2015-03-07
907
Стекло. Состав обычного оконного стекла приближенно выражается формулой: Na2О • СаО • 6SіО2. Стекло добывают сплавом в специальных печах смеси соды Na2СО3, известняка СаСО3 и белого песка SіО2. Химизм процесса можно представить так: при сплаве образуются силикаты натрия и кальция:
Эти силикаты и кремнезем (его берут в избытке) сплавляют в массу, которая постепенно охлаждается: 
Стекло добывают плавлением в специальных печах смеси соды Na2СО3, известняка СаСО3 и белого песка SіО2. Химизм процесса можно представить так: при плавлении образуются силикаты натрия и кальция. Часто в производстве стекла соду заменяют сульфатом натрия и углем. В этом случае силикат натрия образуется по уравнению реакции:
Для изготовления специального стекла меняют состав исходной смеси. Заменяя соду Na2СO3 поташом К2СО3, получают тугоплавкое стекло (для химической посуды). Заменяя мел СаСО3 оксидом свинца (II) Рb, а соду поташом, добывают хрустальное стекло. Оно имеет большую способность и применяется для изготовления художественной посуды. Добавки оксидов металлов в исходной смеси придают стеклу различной окраски: оксид хрома (III) Сг2О3,- зеленого, оксид кобальта (II) СоО - синего, оксид марганца (IV) МпО2 - красновато-лилового и т. д. Стекло при повышении температуры постепенно размягчается и переходит в жидкое состояние. Обратный процесс также осуществляется постепенно - стеклянная масса загустевает по мере остывания. На этом свойстве стекла основывается формирование из него различных изделий. С помощью машин из стеклянной массы извлекают листовое стекло. Из стекла изготавливают волокна и ткани для технических нужд. Освоен выпуск стеклокристаллических материалов - ситалов, которые по сравнению со стеклом имеют большую прочность. Из них изготавливают электрические изоляторы, посуду и др.
Цемент. Обычный силикатный цемент, или портландцемент,- зеленовато-серый порошок, который при смешивании с водой затвердевает на воздухе (или в воде), превращаясь в камнеподобную массу. Обычно его добывают прокаливанием (1400-1600 °С) до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины.
Прокаливание осуществляется в специальных цилиндрических вращающихся печах. Испеченная зернистая масса, которая образуется, называется клинкером. Это полуфабрикат. Клинкер с соответствующими добавками размалывают до тонкого порошка в шаровых мельницах и получают окончательный продукт. В природе встречаются породы, которые содержат известняк и глину в соотношениях, необходимых для получения портландцемента, их называют мергелями.
Значительные залежи мергеля в районе Новороссийска; на их основе работают большие цементные заводы. Смесь сырья готовят и искусственным способом. Регулируя состав смеси, получают различные виды цемента - быстро затвердевая, морозостойкие, коррозионностойкие и др. Из смеси цемента, воды и наполнителей (песок, гравий, щебень, шлак) после их отверждения получают искусственный камень - бетон. Смесь этих материалов до затвердевания называется бетонной смесью. При затвердевании цементное тесто связывает зерна заполнителей. Твердение происходит даже в воде. Бетон со стальной арматурой (внутренним каркасом) называется железобетоном.
Бетон и железобетоны в значительных количествах идут на сооружение гидроэлектростанций, дорог, несущих конструкций зданий. Разработаны и изготавливаются также бетоны, в которых в качестве вяжущего используются органические полимеры или полимеры вместе с цементом. Это так называемые пластбетоны, которые имеют особые свойства. Производство стекла, цемента и керамики относится к силикатной промышленности, которая перерабатывает природные соединения кремния.
Контроль знаний:
1. Расскажите принцип действия огнетушителя, заполненного углекислотой.
2. Как распознать карбонатную кислоту?
3. Что такое железобетон? Где его применяют?
4. Что такое цемент?
5. Чем отличается алебастр от гипса? Из чего получают алебастр?
6. Объясните разницу между кварцевым и обычным стеклом? Для чего используют кварцевое стекло?
Литература:
| 6л.Химия (учебник), 10-11 кл. | Домбровський А.В., Лукашова Н.І. | Освита |
Срс 4
Тема:Металлические руды. Общие методы получения металлов. Металлы и сплавы в современной технике. Применение алюминия, железа и их сплавов. Развитие металлургических производств в Украине. Охрана окружающей среды во время производства и использования металлов.
Базовые термины и понятия: металлические руды и их месторождения, коррозия, сплавы, методы получения металлов, применение металлов и сплавов.
План:
1. Металлы и сплавы в современной технике. Металлические руды.
2. Общие методы получения металлов. Применение алюминия, железа и их сплавов.
3. Развитие металлургических производств в Украине.
4. Охрана окружающей среды во время производства и использования металлов.
Содержание:
1. Металлы и сплавы в современной технике. Металлические руды.
