Учителю
Конспект урока химии по теме 'Кремний - элемент исключительного значения'

Конспект урока химии по теме 'Кремний - элемент исключительного значения'

Автор публикации: Золотарева Т.Г.

Дата публикации: 08.01.2016

Краткое описание:

предварительный просмотр материала

Регламентированная дискуссия: «Кремний - элемент исключительного значения».

Урок из раздела: «Химия неметаллов»

9 класс, МБОУ ССШ № 7 городского округа - город Камышин Волгоградской области.

Учитель химии Золотарева Татьяна Генриховна.

Данный урок расширяет знания обучающихся о соединениях кремния. Способствует формированию УУД в соответствии с требованиями ФГОС второго поколения. Ребята в ходе исследования применяют знания, полученные на уроках химии, биологии, экологии, географии в повседневной жизни, обретают умения вести дискуссию, отстаивать свою точку зрения и другие.

Дидактические цели:

Развитие умений отбора необходимых знаний из большого объема информации, умений анализировать и делать выводы из совокупности фактов;
Систематизирование и расширение знаний учащихся по теме «Кремний», расширение здоровьесберегающей составляющей раздела «Химия неметаллов».
Определение своей гражданской позиции по обсуждаемым вопросам в рамках заданной проблемы.

Методические задачи:

Формирование умения вести дискуссию, умения оперировать фактами, обобщения и прогнозирования, обоснованности отстаивания своей собственной точки зрения;
Развитие интереса к предмету химия через объединение знаний по органической и неорганической химии, межпредметных связей с биологией, экологией и другими предметами;
Совершенствование навыка самостоятельной работы с дополнительной литературой, материалами музея «Минералогии» и сети Интернет и использовании данных навыков в жизни.

Оборудование:

Мультимедийный проектор, компьютер, прибор для проведения химических экспериментов, Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева.

Реактивы: растворы силиката калия и серной кислоты.

Ход урока.

Ориентировочно-мотивационный этап.

Учитель химии. Здравствуйте ребята! Добрый день коллеги и гости нашего класса. Мы рады приветствовать вас в стенах экологической школы № 7. Сегодня мы присутствуем на необычном уроке, к которому мы готовились не один день.

Ребята давайте определимся с темой урока. Для этого закончите предложения, начиная каждый, новый ответ заглавной буквой с красной строки и самостоятельно сформулируйте тему урока.

Положительно заряженный ион…
Элемент V периода, 1-ой группы главной подгруппы периодической системы химических элементов, щелочной металл…
Лантаноид с порядковым номером 63…
Автор периодического закона…
Вещества, которые не проводят электрический ток…
Частица, несущая заряд…
Твердое вещество серого цвета, галоген…

Ответы:

Учитель химии. Речь пойдет об элементе, которого много в природе, фактически его соединения составляют твердые компоненты неживой природы.

Ученики отвечают, что речь на уроке пойдет о кремнии.

Учитель химии. Известный ученый (В.И.Вернадский) писал: «Кремний вырисовывается в мироздании как элемент, обладающий исключительным значением». Ребята давайте попробуем сформулировать тему урока.

Ученики произносят варианты и останавливаются на теме «Кремний - элемент исключительного значения»

Учитель помогает и дополняет, и как вы, наверное, уже поняли наш урок из раздела «Химия неметаллов». На уроке мы будем говорить о кремнии и его соединениях, биологическом значении и применении соединений кремния. Давайте попробуем обосновать гипотезу, что кремний имеет исключительное значение и доказать, что то без него жизнь на Земле невозможна.

Ведущий ученик. Человечество всегда волновало его будущее. Мы хотим жить здорово и счастливо. А передовые умы человечества работают над воплощением этой идеи в жизнь. Чего же не хватает современному человеку для того, чтобы быть здоровым и счастливым. Ответ на этот вопрос неоднозначен. Но точно можно сказать, что кремний - элемент жизни. Нормальное его содержание в организме человека - естественный ключ к здоровью.

