы углерода в алмазенаходятся в состоянии sp3-гибридизации.
Рис.5. Алмаз.
Графит — это аллотропнаямодификация, в которой атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации.При этом атомы связаны в плоские слои, состоящие из шестиугольников, какпчелиные соты. Слои удерживаются между собой слабыми связями. Этонаиболее устойчивая при нормальных условиях аллотропная модификация углерода.
Графит — мягкоевещество серо-стального цвета, с металлическим блеском. Хорошо проводитэлектрический ток. Жирный на ощупь.
Рис.6. Графит.
Причина явныхотличий в физических свойствах графита и алмаза обусловлена различным строением кристаллическойрешётки. В кристалле алмаза каждый атом углерода (исключая те,которые находятся на поверхности кристалла) образует четыре равноценныепрочные связи с соседними атомами углерода. Эти связи направлены к вершинамтетраэдра (как в молекуле СН4). Таким образом, в кристалле алмазакаждый атом углерода окружён четырьмя такими же атомами, располагающимися ввершинах тетраэдра. Симметричность и прочность С–С-связей в кристалле алмазаобусловливают исключительную прочность и отсутствие электронной проводимости.
В кристалле графита каждыйатом углерода образует три прочные равноценные связи с соседними атомамиуглерода в одной плоскости под углом 120°. В этой плоскости образуется слой,состоящий из плоских шестичленных колец.
Кроме того, каждыйатом углерода имеет один неспаренный электрон. Эти электроны образуют общуюэлектронную систему. Связь между слоями осуществляется за счёт относительнослабых межмолекулярных сил. Слои расположены один относительно другого такимобразом, что атом углерода одного слоя находится над центром шестиугольникадругого слоя. Длина связи С–С внутри слоя составляет 0,142 нм, расстояние междуслоями – 0,335 нм. В результате связи между слоями гораздо менее прочны, чемсвязи между атомами внутри слоя. Это обусловливает свойства графита:он мягок, легко расслаивается, имеет серый цвет и металлический блеск, электропроводени химически более активен, чем алмаз. Модели кристаллических решёток алмаза играфита изображены на рисунке.
Рис.7. Модели кристаллических решётокалмаза и графита.
Возможно липревратить графит в алмаз? Такой процесс осуществим в жёстких условиях – придавлении примерно 5000 МПа и при температуре от 1500 °С до 3000 °С в течениенескольких часов в присутствии катализаторов (Ni). Основную массу продукциисоставляют небольшие кристаллы (от 1 до нескольких мм) и алмазная пыль.
Карбин —аллотропная модификация углерода, в составе которого атомы углерода находятся вsp-гибридизации. Состоит из линейных цепочек и циклов, в которых атомы углеродасоединены двойными и тройными связями типа:
–С≡С–С≡С–С≡С– (α–карбин,полиин) или =С=С=С=С=С=С= (β–карбин,полиен).
Карбин —мелкокристаллический порошок серого цвета
Расстояние междуэтими цепями меньше, чем между слоями графита, за счёт более сильногомежмолекулярного взаимодействия.
Карбинпредставляет собой чёрный порошок, является полупроводником. Химически он болееактивен, чем графит.
Рис.8. Карбин.
Фуллерен — этоискусственно полученная модифицикация углерода. Молекулы фуллерена — выпуклыемногогранники С60,С70 идр. Многогранники образованы пяти- и шестиугольниками, в вершинах которыхрасположены атомы углерода.
На сферическойповерхности молекулы С60 атомы углерода располагаются ввершинах 20 правильных шестиугольников и 12 правильных пятиугольников. Всефуллерены представляют собой замкнутые структуры из атомов углерода. Кристаллыфуллерена относятся к веществам с молекулярным строением.
Открытие фуллеренапроизошло относительно недавно, в 1985 г, их особенность в строениимолекулы, похожей на футбольный мяч. Наиболее распространены молекулы фуллеренаС60, состоящего из 60 атомов углерода, и фуллерена С70, состоящегоиз 70 атомов углерода.
Благодаря своему строениюобладает уникальными свойствами, который открывает широкий спектр применений.Начиная применениями в физике, заканчивая медициной. Молекула являетсямощнейшим антиоксидантом, используемая даже в борьбе с ВИЧ.
Фуллерены —черные вещества с металлическим блеском, обладающие свойствами полупроводников.
Рис.9. Молекулы фуллерена
Рис. 10 Аллотропные модификации углерода
Уголь и сажу можно рассматривать как аморфные разновидностиграфита.
— Как можно доказать, что алмаз и графит – различныеформы одного и того же химического элемента? (Сжечь и убедиться в образованииуглекислого газа).
— Можно ли получить алмаз из сажи и графита? (Дляэтого надо перестроить кристаллическую решётку. В настоящее время производятискусственные алмазы, действуя на графит высоким давлением порядка 100 000атмосфер, при температуре 2500 o С)
— Чем объясняется наличие нескольких аллотропныхмодификаций углерода? Вывод: строение вещества обуславливает его свойства, а наосновании свойств человек находит им применение.
К разновидностям графита относят уголь, сажу. У меня вруках уголь, скажите, какой он? Он будет тонуть в воде? А где он можетприменяться?
Аллотропиякремния
Аллотропиякремния выражена двумя видами кремния: аморфным и кристаллическим. Это двавещества, одинаковых по составу, но различные построению молекул. Эти отличиянаделяют их разными физическими и химическими свойствами, а также различиями вовнешнем виде.
