Uzyskaj kwas krzemowy z tlenku krzemu. Tlenek krzemu (IV) i kwasy krzemowe. Właściwości chemiczne krzemu

Tlenek krzemu IV TU 6-09-3379-79

SiO2

Krzemionka (krzemionka, SiO2; łac. krzemionka) - tlenek krzemu (IV). Bezbarwne kryształy o temperaturze topnienia +1713...+1728°C, o dużej twardości i wytrzymałości.

Dwutlenek krzemu jest głównym składnikiem prawie wszystkich skał lądowych, w szczególności ziemi okrzemkowej. Krzemionka i krzemiany stanowią 87% masy litosfery. W ludzkiej krwi i osoczu stężenie krzemionki wynosi 0,001% wagowych.

Nieruchomości

• Należy do grupy tlenków kwasowych.
• Po podgrzaniu oddziałuje z podstawowymi tlenkami i zasadami.
• Reaguje z kwasem fluorowodorowym.
• SiO 2 należy do grupy tlenków tworzących szkło, to znaczy ma skłonność do tworzenia przechłodzonego stopu - szkła.
• Jeden z najlepszych dielektryków (prąd elektryczny nie przewodzi, jeśli nie ma zanieczyszczeń i nie nagrzewa się).

Wielopostaciowość

Dwutlenek krzemu ma kilka modyfikacji polimorficznych.

Najpowszechniejszy z nich na powierzchni ziemi - kwarc α - krystalizuje w trygonalnej syngonii. W normalnych warunkach dwutlenek krzemu występuje najczęściej w polimorficznej odmianie kwarcu α, który w temperaturach powyżej +573°C odwracalnie przekształca się w kwarc β. Wraz z dalszym wzrostem temperatury kwarc przechodzi w trydymit i krystobalit. Te polimorfy są stabilne w wysokich temperaturach i niskich ciśnieniach.

W przyrodzie występują również formy - opal, chalcedon, kwarcyt, lutecyt, kwarc autygeniczny, które należą do grupy krzemionek. Opal (SiO 2 *nH 2 O) w cienkim przekroju jest bezbarwny, izotropowy, ma ujemną rzeźbę, osadza się w zbiornikach morskich i wchodzi w skład wielu skał krzemionkowych. Chalcedon, kwarcyt, lutecyt - SiO 2 - to kryptokrystaliczne odmiany kwarcu. Tworzą włókniste agregaty, rozety, sferolity, bezbarwne, niebieskawe, żółtawe. Różnią się one między sobą niektórymi właściwościami - dla chalcedonu i kwarcynu - wygaszanie bezpośrednie, dla lutecytu - skośne, dla chalcedonu - wydłużenie ujemne.

W wysokiej temperaturze i ciśnieniu dwutlenek krzemu najpierw zamienia się w koezyt (który został zsyntetyzowany w 1953 roku przez amerykańskiego chemika Loringa Coesa), a następnie w stiszowit (który został zsyntetyzowany w 1961 roku przez S. M. Stishova, aw 1962 roku został odkryty w kraterze meteorytu ) [ źródło nieokreślone 2294 dni ] . Według niektórych badań stiszowit stanowi znaczną część płaszcza, więc pytanie, który typ SiO 2 występuje najczęściej na Ziemi, nie ma jeszcze jasnej odpowiedzi.

Ma również amorficzną modyfikację - szkło kwarcowe.

Właściwości chemiczne

Dwutlenek krzemu SiO 2 jest kwaśnym tlenkiem, który nie reaguje z wodą.

Chemicznie odporny na kwasy, ale reaguje z gazowym fluorowodorem:

i kwas fluorowodorowy:

Te dwie reakcje są szeroko stosowane do trawienia szkła.

Kiedy SiO 2 łączy się z alkaliami i tlenkami zasadowymi, a także z węglanami metali aktywnych, powstają krzemiany - sole bardzo słabych, nierozpuszczalnych w wodzie kwasów krzemowych o ogólnym wzorze xH 2 O ySiO 2, które nie mają stałego składu (dość często w literaturze wymienia się kwasy niekrzemowe, ale kwas krzemowy, chociaż tak naprawdę mówimy o tej samej substancji).