Немного истории: в 1912 году немецкий врач Кюн установил, что соединения кремния способны препятствовать развитию атеросклероза. В 1957 году французские ученые М. Лепгер и Ж. Леягер описали факты, подтверждающие, что при атеросклерозе у больных людей, как правило, очень низкое по сравнению со здоровыми, содержание кремния в тканях, составляющих стенки сосудов. Они же экспериментально подтвердили, что введение в организм соединений кремния останавливает развитие атеросклероза и помогает восстановить нормальную чистоту и функции стенок сосудов. Удивительные выводы об изменении стенок сосудов при поражении их атеросклерозом сделали советские ученые М. Г. Воронков и И. Г. Кузнецов. При дефиците кремния в крови, содержание его в стенках сосудов уменьшается. А кремний, обеспечивающий эластичность стенок сосудов и способный отвечать на команды мозга к расширению или сужению сосудов, замещается кальцием. Согласно выводам биохимиков, кремний используется в организме человека восьмикратно, участвуя в различных промежуточных реакциях, как катализатор, "энергодатель", обеспечивая жизнь. После восьмикратного использования кремний выводится. Если в организме содержание кремния не пополняется за счет пищи и воды, жизнь затухает в нем. Недостаток кремния в пище и в воде - серьезный этиологический фактор для развития многих болезней, в первую очередь - болезней сосудов, атеросклероза. Значит, атеросклероз и как следствие его - инсульт и инфаркт - естественный результат дефицита кремния в организме.

Учитель химии. Так ли все серьезно и можно ли считать кремний элементом исключительного значения? Ответить на эти вопросы мы попробуем сегодня на уроке. Для проведения урока выбрана необычная форма - регламентированная дискуссия.

Правила регламентированной дискуссии:

Каждый ученик дискуссии имеет право на личную точку зрения. Чужое мнение также нужно уважать.
Необходимо соблюдать регламент выступлений

А. ответ на вопрос задания - 5 минут

Б. постановка дополнительных вопросов - 1 минута

В. возражения - 3 минуты.

Г. выступление по вопросу задания - 10 минут

Группа имеет право:

А. ответить по заданию - 1 раз

Б. ответить на дополнительный вопрос - 1 раз

В. задать дополнительный вопрос - 3 раза

Г. высказать возражение - 1 раз

Нормы поведения

А. один говорит - все слушают

Б. говорящего выкриками не перебивать

В. слово ведущего - закон

Г. высказывания должны быть корректными.

В регламентированной дискуссии оценивается все: регламент, поведение, полнота ответа, умение вести дискуссию.
Выше всего ценится сотрудничество, инициатива и взаимодействие.

При подготовке к уроку учащиеся были разделены на группы «Химики», «Биологи», «Экологи», «Экономисты» и «Домохозяйки». В каждой группе - две подгруппы оппонентов, которые рассуждают над достоинствами и недостатками высказанных гипотез и рассуждений. Четыре ученика выступают в роли экспертов. Они приготовили презентации по темам: «Кремний и его соединения», «Силикатная промышленность», «Биологическое значение кремния», «Кремний в природе» ( в данной презентации используются материалы из школьного музея «Минералогии»). Остальные ребята - группа «Социологов» подводит итог дискуссии, проанализировав работу групп и экспертов.

Ведущий ученик. Какие цели и задачи нами определены:

Цель: Развитие умений отбора необходимых знаний, умений анализировать и делать выводы по совокупности фактов, используя различные источники информации по заданной теме.

Задачи:

Формирование умения вести дискуссию, умения оперировать фактами, обобщения и прогнозирования, обоснованности отстаивания своей собственной точки зрения;
Развитие интереса к предмету химия через формирование межпредметных связей с биологией, экологией и другими предметами;
Совершенствование навыка самостоятельной работы с дополнительной литературой и сети Интернет и использовании данных навыков в жизни.