Цветкристаллического кремния темный, почти черный. Присутствует металлическийблеск. Твердый на ощупь, при этом хрупкий. Обладает свойствами полупроводником.Полупроводники – вещества, способные проводить электричество. Но по своейспособности проводить последнее они находятся между проводниками, хорошопроводящими электрический ток, и диэлектриками, веществами, плохо проводящимиэлектрический ток.
Кипити плавится при больших температурах, реакционно не активен. Структуру имеетподобную алмазу.
Аморфныйкремний буро-красный по цвету, порошкообразен. Хорошо впитывает воду, ноструктура такая же как у кристаллического.
Кремний образуетпростое вещество – кристаллический кремний. Существует аморфный кремний –порошок белого цвета (без примесей). Свойства алмаза, графита икристаллического кремния приведены в таблице.
Кремний. Существует только одна устойчиваяаллотропная модификация кремния, кристаллическая решётка которой подобнарешётке алмаза. Кремний – твёрдое, тугоплавкое (t°пл = 1412 °С), очень хрупкое веществотёмно-серого цвета с металлическим блеском, при стандартных условиях –полупроводник.
В природе углерод встречается как в виде простых веществ(алмаз, графит), так и в виде сложных соединений (органические вещества —нефть, природные газ, каменный уголь, карбонаты).
Характернойособенностью углерода является его способность образовывать цепи: атомыуглерода соединяются друг с другом и образуют устойчивые соединения.Аналогичные соединения кремния неустойчивы. Способность углерода кцепеобразованию обусловливает существование огромного числа органических соединений.
К неорганическим соединениям углеродаотносятся его оксиды, угольная кислота, карбонаты и гидрокарбонаты, карбиды.Остальные соединения углерода являются органическими.
- Оксиды и гидроксиды углерода и кремния.
Оксидуглерода (II)
Строениемолекулы и физические свойства
Оксид углерода (II) («угарный газ») –это газ без цвета и запаха. Сильный яд. Небольшая концентрация угарного газа ввоздухе может вызвать сонливость и головокружение. Большие концентрацииугарного газа вызывают удушье.
Строение молекулы оксида углерода (II) – линейное.Между атомами углерода и кислорода образуется тройная связь, за счетдополнительной донорно-акцепторной связи:
Способы получения
В лаборатории угарныйгаз можно получить действием концентрированной серной кислоты на муравьиную илищавелевую кислоты:
НСООН → CO + H2O
H2C2O4 → CO + CO2 + H2O
Впромышленности угарный газ получают в газогенераторах припропускании воздуха через раскаленный уголь:
C + O2 → CO2
CO2 + C→ 2CO
Еще один важный промышленный способ полученияугарного газа — паровая конверсия метана. При взаимодействииперегретого водяного пара с метаном образуется угарный газ и водород:
СН4 + Н2O → СО+ 3Н2
Такжевозможна паровая конверсия угля:
C0 + H2+O → C+2O + H20
Угарный газ в промышленности также можно получатьнеполным окислением метана:
2СН4 + 3О2 →2СО + 4Н2O
Химические свойства
Оксид углерода (II) – несолеобразующий оксид.За счет углерода со степенью окисления +2 проявляет восстановительные свойства.
1. Угарный газгорит в атмосфере кислорода. Пламя окрашено в синий цвет:
2СO + O2 →2CO2
2. Оксидуглерода (II) окисляется хлором в присутствии катализатора илипод действием света с образованием фосгена. Фосген– ядовитый газ.
CO + Cl2 → COCl2
3. Угарный газвзаимодействует с водородом при повышенном давлении. Смесьугарного газа и водорода называется синтез-газ. В зависимости от условий из синтез-газаможно получить метанол, метан, или другие углеводороды.
Например,под давлением больше 20 атмосфер, при температуре 350°C и поддействием катализатора угарный газ реагирует с водородом собразованием метанола:
СО + 2Н2 → СН3ОН
4. Под давлениемоксид углерода (II) реагирует со щелочами. При этом образуетсяформиат – соль муравьиной кислоты.
Например, угарныйгаз реагирует с гидроксидом натрия с образованием формиатанатрия:
CO + NaOH → HCOONa
5. Оксид углерода(II) восстанавливает металлы из оксидов.
Например, оксид углерода(II) реагирует с оксидом железа (III) с образованием железаи углекислого газа:
3CO + Fe2O3 →2Fe + 3CO2
Оксидымеди (II) и никеля (II) также восстанавливаются угарным газом:
СО + CuO → Cu + CO2
СО + NiO → Ni + CO2
6. Угарный газокисляется и другими сильными окислителями до углекислого газа или карбонатов.
Например,пероксидом натрия:
CO + Na2O2 → Na2CO3
Оксидуглерода (IV)
Строениемолекулы и физические свойства
Оксид углерода (IV) (углекислый газ) —газ без цвета и запаха. Тяжелее воздуха. Замороженный углекислый газ называюттакже «сухой лед». Сухой лед легко подвергается сублимации — переходит изтвердого состояния в газообразное ВИДЕО
Смешивая сухой лед иразличные вещества, можно получить интересные эффекты. Например, сухой лед впиве ВИДЕО
Углекислыйгаз не горит, поэтому его применяют при пожаротушении.
