Хімія. 10 клас  /  Зміст  /  Розділ 1. Неметалічні елементи та їх сполуки  /  Тема 1.15. Будівельні матеріали: скло, цемент, бетон та їхнє використання

Зміст:
  • Розділ 1. Неметалічні елементи та їх сполуки
    • Тема 1.15. Будівельні матеріали: скло, цемент, бетон та їхнє використання
      • Скло
      • Виробництво цементу
      • Бетон
      • Силікатна кераміка
      • Мій конспект до уроку
      • Перевірте свої знання
      • Додаткове завдання
    • Тестові завдання до теми «Неметалічні елементи та їх сполуки»

Скло

Для виготовлення скла використовують одну з форм Силіцій(IV) оксиду (SiO2) — пісок. Він є сировиною для одержання не тільки скла, а й для кераміки, цементу і багатьох інших будівельних матеріалів.

Скло — аморфна, зазвичай прозора речовина, яку одержують при охолодженні розплавів різного хімічного складу.

Аморфний стан, на відміну від кристалічного, характеризується відсутністю дальнього порядку в структурі. Тому аморфні речовини при нагріванні розм’якшуються й поступово перетворюються на рідину; вони не мають чітко визначеної температури плавлення, для таких тіл можна зазначити тільки інтервал температур, в якому відбувається їх розм’якшення.

Аморфна структура скла

Загальна формула скла — Ме2О • МеО • 6SiО2, де зазвичай Ме2О — це Na2O або K2O, МеО — CaO або PbO. Можуть використовуватися і оксиди інших металів.

Головна складова частка у склі — SiO2. Він складає 70—75 % за масою. Венеціанці для виготовлення скла застосовували чистий кварцевий пісок з ріки По, тоді як богемські склороби застосовували чистий кварц.

Другий компонент — CaO — робить скло хімічно стійким і посилює його блиск. Під час виробництва скла CaO застосовують у вигляді вапна. Давні єгиптяни отримували його з морських мушлей, тому що вапняк як сировина для виробництва скла ще не був відомий. Першими підмішувати в скляну масу крейду почали богемські склороби у XVII сторіччі.

Частка оксидів лужних металів — Na2O або K2O у склі складає приблизно 16—17 % за масою. Під час виробництва скла застосовують зазвичай Na2CO3 або K2CO3, які за високої температури розкладаються на оксиди. Спочатку ці речовини отримували з золи морських водоростей або букових і хвойних дерев.

Складові ретельно перемішують і нагрівають до 1500 °С. При цьому менш леткий оксид SiО2 витісняє більш леткий оксид CО2 з його солі:

Солі силікатної кислоти, що утворилися, — силікати Натрію і Кальцію — сплавляються з піском, який беруть у надлишку.

З найбільш поширених можна виділити три види скла:

  • Содово-вапнякове скло (Na2O : CaO : 6SiO2)
  • Калійно-вапнякове скло (K2O : CaO : 6SiO2)
  • Калійно-свинцове скло (K2O : PbO : 6SiO2)

Склад скла прийнято виражати умовними формулами, до яких входять тільки оксиди. Приблизний склад віконного (содово-вапнякового) скла: Na2O • CaO • 6SiO2. Це скло недороге і має відносно невисоку температуру розм’якшення.

Содово-вапнякове скло

Пляшкове скло ще дешевше; воно не таке чисте, оскільки розплавлена маса містить силікати Алюмінію й Феруму, які надають склу зеленого кольору.

Пляшкове скло

Якщо соду замінити на поташ K2CO3, вийде тугоплавке скло (хімічне, або калійно-вапнякове). Приблизний склад цього скла такий: K2O • CaO • 6SiO2. Його різновид — крон, що використовується в оптиці.

Якщо сировиною є поташ, плюмбум(II) оксид і пісок, то одержують кришталеве скло. Це скло має великий показник заломлення світлових променів й тому застосовується в оптиці для виготовлення лінз і призм. Із нього виготовляють також кришталевий посуд і художні вироби.

Кришталеве скло

Із чистого піску одержують кварцове скло. Із нього виготовляють лабораторний посуд — його можна розжарити, а потім опустити в холодну воду, і він при цьому не тріскається. Кварцове скло на відміну від звичайного пропускає ультрафіолетові промені, тому з нього виготовляють кварцові лампи, які використовуються в медицині.

Для одержання кольорового скла до сировини додають оксиди d-елементів. Наприклад, при додаванні кобальт(II) оксиду одержують синє скло, хром(III) оксиду — зелене, купрум(II) оксиду — синьо-зелене. Додаванням невеликої кількості дрібнодисперсного золота одержують рубінове скло.

Кольорове скло

Скляна мозаїка «Полтавська баталія». Виготовлена у XVIII ст. М. В. Ломоносовим, який розробив промислові методики одержання кольорового скла. Площа картини 42 м2.

Скляна мозаїка «Полтавська баталія»

Розплавлене скло при охолодженні твердіє не одразу, а поступово густішає, утворюючи спочатку в’язку масу. Завдяки цій властивості скло піддається формуванню — у розігрітому стані йому можна надати будь-якої форми. Для формування скляних виробів застосовують видування (пляшки, електролампи), пресування (ґудзики), прокатку (дзеркальне скло), витягування (листове скло, скляні трубки і палички).

Формування скляних виробів

Вироби зі скла

За хімічними властивостями скло — інертний матеріал. Воно стійке до хімічних впливів, тільки фторидна кислота HF і розплави гідроксидів лужних елементів руйнують скло. Для протравлювання скла найчастіше застосовують фторидну кислоту, а також газоподібний гідрогенфторид. Цим користуються для нанесення на скло різних малюнків і написів.

Глазурі — дуже легкоплавкі стекла, здебільшого безсилікатні (фосфатні, боратні).

Емалі — мутні, часто пофарбовані, легкоплавкі стекла. Їх наносять на поверхню металів і сплавів для захисту від корозії; так звані ювелірні емалі наносять на поверхню благородних металів, міді.

Художні емалі

Зі скляних ниток виробляють скловолокно і тканини. Скляні тканини застосовуються як тепло- та електроізолятори. Зі скловолокна і пластмас виготовляють склопластики, які за міцністю не поступаються сталі.

Вироби з скловолокна

Зміст | Лабораторна робота № 8 | Виробництво цементу | Вгору