Na przykład ortokrzemian sodu można otrzymać:

metakrzemian wapnia:

lub mieszany krzemian wapnia i sodu:

Szkło okienne jest wykonane z krzemianu Na 2 CaSi 6 O 14 (Na 2 O·CaO·6SiO 2).

Większość krzemianów nie ma stałego składu. Spośród wszystkich krzemianów tylko krzemiany sodu i potasu są rozpuszczalne w wodzie. Roztwory tych krzemianów w wodzie nazywane są płynnym szkłem. Dzięki hydrolizie roztwory te charakteryzują się silnie zasadowym środowiskiem. Hydrolizowane krzemiany charakteryzują się tworzeniem nieprawdziwych, ale koloidalnych roztworów. Podczas zakwaszania roztworów krzemianów sodu lub potasu wytrąca się galaretowaty biały osad uwodnionych kwasów krzemowych.

Głównym elementem strukturalnym zarówno stałego dwutlenku krzemu, jak i wszystkich krzemianów jest grupa, w której atom krzemu Si jest otoczony czworościanem czterech atomów tlenu O. W tym przypadku każdy atom tlenu jest połączony z dwoma atomami krzemu. Fragmenty można łączyć ze sobą na różne sposoby. Wśród krzemianów, zgodnie z naturą wiązań w nich, fragmenty dzielą się na wyspy, łańcuchy, wstęgi, warstwowe, szkieletowe i inne.

Paragon

Syntetyczny dwutlenek krzemu otrzymuje się przez podgrzanie krzemu do temperatury +400 ... +500 ° C w atmosferze tlenu, podczas gdy krzem utlenia się do dwutlenku SiO2. Jak również utlenianie termiczne w wysokich temperaturach.

W warunkach laboratoryjnych syntetyczną krzemionkę można otrzymać przez działanie kwasów, nawet słabych kwasów octowych, na rozpuszczalne krzemiany. Na przykład:

kwas krzemowy natychmiast rozkłada się na wodę i SiO2, który wytrąca się.

Krzemionkę naturalną w postaci piasku stosuje się tam, gdzie nie jest wymagana wysoka czystość materiału.

Aplikacja

Dwutlenek krzemu jest stosowany w produkcji szkła, ceramiki, materiałów ściernych, wyrobów betonowych, do otrzymywania krzemu, jako wypełniacz w produkcji gumy, w produkcji krzemionkowych materiałów ogniotrwałych, w chromatografii itp. Kryształy kwarcu mają właściwości piezoelektryczne i dlatego są stosowany w radiotechnice, instalacjach ultradźwiękowych i zapalniczkach. Amorficzny nieporowaty dwutlenek krzemu stosowany jest w przemyśle spożywczym jako substancja pomocnicza E551, zapobiegająca zbrylaniu i zbrylaniu, w parafarmaceutykach (pasty do zębów), w przemyśle farmaceutycznym jako substancja pomocnicza (m.in. w większości Farmakopei), a także jako dodatek do żywności lub lek jako enterosorbent.

Sztucznie otrzymane warstwy dwutlenku krzemu są wykorzystywane jako izolator w produkcji mikroukładów i innych elementów elektronicznych.

Stosowany również do produkcji kabli światłowodowych. Czysta topiona krzemionka jest używana z dodatkiem niektórych specjalnych składników.

Włókno krzemionkowe jest również stosowane w elementach grzejnych papierosów elektronicznych, ponieważ dobrze wchłania płyn i nie zapada się pod wpływem nagrzania cewki.

Duże przezroczyste kryształy kwarcu są używane jako kamienie półszlachetne; bezbarwne kryształy nazywane są kryształami górskimi, fioletowe - ametystami, żółte - cytrynami.

W mikroelektronice dwutlenek krzemu jest jednym z głównych materiałów. Stosowany jest jako warstwa izolacyjna, a także jako powłoka ochronna. Otrzymywany w postaci cienkich warstw przez termiczne utlenianie krzemu, chemiczne osadzanie z fazy gazowej, rozpylanie magnetronowe.

Porowate krzemionki

Porowate krzemionki otrzymuje się różnymi metodami.

Silochrom otrzymuje się przez agregację aerosilu, który z kolei otrzymuje się przez spalanie silanu (SiH 4). Silochrom charakteryzuje się dużą czystością, niską wytrzymałością mechaniczną. Charakterystyczna wielkość powierzchni właściwej to 60-120 m²/g. Stosowany jako sorbent w chromatografii, wypełniacz kauczukowy, kataliza.