Молекула углекислого газа линейная, атомуглерода находится в состоянии sp-гибридизации, образует две двойных связис атомами кислорода:
Обратите внимание! Молекулауглекислого газа не полярна. Каждая химическая связь С=О поотдельности полярна, а вся молекула не будет полярна. Объяснить это оченьлегко. Обозначим направление смещения электронной плотности в полярных связяхстрелочками (векторами):
Теперь давайте сложим эти векторы. Сделать это оченьлегко. Представьте, что атом углерода — это покупатель в магазине. А атомыкислорода — это консультанты, которые тянут его в разные стороны. В данномопыте консультанты одинаковые, и тянут покупателя в разные стороны содинаковыми силами. Несложно увидеть, что покупатель двигаться не будет нивлево, ни вправо. Следовательно, сумма этих векторов равна нулю.Следовательно, полярность молекулы углекислого газа равнанулю.
Способы получения
В лаборатории углекислыйгаз можно получить разными способами:
1. Углекислыйгаз образуется при действии сильных кислот на карбонатыи гидрокарбонаты металлов. При этом взаимодействуют с кислотами инерастворимые карбонаты, и растворимые.
Например, карбонат кальциярастворяется в соляной кислоте:
CaCO3 +2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
Видеоопыт взаимодействиякарбоната кальция с соляной кислотой можно посмотреть здесь.
Еще один пример: гидрокарбонат натрияреагирует с бромоводородной кислотой:
NaHCO3 +HBr → NaBr +H2O +CO2
2. Растворимыекарбонаты реагируют с растворимыми солями алюминия, железа (III) ихрома (III). Карбонаты трехвалентных металлов необратимо гидролизуются вводном растворе.
Например: хлоридалюминия реагирует с карбонатом калия. При этом выпадаетосадок гидроксида алюминия, выделяется углекислый газ и образуется хлоридкалия:
2AlCl3 + 3K2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + CO2↑ + 6KCl
3. Углекислыйгаз также образуется при термическом разложении нерастворимыхкарбонатов и при разложении растворимых гидрокарбонатов.
Например, карбонат кальцияразлагается при нагревании на оксид кальция и углекислыйгаз:
CaCO3 →CaO + CO2
Химические свойства
Углекислый газ — типичный кислотный оксид.За счет углерода со степенью окисления +4 проявляет слабые окислительныесвойства.
1. Каккислотный оксид, углекислый газ взаимодействует с водой. Реакцияочень сильно обратима, поэтому мы считаем, что в реакциях угольная кислотараспадается почти полностью при образовании.
CO2 + H2O ↔ H2CO3
2. Как кислотныйоксид, углекислый газ взаимодействует с основными оксидами иоснованиями. При этом углекислый газ реагирует только с сильнымиоснованиями (щелочами) и их оксидами. При взаимодействии углекислого газа сощелочами возможно образование как кислых, так и средних солей.
Например, гидроксидкалия взаимодействует с углекислым газом. В избыткеуглекислого газа образуется кислая соль, гидрокарбонат калия:
KOH + CO2 → KHCO3
При избытке щелочи образуется средняя соль, карбонаткалия:
2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O
Помутнение известковой воды — качественнаяреакция на углекислый газ:
Ca(OH)2 + CO2 →CaCO3 + H2O
Видеоопыт взаимодействия гидроксидакальция (известковая вода) с углекислым газом можно посмотреть здесь.
3. Углекислый газвзаимодействует с карбонатами. При пропускании СО2 черезраствор карбонатов образуются гидрокарбонаты.
Например, карбонат натриявзаимодействует с углекислым газом. В избытке углекислого газаобразуется кислая соль, гидрокарбонат натрия:
Na2CO3 + CO2 + H2O→ 2NaHCO3
4. Как слабый окислитель,углекислый газ взаимодействует с некоторыми восстановителями.
Например, углекислый газвзаимодействует с углеродом с образованием угарного газа:
CO2 + C → 2CO
Магний горит ватмосфере углекислого газа:
2Мg + CO2 → C + 2MgO
Видеоопыт взаимодействия магния суглекислым газом можно посмотреть здесь.
Поэтому углекислый газ нельзя применять дляпожаротушения горящего магния.
Углекислый газ взаимодействует с пероксидомнатрия. При этом пероксид натрия диспропорционирует:
2CO2 + 2Na2O2 → 2Na2CO3 + O2
Оксид кремния (IV)
Физические свойства и нахождение в природе
Оксид кремния (IV) – этотвердое вещество с атомной кристаллической решеткой. В природе встречается ввиде кварца, речного песка, кремнезема и прочих модификаций:
Рис.11. Кремнезём
Химические свойства
Оксид кремния (IV) – типичный кислотный оксид.За счет кремния со степенью окисления +4 проявляет слабые окислительные свойства.
1. Каккислотный оксид, диоксид кремния (IV) взаимодействует с растворами ирасплавами щелочей и в расплаве с основными оксидами.При этом образуются силикаты.
Например, диоксидкремния взаимодействует с гидроксидом калия:
SiO2 + 2KOH → K2SiO3 + H2O
Еще пример: диоксид кремниявзаимодействует с оксидом кальция.
SiO2 + CaO → CaSiO3
2. Оксидкремния (IV) не взаимодействует с водой, т.к. кремниеваякислота нерастворима.
3. Оксидкремния (IV) реагирует при сплавлении с карбонатами щелочных металлов. Приэтом работает правило: менее летучий оксид вытесняет более летучийоксид из солей при сплавлении.
Например, оксидкремния (IV) взаимодействует с карбонатом калия. При этом образуется силикаткалия и углекислый газ:
SiO2 + K2CO3 → K2SiO3 + CO2
4. Из кислотдиоксид кремния реагирует только с плавиковой или с газообразнымфтороводородом:
SiO2 +4HF(г) =SiF4 + 2H2O
SiO2 +6HF(р-р) → H2[SiF6] + 2H2O
5. Притемпературе выше 1000 °С оксид кремния реагирует с активными металлами,при этом образуется кремний.