Операционно-исполнительский этап.

Учитель химии. Слово предоставляется эксперту № 1 «Кремний и его соединения». По окончании выступления учитель проводит эксперимент, в ходе которого образуется кремниевая кислота и показывает образцы силикагеля, который получают на ее основе.

Учитель химии объявляет физкультминутку

А теперь давайте немного отдохнем. Можно использовать рекомендованные упражнения:

1. И.п. - стоя или сидя, руки на поясе. 1 - правую руку вперед, левую вверх. 2 - переменить положения рук. Повторить 3 - 4 раза, затем расслабленно опустить вниз и потрясти кистями, голову наклонить вперед. Темп средний.

2. И.П. - стоя или сидя, кисти тыльной стороной на поясе. 1 - 2 - свести локти вперед, голову наклонить вперед. 3 - 4 - локти назад, прогнуться. Повторить 6 - 8 раз, затем руки вниз и потрясти расслабленно. Темп медленный.

Затем выступает эксперт № 2 «Биологическое значение кремния». По окончании его выступления в группах проводится дискуссия. Учитель следит за соблюдением правил дискуссии.

Эксперты № 3,4 выступают по темам «Силикатная промышленность», «Кремний в природе». После их выступлений дискуссия продолжается.

Итоги дискуссии проводит группа «Социологов».

Рефлексивно-оценочный этап.

Учитель химии. Невозможно не согласиться со сказанным.

Мы должны знать, какое огромное значение в природе и жизни играет кремний? Если мы считаем себя образованными, воспитанными и культурными людьми мы должны заботиться о своем здоровье и здоровье близких нам людей. И в этом состоит наша гражданская позиция.

Но работа наша еще не окончена. Мы решили продолжить ее в следующем учебном году. Нас интересует использование кремния как полупроводника, хотелось бы узнать, что такое силикон и где он применяется, поэтому мы продолжим нашу работу по изучению элемента кремния и его соединений.

Выставление отметок проводится с учетом мнения приглашенных учителей. Оценивается работа в группе и отдельно работа экспертов. Старшие группы вносят коррективы, касающиеся индивидуального участия каждого участника группы. После чего учитель объявляет окончательные результаты. Каждый ученик получает оценку своей работе на уроке.

Заключительное слово учителя.

Ребята мы с вами плодотворно потрудились сегодня, выполнили все поставленные задачи, и мне хотелось бы услышать ваше мнение об уроке, придерживаясь формы неоконченное предложение:

- Сегодня на уроке я ...

- Самым полезным интересным для меня было ...

- Я не умел. А теперь умею…

- В течение урока я работал ...

После выступлений ребят, учитель предлагает высказать свое мнение всем желающим.

4. Домашнее задание: Параграф 31, задания 3,4.

Фото на память.

Технологическая карта урока химии по теме

«Кремний - элемент исключительного значения»

Основная тема: «Кремний - элемент исключительного значения»

Предмет

Химия

Класс

9 класс

Цели:

Развитие умений отбора необходимых знаний из большого объема информации, умения анализировать и делать выводы из совокупности фактов;
Систематизирование и расширение знаний учащихся по теме «Кремний», расширение здоровьесберегающей составляющей раздела «Химия неметаллов».
Определение своей гражданской позиции по обсуждаемым вопросам в рамках заданной проблемы.

Задачи:

Формирование умения вести дискуссию, умения оперировать фактами, обобщения и прогнозирования, обоснованности отстаивания своей собственной точки зрения;
Развитие интереса к предмету химия через объединение знаний по органической и неорганической химии, межпредметных связей с биологией, экологией, географией и другими предметами;
Совершенствование навыка самостоятельной работы с дополнительной литературой и сети Интернет и использовании данных навыков в жизни.

Планируемые образовательные результаты

Предметные:

Научиться перечислять, выделять особенности веществ образованных кремния

Метапредметные УУД.