Żel krzemionkowy otrzymuje się przez suszenie żelu kwasu krzemowego. W porównaniu z silochromem ma mniejszą czystość, ale może mieć wyjątkowo rozwiniętą powierzchnię: zwykle od 300 m²/g do 700 m²/g.

Silikonowy aerożel składa się w około 99,8% z powietrza i może mieć gęstość do 1,9 kg/m³ (tylko 1,5 razy większą od gęstości powietrza).

Wstęp

Twoje mieszkanie jest w trakcie remontu i potrzebujesz kupić płytki ceramiczne. W sklepie, po długim sortowaniu różnych wariantów kształtów i kolorów, znalazłeś odpowiedni i idąc do kasy zerknąłeś na część opakowania z kafelkami, na których jest zapisany jego skład. Prawie wszystkie składniki są znane, ale jeden z nich Cię zaskoczył - tlenek krzemu. Naturalnie, będziesz chciał wiedzieć więcej na ten temat. Dziś postaram się zaspokoić Twoje zainteresowanie.

Krzem ma zmienną wartościowość, dlatego w chemii znane są dwa jego związki z tlenem. Dzisiaj rozważymy najwyższy tlenek krzemu, w którym ten ostatni ma wartościowość IV.

Nazwa

W różnych źródłach może być nazywany dwutlenkiem krzemu, krzemionką lub tlenkiem krzemu.

Nieruchomości

Jest to kwaśny tlenek, który ma naturalną twardość i wytrzymałość. Jeśli podgrzejesz go i dowolny tlenek alkaliczny/zasadowy, będą one oddziaływać ze sobą. Ten związek krzemu jest szkłotwórczy, czyli przechłodzony stop - można z niego otrzymać szkło.

Również (w czystej postaci) nie przepuszcza prądu (jest dielektrykiem). Tlenek krzemu ma atomową sieć krystaliczną. Jest odporny na kwasy, z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego i gazowego fluorowodoru. Produktami reakcji z tymi ostatnimi są fluorek krzemu i woda. Jeśli drugim odczynnikiem jest roztwór fluorowodoru, wówczas jego produktami będą kwas heksafluorokrzemowy i ta sama woda. Jeśli tlenek krzemu (IV) zostanie stopiony z alkalicznym / zasadowym tlenkiem / węglanem dowolnego aktywnego metalu, produktem reakcji będzie sól kwasów krzemowych - krzemian, z którego rozpuszczalne są tylko krzemiany potasu i sodu. Produkty interakcji któregokolwiek z tych ostatnich z wodą nazywane są płynnym szkłem. Mają silnie zasadowe środowisko, powodem tego jest hydroliza. Hydrolizowane krzemiany tworzą nieprawdziwe, ale koloidalne roztwory. Jeśli roztwory krzemianów potasu lub sodu są lekko utlenione, pojawi się galaretowaty biały osad, który jest uwodnionym kwasem krzemowym.

Paragon

W przemyśle tlenek krzemu otrzymuje się przez ogrzewanie krzemu w środowisku tlenowym. Utlenia się i tworzy pożądany produkt. Otrzymuje się go również przez utlenianie termiczne. W laboratorium tlenek krzemu otrzymuje się przez działanie dowolnych kwasów na rozpuszczalny krzemian, odpowiedni jest nawet słaby kwas octowy. Na przykład, jeśli połączysz go z krzemianem sodu, produktem reakcji będzie octan sodu i kwas krzemowy. Rozkład tego ostatniego nastąpi natychmiast, a produktami jego rozpadu będą woda i pożądany tlenek.

Aplikacja

Tlenek krzemu jest używany do produkcji szkła, ceramiki, materiałów ściernych, wyrobów betonowych i samego krzemu. Służy również jako wypełniacz w przemyśle gumowym. Kryształy amorficznej odmiany tlenku krzemu – szkła kwarcowego – mają właściwości piezoelektryczne, co wykorzystują twórcy radiotechniki, instalacji ultradźwiękowych i zapalniczek. Krzemiany i krzemionki stanowią prawie 90% masy litosfery. Również tlenek krzemu jest znany jako dodatek do żywności E551. To jest jego amorficzna, nieporowata odmiana. Zapobiega zbrylaniu i zbrylaniu się pokarmu, w farmacji jest stosowany jako zaróbka i lek enterosorbentny. Warstwy tego tlenku służą jako izolator podczas produkcji mikroczipów i innych elementów elektronicznych. Wykorzystywane są również do tworzenia kabli światłowodowych. A elementy grzejne elektronicznego papierosa nie byłyby możliwe bez włókna krzemionkowego.