Например, оксидкремния взаимодействует с магнием с образованием кремния и оксидамагния:
SiO2 +2Mg → Si + 2MgO
Видеоопыт взаимодействияоксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.
При избытке восстановителя образуются силициды:
SiO2 +4Mg → Mg2Si + 2MgO
6. Оксид кремния (IV)взаимодействует с неметаллами.
Например, оксидкремния (IV) реагирует с водородом в жестких условиях. Приэтом оксид кремния проявляет окислительные свойства:
SiO2 + 2Н2 → Si+ 2Н2O
Еще пример: оксид кремниявзаимодействует с углеродом. При этом образуется карборунд и угарныйгаз:
SiO2 + 3С → SiС + 2СО
При сплавлении оксид кремния взаимодействует с фосфатомкальция и углем:
3SiO2 + Ca3(PO4)2 + 5C → 3CaSiO3 + 5CO + 2P
Формула гидроксида углерода — С(ОН)⁴, то есть, Н⁴СО⁴ -ортоугольная кислота, но она тут же отщепляет воду и становится Н²СО³ -угольной кислотой
Проявляет кислотные свойства: H2CO3 + 2NaOH ⟶ Na2CO3 +2H2O
Общая характеристика.
Существует несколько форм гидроксидов:
ортокремниевая кислота H4Si04 или 2Н20 • Si02;
метакремниевая кислота H2Si03 или Н20 • Si02;
двуметакремниевая кислота H2Si205 или Н20 • 2Si02 и т.д.
Кремниевые кислоты (кроме тех, которые содержат одинатом кремния) — полимеры, структуру которых можно изобразить схемой:
Физические свойства.
Кремниевые кислоты нерастворимы в воде и представляютсобой коллоидные системы — гели (в концентрированных растворах) или золи (вразбавленных растворах).
Химические свойства.
1. В системе «вода—метакремниевая кислота» реализуетсяравновесие:
Метакремниевая кислота слабее угольной.
2. Разлагается при нагревании:
- (в определенных технологических условиях образуется силикагель аморфный диоксид кремния с большой поверхностью; хороший адсорбент). Другие, типичные для кислот свойства кремниевая кислота не проявляет.
- 3. Кремниевые кислоты реагируют с плавиковой кислотой:
Получение.
Кремниевые кислоты получают воздействием сильныхкислот на водные растворы растворимых силикатов:
В общем виде это уравнение записывается в форме схемы:
При этом образуется гель (студень) смеси кремниевыхкислот различного состава (полукремниевые кислоты).
Применение.
Гель из кремниевых кислот применяют для приготовлениясиликагеля — обезвоженного геля кремниевых кислот, т. е. диоксид кремния сбольшой поверхностью. Силикагель является ценным адсорбентом, которыйиспользуют для очистки различных веществ.
Кремниевые кислоты (кроме тех, которые содержат одинатом кремния) — полимеры, структуру которых можно изобразить схемой:
От 26 до 30% от общей массы земной коры состоит изгидроксида кремния (общая формула — H2SiO3). В морской воде концентрация этоговещества достигает отметки 3 мг/л. По уровню распространённости в литосферекремний находится на втором месте после О2. Наиболее востребованная формаH2SiO3 — кремнезём, который является диоксидом. Химические и физическиесвойства этого материала повлияли на его распространённость в промышленности.
Гидроксид кремния запрещено использовать длявозведения несущих конструкций. H2SiO3 пользуется большим спросом при обработкеповерхности кристаллов, что является актуальным в сфере приборостроения.
В природе высшего гидроксида кремния не существует.
В металлургической отрасли гидроксид кремнияиспользуется в качестве модификатора сплавов. H2SiO3 применяется какраскислитель при производстве высококачественного чугуна. Гидроксид кремнияявляется основой электротехники. Это вещество входит в состав различныхфотоэлементов, транзисторов, диодов, интегральных схем. Функциональностьготового устройства зависит от характеристики поверхностного слоя кристалла.
- Важнейшие соли угольной и кремниевой кислот
И углерод, икремний образуют высшие гидроксиды – кислоты: соответственно угольную (H2СО3)и кремниевую (H2SiO3). В свободном виде они не получены.H2СО3 существует только в разбавленных растворах, a H2SiO3– в полимерной форме.
Угольная кислота иеё соли
Угольная кислота H2CO3 являетсядвухосновной и относится к слабым кислотам (рис. 1). В свободном состоянии ввиде кристаллов она выделена при температуре ниже ‒30 °С лишь вовтором десятилетии XXI века.
Рис. 12.Структурная формула и масштабная модель угольной кислоты.
В молекуле СO2 кратныесвязи очень прочны, образование H2СО3 невыгодно, так как общая кратность связипонижается. Поэтому, несмотря на хорошую растворимость углекислого газа СO2 вводе, основная его масса в растворе находится в виде гидратированного оксида илишь небольшая часть – в форме угольной кислоты.
В результатевзаимодействий в системе СO2 (г.) – H2O (ж.)устанавливается следующая совокупность равновесий:
СO2(г.) + H2O (ж.) ⇆ СO2 (р-р) + H2O(ж.) ⇆ H2СO3(р-р) ⇆ Н++NCO3– ⇆ 2Н+ + СО32–
В водном растворе угольнаякислота диссоциирует ступенчато:
В обычных условияхона распадается на углекислый газ и воду:
Угольной кислотесоответствуют два ряда солей: карбонаты (средние) и гидрокарбонаты (кислые).Отметим два важнейших свойства солей угольной кислоты.
