2020-07-12
654
| Название минерала | Химическая формула (основной составной части) | Важнейшие месторождения |
| Известняк, мрамор, мел, ракушечник Гипс Фосфорит и апатит Доломит | CaCO3 CaSO4 • 2H2O Ca3(PO4)2 CaCO3 • MgCO3 | Широко распространен Широко распространен Широко распространен Широко распространен |
Кальций – углекислый
Карбонат кальция CaCO3 - одно из самых распространенных на Земле соединений. Минералы на основе CaCO3 покрывают около 40 млн. км2 земной поверхности. Мел, мрамор, известняки, ракушечники – все это CaCO3 с небольшими примесями, а кальцит чистый CaCO3.
Самый важный из этих минералов – известняк. Известняки есть практически везде. Ракушечники – известняки органического происхождения. Знаменитые Одесские катакомбы – это бывшие каменоломни, в которых добывали ракушечник. Из известняков главным образом сложены и западные склоны Урала.
В чистом виде известняки – белого или светло-желтого цвета, но примеси придают им более темную окраску. Известняк незаменим в производстве цемента, карбида кальция, соды, всех видов извести (гашеной, негашеной, хлорной), белильных растворов и многих других полезных веществ. Без известняка не обходится ни одно строительство. Во-первых, из него самого строят, во-вторых, из известняка делают многие строительные материалы.
Другая разновидность углекислого кальция – мел. Мел – это не только зубной порошок и школьные мелки. Его используют в бумажной и резиновой промышленности – в качестве наполнителя, в строительстве и при ремонте зданий – для побелки. При соприкосновении с кислотами мел «вскипает».
Третья разновидность карбоната кальция – мрамор – встречается реже. В строительстве мрамор (всех цветов и оттенков) используют не столько как конструкционный, сколько как облицовочный материал.
Доломит - важный огнеупорный материал и сырье для производства цемента.
Кальций – сернокислый
Сульфат кальция CaSO4 тоже широко распространен в природе. Известный минерал гипс – это кристаллогидрат CaSO4 • 2H2O. Как вяжущее, гипс используют уже много веков, чуть ли не со времен египетских пирамид. Но природному гипсу (гипсовому камню) несвойственна способность твердеть на воздухе и при этом скреплять камни. Это свойство гипс приобретает при обжиге. Если природный гипс прокалить при температуре не выше 180˚С, он теряет три четверти связанной с ним воды. Получается кристаллогидрат состава CaSO4 • 0,5H2O. Это алебастр, или жженный гипс, который используется в строительстве. Помимо вяжущих свойств у жженого гипса есть еще одно полезное свойство. Затвердевая, он немного увеличивается в объеме. Это позволяет получать хорошие слепки из гипса. В процессе твердения жженого гипса, смешанного с водой (гипсового теста), полторы молекулы воды, потерянные при обжиге, присоединяются, и снова получается гипсовый камень CaSO4 • 2H2O. Если обжиггипсового камня вести при температуре выше 500˚С, получается безводный сернокислый кальций – «мертвый гипс». Он не может быть использован в качестве вяжущего. «Оживить» мертвый гипс можно. Для этого нужно прокалить его при еще более высоких температурах – 900…1200˚С. Образуется так называемый гидравлический гипс, который, будучи замешанным с водой, вновь дает затвердевающую массу, очень прочную и стойкую к внешним воздействиям.
«Кипелка» и «пушонка»
Еще в I в.н.э. Диоскорид – врач при римской армии – в сочинении «О лекарственных средствах» ввел для оксида кальция название «негашеная известь», которое сохранилось и в наше время. Строители ее называют «кипелкой» - за то, что при гашении выделяется много тепла, и вода закипает. Образующийся при этом пар разрыхляет известь, она распадается с образованием пушистого порошка. Отсюда строительное название гашеной извести – «пушонка». Гашеная известь Ca(OH)2 – тонкий рыхлый порошок, обычно белого цвета. Поглощая углекислый газ из воздуха, гидроксид кальция превращается в карбонат кальция, проявляющий вяжущие свойства. В зависимости от количества воды, добавляемой к извести, гашение идет до получения пушонки, известкового теста, известкового молока или известковой воды. Все они нужны для приготовления вяжущих растворов.
+2 «Зеленая» химия» 11 класс
Кейс
Совершенно очевидно, что без достижений химии, т.е. без эффективных лекарств, строительных материалов, новых видов топлива, минеральных удобрений и средств защиты растений, современное общество обойтись не может. Однако, несмотря на очевидные заслуги химии в улучшении качества жизни человека, в обществе прогрессирует хемофобия – отрицательное отношение к химии и ее проявлениям. Такое отношение отчасти оправдано – оно вызвано коптящими заводскими трубами, ядовитыми выхлопными газами, низкокачественными пищевыми добавками, отравлением водоемов, техногенными катастрофами.
Что же необходимо сделать, чтобы максимально снизить нагрузку на окружающую среду и минимизировать плату за прогресс в химической промышленности?
Задания
1. Охарактеризуйте основные принципы «зеленой» химии. Какова их нравственная основа?
2. Прокомментируйте высказывание одного из основоположников «зеленой» химии Пола Анастаса о том, что лучшие химики занимаются «зеленой» химией, потому что «зеленая» химия – это просто часть занятий хорошей химией.
3. Приведите примеры используемых в промышленности каталитических процессов, позволяющих максимально снизить энергетические затраты. Составьте уравнения соответствующих реакций. Классифицируйте эти процессы с точки зрения возобновления ресурсов. Для процессов, использующих исчерпаемые ресурсы, предложите альтернативные способы получения продуктов, ориентированные на возобновляемое сырье.
4. Проанализируйте таблицу, в которой содержатся данные о количестве потерь на килограмм продукта - Е-фактор - в различных отраслях химической промышленности, и определите, какая из них является наиболее эффективной с точки зрения значения Е-фактора:
| Промышленность | Количество тонн продуктов | Соотношение, кг (Е) побочный продукт/нужный продукт |
| Нефтехимическая | 106-108 | -0,1 |
| Крупнотоннажная основная химия | 104-106 | <1 - 5 |
| Тонкая химия | 102-104 | 5 - 50 |
| Фармацевтическая | 101-103 | 25 - 100+ |
Как вы можете объяснить эти данные?
На основании уравнения реакции обжига пирита рассчитайте степень утилизации в этой стадии получения серной кислоты. Предложите и обоснуйте иные способы получения оксида серы (IV), имеющие оптимальные значения Е-фактора.
5. Используя различные информационные источники, в том числе Интернет, опишите, как достижения нанотехнологий позволят решить задачи, стоящие перед «зеленой» химией.
6. Спрогнозируйте и оцените возможности «зеленой» химии для устойчивого развития общества, а также экономические, социальные и иные проблемы, которые могут возникнуть в процессе реализации идей «зеленой» химии.