Wniosek

Oto, jak szeroko stosuje się ten tlenek. I żeby to zobaczyć, nie trzeba biec do sklepu i z ciekawości patrzeć na cement i beton. Pod naszymi stopami znajduje się naturalny tlenek krzemu - to zwykły piasek. Okazuje się, że może się przydać.

Dla pierwiastka chemicznego o liczbie atomowej 14, który należy do IV grupy 3. okresu i III serii, możliwe jest utworzenie dwóch tlenków krzemu, składających się z dwóch pierwiastków Si i O:

• tlenek krzemu, w którym Si jest dwuwartościowy, wzór chemiczny tego tlenku można przedstawić jako SiO;
• Dwutlenek krzemu to krzem, w którym Si jest czterowartościowy, a jego wzór chemiczny zapisuje się jako SiO2.

Z wyglądu tlenek krzemu (IV) to przezroczyste kryształy. Gęstość SiO2 wynosi 2,648 g/cm³. Substancja topi się w zakresie temperatur od 1600 do 1725 °C, wrze w temperaturze 2230 °C.

Tlenek krzemu SiO2 jest znany ze swojej twardości i wytrzymałości od czasów starożytnych i najczęściej występuje w przyrodzie w kwarcu lub okrzemkach. Substancja posiada wiele modyfikacji polimorficznych, najczęściej występujących w dwóch postaciach:

• krystaliczny - w postaci naturalnego minerału kwarcu, a także jego odmian (chalcedon, kryształ górski, jaspis, agat, krzemień); kwarc jest podstawą, jest nieodzownym budulcem i surowcem dla przemysłu krzemianowego;
• amorficzny występuje w postaci naturalnego minerału opalu, którego skład można opisać wzorem SiO2. nH2O; ziemiste formy bezpostaciowego SiO2 to tripoli (mączka górska, ziemia okrzemkowa) lub diatomit; sztuczna amorficzna bezwodna krzemionka to żel krzemionkowy wytwarzany z metakrzemianu sodu.

Tlenek krzemu SiO2 jest tlenkiem kwasowym. To właśnie ten czynnik decyduje o jego właściwościach chemicznych.

Fluor reaguje z dwutlenkiem krzemu: SiO2 + 4F → SiF4 +O2 tworząc bezbarwny gaz czterofluorku krzemu i tlenu, podczas gdy inne gazy (halogeny Cl2, Br2, I2) reagują mniej aktywnie.

Tlenek krzemu IV reaguje z kwasem fluorokrzemowym: SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O. Ta właściwość jest wykorzystywana w przemyśle półprzewodnikowym.

Tlenek krzemu (IV) rozpuszcza się w gorącej stężonej lub stopionej alkalii, tworząc krzemian sodu: 2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O.

Dwutlenek krzemu reaguje z zasadowymi tlenkami metali (np. tlenkami sodu, potasu, ołowiu(II), cynku, czy mieszaniną tlenków stosowanych w produkcji szkła). Przykładem są reakcje tlenku sodu i SiO2, w wyniku których mogą powstać: ortokrzemian sodu 2Na2O + SiO2 → Na4SiO4, krzemian sodu Na2O + SiO2 → Na2SiO3, oraz szkło Na2O + 6SiO2 + XO → Na2O: XO: 6SiO2. Przykładami takiego szkła handlowego są szkło sodowo-wapniowe, szkło borokrzemianowe, szkło ołowiowe.

Dwutlenek krzemu oddziałuje z krzemem w wysokich temperaturach, w wyniku czego powstaje gazowy tlenek: Si + SiO2 → 2SiO.