1. Взаимодействиес кислотами.Общим свойством карбонатов и гидрокарбонатов является «вскипание» при действииболее сильных кислот как на твёрдую соль, так и на её раствор. Происходитвыделение газа без цвета и запаха:
Взаимодействиекарбонатов и гидрокарбонатов с соляной кислотой
Взаимодействие солей с сильными кислотами используют как тест(качественную реакцию) на присутствие солей угольной кислоты — карбонатов игидрокарбонатов
Качественные реакции
Качественные реакции на некоторые катионы
|
Реактив |
Условия проведения |
Признак реакции |
Уравнение в сокращённой ионной форме |
|
|
|
Лакмус |
В растворе |
Красный раствор |
|
|
Метилоранж |
В растворе |
Красный раствор |
||
|
Универсальная индикаторная бумага |
Нанесение капли раствора на индикаторную бумагу |
рH < 7 |
||
|
|
|
В растворе или твёрдые вещества (при нагревании) |
Влажная фенолфталеиновая бумага над реакционной смесью становится малиновой |
|
|
|
|
В растворе |
Белый осадок |
|
|
|
В растворе |
Белый осадок |
|
|
|
|
В пламени спиртовки |
Карминово-красная окраска пламени |
|
|
|
|
|
В растворе |
Белый осадок |
|
|
|
В растворе |
Белый осадок |
|
|
|
|
В пламени спиртовки |
Зелёная окраска пламени |
|
|
|
|
|
В растворе |
Белый осадок с серо-зелёным оттенком |
|
|
|
|
В растворе |
Бурый осадок |
|
|
|
|
В растворе |
Красный раствор |
|
|
|
|
В пламени спиртовки |
Жёлтая окраска пламени |
|
|
|
|
В пламени спиртовки |
Фиолетовая окраска пламени |
|
|
|
|
В пламени спиртовки |
Красная окраска пламени |
|
|
|
|
В пламени спиртовки |
Красная окраска пламени |
|
Качественныереакции на некоторые анионы
|
Ион |
Реактив |
Условия проведения |
Признак реакции |
Уравнение в сокращённой ионной форме |
|
|
Лакмус |
В растворе |
Синий раствор |
|
|
Метилоранж |
В растворе |
Жёлтый раствор |
||
|
Фенолфталеин |
В растворе |
Малиновый раствор |
||
|
Универсальная индикаторная бумага |
Нанесение капли раствора на индикаторную бумагу |
рH < 7 |
||
|
|
|
В растворе |
Белый творожистый осадок |
|
|
|
|
В растворе |
Светло-жёлтый осадок |
|
|
|
|
В растворе |
Жёлтый осадок |
|
|
|
|
В растворе |
Белый осадок |
|
|
|
Раскалённый уголёк |
Твёрдая соль |
Вспышка на угольке |
|
|
|
|
В растворе |
Белый осадок |
|
|
|
|
В растворе |
Газ |
|
|
|
|
В растворе |
Студенистый белый осадок |
|
|
|
|
В растворе (щелочная среда) |
Жёлтый осадок, растворимый в азотной кислоте |
|
Кроме того, такиереакции могут использоваться для получения углекислого газа в лаборатории,например, из мрамора CaCO3:
2. Термическоеразложение. Вторая особенность солей угольной кислоты — их невысокаятермическая устойчивость (кроме карбонатов натрия и калия, рубидия и цезия).При нагревании они разлагаются:
Анализируявышесказанное и уравнения химических реакций предыдущего параграфа, можносделать заключение, что карбонаты и гидрокарбонаты способны к взаимопревращениям,которые условно можно выразить схемой:
На примерекарбоната кальция уравнения реакций, соответствующие данной схеме, выглядяттак:
Карбонаты игидрокарбонаты находят широкое применение в строительстве, быту, оптике,медицине, а также в производстве мыла, стекла, бумаги, являются наполнителямиогнетушителей.
Таблица 1.Применение солей угольной кислоты.
|
Химическая формула и систематическое название |
Тривиальное название, природные минералы |
Область применения |
|
Na2СO3 |
Кальцинированная сода |
Производство моющих средств, мыла стекла, красителей; целлюлозно-бумажная, текстильная, нефтехимическая промышленность |
|
Na2СO3 ∙ 10H2O |
Кристаллическая сода — минерал |
|
|
NaHCO3 |
Питьевая сода |
Медицина; пищевая промышленность, в частности при выпечке хлебобулочных изделий; дезинфекция полости рта; средство от изжоги. Пожаротушение. Безопасное мытьё посуды. |
|
СаСО3 |
Мел — горная порода |
Побелка, производство стекла, резины |
|
Кальцит — минерал |
Химическое производство, строительство, оптика, поделочный камень |
|
|
Ракушечник — горная порода |
Строительный материал |
|
|
Известняк — горная порода |
Облицовочный и архитектурно-строительный материал, подвергается обжигу с целью получения негашёной извести – оксида кальция |
|
|
Мрамор — горная порода |
Облицовочный и архитектурно-строительный материал |
|
|
Жемчуг — драгоценный камень биологического происхождения, образуемый в раковинах некоторых моллюсков |
Ювелирные изделия |
|
|
(СuOH)2CO3 |
Малахит — минерал |
Поделочный камень. Ранее — для добычи меди |
|
MgСO3 |
Магнезит — минерал |
Производство огнеупорных материалов |
|
CaMg(CO3)2 |
Доломит — минерал |
Изготовление цемента, штукатурки, огнеупорных материалов, в стекольной промышленности, в сельском хозяйстве для раскисления почвы |
|
K2CO3 |
Поташ |
Мыла, тугоплавкое стекло, в фотографии. |
Получениепитьевой соды NaHCO3 в промышленности
Впромышленности питьевую соду получают по аммиачному способу, называемомуметодом Сольве. Этот метод был предложен бельгийским химиком Эрнестом Сольве вещё 1861 году. Метод основан на реакции взаимодействия гидрокарбоната аммония NaHCO3 с хлоридом натрия NaCl, врезультате которой получается гидрокарбонат натрия и хлорид аммония. Черезнасыщенный раствор поваренной соли NaCl, пропускают сначала аммиак, а затем приохлаждении под давлением углекислый газ CO2. При этом происходят следующиереакции:
Гидрокарбонатнатрия NaHCO3 вследствие плохойрастворимости в полученном холодном насыщенном растворе выпадает в осадок,который отделяют фильтрованием.