Характерной особенностью металлов является их способность образовывать друг с другом или с неметаллами сплавы. Чтобы получить сплав, смесь металлов обычно подвергают плавлению, а затем охлаждают с различной скоростью, что определяется природой компонентов и изменением характера их взаимодействия в зависимости от температуры. Иногда сплавы получают спеканием тонких порошков металлов, не прибегая к плавлению (порошковая металлургия). Итак, сплавы - это продукты химического взаимодействия металлов.
Кристаллическая структура сплавов во многом подобна чистым металлам, что, взаимодействуя друг с другом при плавлении и последующей кристаллизации, образуют:
а) химические соединения, называемые интерметалидами;
б) твердые растворы;
в) механическую смесь кристаллов компонентов.
Тот или иной тип взаимодействия определяется соотношением энергии взаимодействия разнородных и однородных частиц системы, т.е. соотношением энергий взаимодействия атомов в чистых металлах и сплавах.
Современная техника использует огромное число сплавов, причем в подавляющем большинстве случаев они состоят не из двух, а из трех, четырех и большего числа металлов. Интересно, что свойства сплавов часто резко отличаются от свойств индивидуальных металлов, который они образованы. Так, сплав, содержащий 50% висмута, 25% свинца, 12,5% олова и 12,5% кадмия, плавится всего при 60,5 градусах Цельсия, в то время как компоненты сплава имеют соответственно температуры плавления 271, 327, 232 и 321 градус Цельсия. Твердость оловянной бронзы (90% меди и 10% олова) втрое больше, чем у чистой меди, а коэффициент линейного расширения сплавов железа и никеля в 10 раз меньше, чем у чистых компонентов. Однако некоторой примеси ухудшают качество металлов и сплавов.
Известно, например, что чугун (сплав железа и углерода) не обладает той прочностью и твердостью, что характерны для стали. Кроме углерода, на свойства стали влияют добавки серы и фосфора, что увеличивает ее хрупкость. Среди свойств сплавов наиболее важными для практического применения являются жаропрочность, коррозионная стойкость, механическая прочность и др. Для авиации большое значение имеют легкие сплавы на основе магния, титана алюминия, для металлообрабатывающей промышленности - специальные сплавы, содержащие вольфрам, кобальт, никель. В электронной технике применяют сплавы, основным компонентом которых является медь. Сверхмощные магниты удалось получить, используя продукты взаимодействия кобальта, самария и других редкоземельных элементов, а с верх ведущие при низких температурах сплавы на основе интерметаллидов, образованных ниобием с оловом и др.
В большинстве случаев руды содержат различные примеси в виде песка, глины, известняка и т.п. Эти примеси называют пустой породой. Когда в руде много пустой породы, то есть когда руда является бедной на полезное вещество, такую руду подвергают обогащению, т.е. удаляют из нее часть пустой породы. Различные руды обогащают различными способами. Для обогащения сульфидных руд обычно применяют способ флотации (всплывания). При этом способе руду размалывают в
тонкий порошок и заливают в больших чанах водой. К воде добавляют определенные органические вещества (например, сосновое масло, высшие жирные кислоты и т.д.), молекулы которых хорошо адсорбируются частицами сульфидов, и покрывают их тонкой пленкой, вследствие чего они не смачиваются водой. Сквозь воду продувают воздух, пузырьки которого с маслом образуют пену, а также прилипают к частицам сульфидов, и они всплывают и собираются сверху вместе с пеной, а смоченные водой
частицы пустой породы оседают на дно (см. рис. Схема флотационного аппарата). Пену с сульфидами металлов сливают из чана и отжимают сульфиды. Так получают обогащенную полезную вещество руду.
Схема флотационного аппарата.
2. Общие методы получения металлов. Применение алюминия, железа и их сплавов.
Свободные металлы добывают из руд различными способами. Из оксидных руд металлы получают восстановлением их при высоких температурах. При этом как восстановитель чаще всего используют уголь (кокс) и монооксид углерода СО.
Например:
Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO ↑
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 ↑
SnO2 + C = Sn + CO2 ↑
2Cu2O + C = 4Cu + CO2 ↑
Иногда восстановителем служат активные металлы. Например, при извлечении хрома, бериллия, марганца и др. как восстановитель применяют алюминий (алюминотермия):
Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3
3MnO2 + 4Al = 3Mn + 2Al2O3
В некоторых случаях используют водород как восстановитель, в частности при извлечении молибдена, вольфрама, порошкообразного железа:
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
WO3 + 3H2 = W + 3H2O
Сульфидные руды сначала обжигают, переводя их в оксиды металлов, которые затем восстанавливают. Например:
2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2 ↑
PbO + C = Pb + CO ↑
Самые активные металлы - калий, натрий, кальций и др. - нельзя получить способом химического восстановления их соединений.