Najczęściej tlenek krzemu SiO2 jest używany do produkcji pierwiastkowego krzemu. Proces oddziaływania z węglem elementarnym przebiega w wysokiej temperaturze w elektrycznym piecu łukowym: 2C + SiO2 → Si + 2CO. Jest dość energochłonny. Jednak jej produkt jest wykorzystywany w technologii półprzewodnikowej do produkcji (przekształcanie energii świetlnej w energię elektryczną). Czysty Si znajduje również zastosowanie w hutnictwie (do produkcji żaroodpornych i kwasoodpornych stali krzemowych). Otrzymany w ten sposób pierwiastkowy krzem jest niezbędny do uzyskania czystego dwutlenku krzemu, który ma ogromne znaczenie dla wielu gałęzi przemysłu. Naturalny SiO2 jest stosowany w postaci piasku w tych gałęziach przemysłu, gdzie nie jest wymagana jego wysoka czystość.

Przy wdychaniu drobno rozdrobnionego pyłu krystalicznego SiO2, nawet w bardzo małych ilościach (do 0,1 mg/m³), z czasem może rozwinąć się krzemica, zapalenie oskrzeli lub rak. Pył staje się niebezpieczny, gdy dostaje się do płuc, stale je drażniąc, zmniejszając w ten sposób ich funkcję. W organizmie człowieka tlenek krzemu w postaci cząstek krystalicznych nie rozpuszcza się przez klinicznie istotne okresy czasu. Efekt ten może stwarzać ryzyko choroby zawodowej dla osób pracujących ze sprzętem do piaskowania lub produktami zawierającymi proszek krzemionki krystalicznej. Dzieci, astmatycy w każdym wieku, alergicy i osoby starsze mogą zachorować znacznie szybciej.

Drugim przedstawicielem pierwiastków głównej podgrupy grupy IV (grupa IVA) układu okresowego D. I. Mendelejewa jest krzem Si.

W naturze krzem jest drugim najczęściej występującym pierwiastkiem chemicznym po tlenie. Ponad jedna czwarta skorupy ziemskiej składa się z jej związków. Najpopularniejszym związkiem krzemu jest tlenek krzemu (IV) SiO2, jego inna nazwa to krzemionka.

W naturze tworzy kwarc mineralny (ryc. 158), którego wiele odmian - kryształ górski i jego słynna purpurowa forma - ametyst, a także agat, opal, jaspis, chalcedon, karneol, są znane jako ozdobne i półszlachetne kamienie. Tlenek krzemu (IV) składa się również z piasku zwykłego i kwarcowego.

Ryż. 158.
Kryształy kwarcu zatopione w dolomicie

Spośród odmian minerałów opartych na tlenku krzemu (IV) (krzemień, chalcedon itp.) prymitywni ludzie wytwarzali narzędzia. To właśnie krzemień, ten nijakie i niezbyt trwały kamień, zapoczątkował epokę kamienia – epokę narzędzi krzemiennych (ryc. 159). Składają się na to dwie przyczyny: rozpowszechnienie i dostępność krzemienia, a także jego zdolność do tworzenia ostrych krawędzi tnących po rozdrobnieniu.

Ryż. 159.
Narzędzia z epoki kamienia

Drugim rodzajem naturalnych związków krzemu są krzemiany. Wśród nich najpowszechniejsze są glinokrzemiany (jest oczywiste, że te krzemiany zawierają pierwiastek chemiczny glin). Glinokrzemiany obejmują granit, różne rodzaje glinek, mikę. Krzemianem bezaluminium jest np. azbest, z którego wykonuje się tkaniny ogniotrwałe.

Tlenek krzemu (IV) SiO 2 jest niezbędny do życia roślin i zwierząt. Daje siłę łodygom roślin i osłonom ochronnym zwierząt (ryc. 160). Dzięki niemu trzciny, trzciny i skrzypy stoją mocne jak bagnety, ostre liście turzycy tną jak noże, ściernisko na skoszonym polu kłuje jak igły, a łodygi zbóż są tak mocne, że nie pozwalają łanowi na polach leżeć z deszcz i wiatr. Łuski ryb, skorupy owadów, skrzydła motyli, ptasie pióra i futro zwierząt są mocne, ponieważ zawierają krzemionkę.

Ryż. 160.
Tlenek krzemu (IV) nadaje siłę łodygom roślin i osłonom ochronnym zwierząt

Związki krzemu nadają gładkość i wytrzymałość ludzkim włosom i paznokciom.

Krzem jest również częścią niższych organizmów żywych - okrzemek i radiolarianów, najdelikatniejszych bryłek żywej materii, które tworzą niezrównane piękno szkieletów z krzemionki (ryc. 161).