Припрокаливании гидрокарбоната натрия NaHCO3 получаюткальцинированную соду, а выделяющийся при этом углекислый газ CO2.возвращают в производственный процесс:
Раствор,содержащий хлорид аммония NH4Cl, нагревают с известью Ca(OH)2,в результате чего выделяется аммиак, который, как и углекислый газ, вновьвозвращают в технологический процесс:
Таким образом,процесс получения гидрокарбоната натрия по методу Сольве является практическибезотходным: единственным «отходом» является хлорид кальция, остающийся врастворе и имеющий ограниченное применение.
Кремниеваякислота
Строениемолекулы и физические свойства
Кремниевыекислоты —очень слабые, малорастворимые в воде соединения общей формулы nSiO2•mH2O.Образует коллоидный раствор в воде (в виде студенистого осадка, который черезнекоторое время загустевает и заполняет весь объём сосуда). Кремниевая кислотаH2SiO3 является двухосновной и более слабой, чем угольнаякислота.
Рис. 13.Гель.
Метакремниевая H2SiO3 существуетв растворе в виде полимера:
Способы получения
Кремниеваякислота образуется при действии сильных кислот на растворимые силикаты(силикаты щелочных металлов).
Например, придействии соляной кислоты на силикат натрия:
Na2SiO3 + 2HCl → H2SiO3 +2 NaCl
Видеоопыт получениякремниевой кислоты из силиката натрия можно посмотреть здесь.
Дажеслабая угольная кислота вытесняет кремниевую кислоту из солей:
Na2SiO3 +2Н2O + 2CO2 → 2NaHCO3 + H2SiO3
Уже принезначительном нагревании или длительном хранении кислота разлагается на оксиди воду:
Химическиесвойства
1. Кремниеваякислота — нерастворимая. Кислотные свойства выражены очень слабо, поэтомукислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами:
Например, кремниеваякислота реагирует с концентрированным гидроксидом калия:
H2SiO3 +2KOH → K2SiO3 + 2H2O
2. Принагревании кремниевая кислота разлагается на оксид и воду:
H2SiO3→ SiO2 + H2O
- Силикатная промышленность
Образующийсяоксид SiO2(IV) имеетпористую структуру и большую площадь поверхности (до 1000 м2/г), что позволяетему адсорбировать молекулы различных веществ, в том числе и воду. Именноблагодаря адсорбционным свойствам оксид SiO2 под названием «силикагель»используется как осушитель воздуха в упаковках с электроникой и обувью, а подназванием «Белый уголь» — как адсорбент в медицине (рис. 2).
Рис. 14.Силикагель.
Силикаты — это соли кремниевой кислоты. Большинство силикатов нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия и калия, ихназывают «жидким стеклом». Силикаты натрия и калия входят в состав силикатногоклея.
Способы получения силикатов:
1. Растворение кремния, кремниевой кислоты или оксидав щелочи:
H2SiO3 + 2KOH → K2SiO3+ 2H2O
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2
SiO2 + 2KOH → K2SiO3+ H2O
2. Сплавление с основными оксидами:
СаО + SiO2 → CaSiO3
3. Взаимодействие растворимых силикатов с солями:
K2SiO3 + CaCl2 → CaSiO3 + 2KCl
Оконное стекло (натриевое стекло) — силикат натрия икальция:
Na2O·CaO·6SiO2.
Стекло получают при сплавлении в специальных печахсмеси соды Na2CO3, известняка CaCO3 и белогопеска SiO2:
6SiO2 + Na2CO3 + CaCO3 → Na2O·CaO·6SiO2 +2CO2
Для полученияспециального стекла вводят различные добавки, так стекло содержащее ионы Pb2+– хрусталь; Cr3+ – имеет зеленую окраску, Fe3+ –коричневое бутылочное стекло, Co2+ – дает синий цвет, Mn2+– красновато-лиловый.
Концентрированныерастворы этих солей используются для пропитки деревянных изделий и тканей сцелью придания огнеупорных свойств. При высыхании силикаты образуютстеклоподобный слой, который не пропускает воду, поэтому применяются и вкачестве водоотталкивающих покрытий.
В природевстречаются силикаты и алюмосиликаты. К ним относятся гранит, слюда, асбест,глина. Это доступное сырьё давно освоено человеком и широко используется встроительстве.
Глина легкоформуется, при спекании становится твёрдой, поэтому она нашла применение дляизготовления керамических изделий.
Ри. 15. Изделия из глины.
Рис. 16. Фарфоровая посуда.
Рис. 17. Кирпич керамический.
При нагревании глины с известняком получают важнейший строительныйматериял – цемент.
Рис. 18. Цемент.
Силикатная промышленность являет собой сферу производства изприродных соединений кремния стекла, керамики и цемента. Она производит разныеизделия и материалы, которые в народном хозяйстве имеют огромное значение.Самая распространенная продукция силикатной промышленности — черепица,облицовочные плиты, кирпич, огнеупоры, тепло -, электро — и звукоизоляционныематериалы, листовое стекло, изделия из фаянса и фарфора, хозяйственная ихимическая посуда, хрусталь, растворимое стекло, кварцевое стекло,стеклопластики, стеклоткани, пеностекло, стекловолокно, вяжущие вещества,цемент.
Отрасли силикатной промышленности
Керамическая промышленность
К керамическим изделиям относятся кирпич, фаянсовая и глинянаяпосуда, кафель, амфоры. Для производства керамических изделий сырьем выступаютминеральные добавки и глина. Последний элемент состоит из маленьких кристалловкаолинита Аl2О3 • 2SiO2 • 2НО2. Изготовление керамики состоит из 4 этапов:подготовка сырья, формовка, сушка, обжиг. Для подготовки сырья вначале глинуперемешивают с водой. В результате получается тестообразная масса, котораясохраняет приданную форму. После обжига и сушки изделие твердеет и стаетпохожее на камень. Производство керамики развивается в таких направлениях —керамика для быта, строительная керамика, техническая керамика.
Стеклянная промышленность
Стекло открыли в IV тыс. до н. э. в восточных странах. Этопрозрачный, аморфный, твердый, хрупкий материал. Стекло изготавливают вспециальных печах путем спекания известняка, соды и белого песка. Химическаяформула этого процесса выглядит так: SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2↑, SiO2 +CaCO3 = CaSiO3 + CO2↑, Na2SiO3 + CaSiO3 + 4SiO2 = Na2O • CaO • 6SiO2. Изжидкого состояния в твердое оно переходит постепенно. Благодаря этомустеклянную массу можно прокатывать в листы, получать нити, выдувать различныеизделия. По составу различают тугоплавкое специальное стекло (с добавлениемпоташа), хрусталь (с добавлением соды). Окрас бывает прозрачный, синий,ярко-зеленый, красновато-лиловый и так далее.
Цементная промышленность
Сырьем для производства материала выступают известняк и глина. Ихзапекают, и в процессе происходит распад известняка, образовываются силикаты иалюминаты кальция. В итоге получается масса, которую перемалывают впортландцемент — зеленовато-серый порошок. Когда смешивают цемент с водой, тополучается тестообразная масса, твердеющая со временем. Цемент является важнымстроительным материалом. Из него готовят железобетон и бетон.
Надеемся, что «Силикатная промышленность» доклад по химии помогВам подготовиться к занятию, и Вы узнали, какие виды силикатной промышленностивыделяют. А рассказ о силикатной промышленности Вы можете дополнить через формукомментариев ниже.
Несколько интересных фактов о силикатной промышленности
Силикатная промышленность – это та отрасль, которая для многихостается загадкой. Когда речь заходит об интересных фактах, то здесь нужновыделить следующее:
- С гончарным ремеслом люди были знакомы давно. Основное сырье — это глина. Изготовление производилось таким образом, что глина смешивалась с водой и образовывала некоторые пластичную массу. Ей можно было придать любую форму, а после обжига она сохраняла её.
- Благородная керамика — это все изделия из фарфора. Родиной стал Китай, который еще до нашей эры освоил производство этого материала. Все природные факторы служили для изобретения и производства именно на территории Китая. Дело состоит в том, что в одной из деревень есть запасы, которые состоят из кварца, шпата, а также глины. Многим европейские представители пытались разгадать тайну этого материала. Но в России фарфор был разработан только в XVII веке. После этого было налажено производство изделий под Петербургом. Благородство своё фарфор приобрел благодаря некоторым характеристикам в виде тонкости выполняемых изделий, белому оттенку, отсутствию пористости, а также прочности с химической и термической стороны.
- Сейчас силикатная промышленность — это одна из важнейших категорий народного хозяйства. Она позволяет обеспечивать строительными материалами всю страну. Из всего разнообразия чаще всего встречается кирпич и цемент, которые позволили строить города уже 8000 лет назад.
- Если посмотреть на посуду из фарфора, то она лидирует по прочности, не считая металла.
- Первые изделия из фарфора сделали женщины.
- Если вдруг на изделиях из фарфора есть какой-то брак, то они уже не выходят в производство. Знак этого материала ставится только на идеальных формах. Фарфор — это тот материал, который делает посуду абсолютно безопасной и чистой.
- С давних времен кирпич изготавливался только вручную. Он считался качественным и стоил дороже.
- Впервые кирпич начал использоваться в Древнем Египте. Об этом свидетельствуют записи в старинных книгах.
- Кирпич хорошо поглощает влагу. Тем не менее, он обладает хорошей морозостойкостью и может прослужить несколько сотен лет. Об этом свидетельствуют многие памятники архитектуры, которые сохранились по сегодняшний день в прекрасном состоянии.
- Существует несколько разновидностей кирпича, каждая из которых отличается по всем характеристикам, а также по своему внешнему виду. Настоящие профессионалы знают, как правильно можно выбрать кирпича и делают это без особых проблем.