Ryż. 161.
Szkielety okrzemek (a) i radiolarianów (b) zbudowane są z krzemionki

właściwości krzemu. Korzystasz z mikrokalkulatora zasilanego energią słoneczną i dzięki temu masz pojęcie o krzemie krystalicznym. To jest półprzewodnik. W przeciwieństwie do metali, jego przewodność elektryczna wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Na satelitach, statkach kosmicznych, stacjach i dachach (ryc. 162) instalowane są panele słoneczne, które przekształcają energię słoneczną w energię elektryczną. Pracują w nich kryształy półprzewodnikowe, a przede wszystkim krzem. Krzemowe ogniwa słoneczne mogą przekształcić do 10% pochłoniętej energii słonecznej w energię elektryczną.

Ryż. 162.
Bateria słoneczna na dachu domu

Krzem spala się w tlenie, tworząc znany Ci już tlenek krzemu (IV):

Będąc niemetalem, po podgrzaniu krzem łączy się z metalami, tworząc krzemki, na przykład:

Krzemki łatwo rozkładają się pod wpływem wody lub kwasów i uwalnia się gazowy związek wodoru krzemu, silan:

W przeciwieństwie do węglowodorów, silan zapala się samoistnie w powietrzu i spala się, tworząc tlenek krzemu (IV) i wodę:

Większą reaktywność silanu w porównaniu z metanem CH 4 tłumaczy fakt, że rozmiar atomu krzemu jest większy niż atom węgla, dlatego wiązania chemiczne Si-H są słabsze niż wiązania C-H.

Krzem oddziałuje ze stężonymi wodnymi roztworami zasad, tworząc krzemiany i wodór:

Krzem otrzymuje się przez redukcję go z tlenku krzemu (IV) magnezem lub węglem:

Tlenek krzemu (IV) lub dwutlenek krzemu lub krzemionka SiO 2, podobnie jak CO 2, jest tlenkiem kwasowym. Jednak w przeciwieństwie do CO2 nie ma molekularnej, ale atomowej sieci krystalicznej. Dlatego SiO 2 jest substancją stałą i ogniotrwałą. Nie rozpuszcza się w wodzie i kwasach, z wyjątkiem, jak wiadomo, fluorowodoru, ale oddziałuje w wysokich temperaturach z zasadami, tworząc sole kwasu krzemowego - krzemiany:

Krzemiany można również otrzymać przez stopienie tlenku krzemu (IV) z tlenkami lub węglanami metali:

Krzemiany sodu i potasu nazywane są szkłem rozpuszczalnym. Ich wodnymi roztworami są dobrze znane kleje krzemianowe.

Z roztworów krzemianów pod wpływem silniejszych kwasów - chlorowodorowego, siarkowego, octowego, a nawet węglowego, otrzymuje się kwas krzemowy H 2 SiO 3 (ryc. 163):

Ryż. 163. Jakościowa reakcja na jon krzemianowy

Dlatego H 2 SiO 3 jest bardzo słabym kwasem. Jest nierozpuszczalny w wodzie i wytrąca się z mieszaniny reakcyjnej w postaci galaretowatego osadu, czasami zwartie wypełniając całą objętość roztworu, zamieniając go w półstałą masę, podobną do galaretki, galaretki. Po wyschnięciu tej masy powstaje wysoce porowata substancja - żel krzemionkowy, który jest szeroko stosowany jako adsorbent - pochłaniacz innych substancji.

Eksperyment laboratoryjny nr 40
Otrzymywanie kwasu krzemowego i badanie jego właściwości

Aplikacja silikonu. Wiesz już, że krzem służy do otrzymywania materiałów półprzewodnikowych, a także stopów kwasoodpornych. Podczas stapiania piasku kwarcowego z węglem w wysokich temperaturach powstaje węglik krzemu SiC, który pod względem twardości ustępuje jedynie diamentowi. Dlatego służy do ostrzenia frezów obrabiarek i polerowania kamieni szlachetnych.

Stopiony kwarc jest używany do produkcji różnych chemicznych wyrobów kwarcowych, które mogą wytrzymać wysokie temperatury i nie pękają po nagłym schłodzeniu.

Związki krzemu służą jako podstawa do produkcji szkła i cementu.