Рис.19. Производство кирпича.
Это далеко не все факты. Стоит отметить еще несколько, чтобы лучшепонять основную суть процессов в силикатной промышленности.
Еще немного фактов о силикатной промышленности
Сейчас силикатная промышленность постоянно развивается и реализуетбольшее число товаров. Ассортимент с каждым годом растет, что порождает и спрос.Но в любом случае можно рассмотреть и еще несколько интересных и познавательныхфактов:
- Цемент — это ещё один компонент, который входит в силикатную промышленность. Самым распространённым считается портландцемент, который был изобретён и запатентован в Англии.
- Силикатная промышленность — это то направление, которое полностью отвечает за стекло. Сейчас существует множество интересных фактов, которые связаны со стеклом. Одним из них является то, что стекло используется абсолютно везде. Секрет его производства был открыт еще в древние времена в Египте.
- Стекло всегда ценилось и стоило дорого. Но с течением времени оно стало доступным и появилось огромное число разновидностей.
- Стекло имеет простой состав. Сюда обычно входит песок, известь, а также сода. Но в современном мире начали добавляться различные вещества, присадки, а также любые добавки для придания тех или иных характеристик.
- Стекло обычно плавится при температуре от 300 до 2000 градусов. Всё будет зависеть от состава.
- Существует несколько разновидностей, в число которых входит химическое, хрустальное, кварцевое стекло.
- Для того, чтобы сделать цветные стёкла, обычно добавляются оксиды металлов. Также сюда нужно отнести жидкое стекло, которое часто находит применение в строительной сфере. При добавлении такого компонента на ткани, а также любые деревянные изделия, они плохо загораются. Обычно жидким стеклом обрабатывают все компоненты, которые используются при изготовлении театральных декораций.
- В компоненты, которые изготавливаются на силикатной промышленности, можно отнести ещё и бисер.
Рис.20. Бисер
Как видно, такая промышленность на сегодняшний день оченьразнообразна и развивается в постоянном режиме. Именно поэтому, производствосиликатных изделий занимает отдельное место в жизни каждой страны. Такаяинформация обычно изучается ещё в школе, и обычно забывается. Сейчас вы сможетевосполнить пробелы, которые связаны с силикатной промышленностью и узнать ещёмного интересного.
Итак, вернемся к вопросу, который был вначале урока. Почему углерод называют биогенным элементом?
Таким образом, обобщим изученную тему и письменноответим на вопросы, представленные на слайде. Найдите правильный ответ изапишите на в тетрадях.
Проверьте, правильно ли ответили на вопросы ипоставьте сами себе оценку.
Итак, поднимитеруки, у кого «5»? «4»? «3»? «2»? Кто получил хорошие оценки – молодцы!
III. Проведемрефлексию
«Незаконченноепредложение»: Ребятам выскажите одним предложением,выбирая начало фразы на доске:
Сегодня науроке
Сегодняна уроке
• я узнал(а)…что бывает разные аллотропные модификации углерода
• былоинтересно…узнать, где применяются алмаз, графит, фуллерен и карбин
• былотрудно…записать строение атомов углерода и кремния
• я понял,что…такое аллотропия
• теперь я могу…назватьаллотропные модификации углерода.
Запишите домашнее задание в дневник, 1уровень для тех, кто получил «2» и «3» по тестам, 2 уровень – кто получил «3» и«4» по тестам, 3 уровень – у кого одни «5» по тестам.
Спасибо всем за урок, до свидания!
Вопросы для самоконтроля
1. Охарактеризуйтеугольную кислоту по известным вам классификационным признакам
2. Какможно объяснить изменение окраски лакмуса в растворе, полученном припропускании углекислого газа через воду?
3. Почемупри пропускании углекислого газа через известковую воду сначала происходитвыпадение осадка, а затем его растворение? Дайте аргументированный ответ,подтвердив его соответствующими уравнениями реакций.
4. Поясните,почему при нагревании раствора гидрокарбоната натрия выделяются пузырьки газа.
5. Предложитеспособ, с помощью которого можно распознать твёрдые карбонат аммония, карбонаткалия и карбонат кальция.
6. Какс помощью индикатора распознать растворы карбоната натрия, хлорида алюминия ихлорида натрия? Можно ли для этой цели использовать фенолфталеин? Дайтеаргументированный ответ
7. Поясните,на каком свойстве гидрокарбоната натрия основан способ его получения по методуСольве?
8. Назовитесырье силикатной промышленности
9. Назовитепродукты силикатной промышленности
10. Основнойнедостаток керамических изделий
11. Каковспособ увеличения прочности керамики
12. Назовитесоединения, используемые для окраски стекла
13. Назовитетемпературу плавления стекла
14. Назовитедобавки повышающие прозрачность стекла
Используемые источники:
2. Углерод. Химияуглерода и его соединений | CHEMEGE.RU
3. https://chemege.ru/silicium/#oxpoluch
4. http://profil.adu.by/mod/book/view.php?id=5396&chapterid=18073
7. https://foxford.ru/wiki/himiya/ugolnaya-kislota-i-ee-soli
8. https://kratkoe.com/silikatnaya-promyishlennost-soobshhenie
9. https://kratkoe.com/silikatnaya-promyishlennost-soobshhenie/
10. https://vivareit.ru/interesnye-fakty-o-silikatnoj-promyshlennosti/
11. https://100urokov.ru/predmety/uglerod-i-kremnij
12. https://nauka.club/khimiya/gidroksid-kremniya.html