Zwykłe szkło okienne ma skład, który można wyrazić wzorem Na 2 O CaO 6SiO 2 . Uzyskuje się go w specjalnych piecach szklarskich poprzez stapianie mieszaniny sody, kamienia wapiennego i piasku.

Charakterystyczną cechą szkła jest zdolność do mięknięcia iw stanie stopionym przybierania dowolnego kształtu, który jest zachowany po zestaleniu się szkła. Na tym opiera się produkcja zastawy stołowej i innych wyrobów szklanych.

Różne dodatki nadają szkłu dodatkowe właściwości. Tak więc, wprowadzając tlenek ołowiu, uzyskuje się szkło kryształowe, tlenek chromu barwi szklaną zieleń, tlenek kobaltu niebieski itp. (ryc. 164).

Ryż. 164.
Wyroby ze szkła kolorowego

Szkło jest jednym z najstarszych wynalazków ludzkości. Już 3-4 tysiące lat temu produkcja szkła rozwijała się w Egipcie, Syrii, Fenicji i regionie Morza Czarnego.

Szkło to materiał nie tylko dla rzemieślników, ale także dla artystów. Mistrzowie starożytnego Rzymu osiągnęli wysoką doskonałość, umieli pozyskiwać kolorowe szkło i tworzyć z niego mozaiki.

Ryż. 165.
Witraże w witrażach katedry Notre Dame w Chartres

Dzieła sztuki wykonane ze szkła są nieodzownymi atrybutami każdego dużego muzeum, a kolorowe witraże kościołów, panele mozaikowe są tego żywym przykładem (ryc. 165). W jednym z pomieszczeń petersburskiego oddziału Rosyjskiej Akademii Nauk znajduje się mozaikowy portret Piotra I, wykonany przez M. W. Łomonosowa (ryc. 166).

Ryż. 166.
Mozaikowy portret Piotra I

Zakres szkła jest bardzo szeroki. To jest okno, butelka, lampa, szkło lustrzane; szkło optyczne - od okularów okularowych po okulary do aparatów fotograficznych; soczewki niezliczonych przyrządów optycznych - od mikroskopów po teleskopy.

Innym ważnym materiałem pochodzącym ze związku krzemu jest cement. Uzyskuje się go poprzez spiekanie gliny i kamienia wapiennego w specjalnych piecach obrotowych.

Po zmieszaniu proszku cementowego z wodą powstaje pasta cementowa lub, jak to nazywają budowniczowie, „zaprawa cementowa”, która stopniowo twardnieje. Po dodaniu piasku lub tłucznia do cementu otrzymuje się beton jako wypełniacz. Wytrzymałość betonu wzrasta, jeśli zostanie do niego wprowadzona żelazna rama - uzyskuje się żelbet, z którego wykonane są panele ścienne, bloki podłogowe, kratownice mostowe itp.

Przemysł krzemianowy zajmuje się produkcją szkła i cementu. Produkuje również ceramikę silikatową - cegłę, porcelanę (ryc. 167), fajans i wyroby z nich wykonane.

Ryż. 167.
Porcelana

Odkrycie krzemu. Chociaż już w starożytności ludzie szeroko stosowali związki krzemu w życiu codziennym, sam krzem po raz pierwszy otrzymał w 1824 r. szwedzki chemik J. J. Berzelius. Jednak 12 lat wcześniej krzem uzyskali J. Gay-Lussac i L. Tenard, ale był on bardzo zanieczyszczony.

Łacińska nazwa silicium pochodzi od łacińskiego słowa silex – „krzemień”. Rosyjska nazwa „krzem” pochodzi od greckiego kremnos – „klif, skała”.

Nowe słowa i pojęcia

1. Naturalne związki krzemu: krzemionka, kwarc i jego odmiany, krzemiany, glinokrzemiany, azbest.
2. Biologiczne znaczenie krzemu.
3. Właściwości krzemu: półprzewodnik, oddziaływanie z tlenem, metalami, alkaliami.
4. Krzemowodór.
5. Tlenek krzemu (IV). Jego budowa i właściwości: oddziaływanie z alkaliami, zasadowymi tlenkami, węglanami i magnezem.
6. Kwas krzemowy i jego sole. Rozpuszczalne szkło.
7. Zastosowanie krzemu i jego związków.
8. Szkło.
9. Cement.

Zadania do samodzielnej pracy