Познавательные: уметь читать химический текст и отвечать на вопросы к тексту, уметь логически рассуждать и анализировать материалы презентаций и сообщений, преобразовывать информацию из одной формы в другую, структурировать материал.

Коммуникативные: формировать навыки учебного сотрудничества в ходе регламентированной дискуссии, добывать недостающую информацию с помощью вопросов (познавательная инициативность).

Регулятивные: владение контроля и оценки своей деятельности.

Личностные УУД.

Наличие мотивации к обучению и целенаправленной познавательной деятельности, направленной на изучение веществ, имеющих в составе кремний.

Решаемые учебные проблемы

Каковы особенности строения атома кремния, его простых и сложных веществ? Каковы области применения и биологическое значение соединений кремния? Почему Вернадский назвал кремний элементом исключительного значения?

Основные понятия, изучаемые на уроке

Простое вещество кремний, кремнезем, силикатная промышленность. Силикагель.

Вид используемых на уроков ИКТ

Работа с интерактивной доской, электронным приложением. Представление мультимедийных презентаций.

Тип урока

Урок комбинированный

Технологии

Здоровьесбережения, проблемного обучения, развивающего обучения, поискового обучения

Образовательные интернет-ресурсы

drofa.ru
school-collection.edu.ru

Оборудование

Учебники, Интерактивная доска, электронное приложение, презентации и сообщения, модели, прибор для проведения химических экспериментов, Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева.

Реактивы

Растворы серной кислоты и силиката калия

Организационная структура урока

1. Этап. Мотивация к учебной деятельности.

Этап предполагает осознанное вхождение учащегося в пространство учебной деятельности. С этой целью организуется его мотивирование к учебной деятельности на уроке. Основные задачи учителя: планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками.

2. Этап. Знакомство с правилами регламентированной дискуссии

Основные задачи учителя: познакомить обучающихся с правилами дискуссии.

Деятельность учителя:

Раздает напечатанные правила.

Деятельность учащихся:

Изучают правила дискуссии

3. Этап. Определение темы урока. Целеполагание.

Формулирование темы урока.

Постановка практических частных познавательных задач.

Учитель должен: формировать рефлексивных умений, определять границу между знанием и незнанием.

Учитель задает наводящие вопросы по теме.

Какова тема урока?
Какие цели будем решать?

Нам необходимо узнать

Каковы особенности строения атома кремния, простых и сложных веществ кремния? Каковы области применения и биологическое значение соединений кремния? Почему Вернадский назвал кремний элементом исключительного значения?

Учащиеся: пытаются сформулировать тему урока.

4. Этап. Планирование деятельности.

Задачи учителя: определение содержания и последовательность действия для решения поставленной задачи.

Учащиеся в коммуникативной форме обдумывают учебные действия:

согласовывают тему урока;
ставят пред собой учебные цели (учитель записывает тему и цели на доске)
выбирают способ;
строят план достижения цели;
определяют средства, ресурсы.

Воспитание культуры делового общения, положительного отношения учеников к мнению одноклассников.

5. Этап. Открытие нового знания. Учебно - познавательная деятельность.

- Развитие способности извлекать информацию из различных ресурсов и презентовать ее

- Формирование способности определять содержание для решения задачи.

Овладение приемами самоконтроля.
Воспитание культуры делового общения, положительного отношения к мнению партнера и одноклассников.
Оказывать и принимать помощь.

Учитель:

Побуждение к теоретическому объяснению фактов.

Побуждение к смысловому чтению

Стимуляция в исследовательской деятельности.
Создание ситуации успеха.
Предложение ученикам рассказывать о результатах выполнения задания, чтобы развивалась речь.

Учащиеся:

В роли экспертов презентуют заранее подготовленный материал.
В группах химиков, биологов, экологов, экономистов и домохозяек анализируют представленный экспертами материал.
В роли социологов анализирует работу групп, оценивают правильность своих выводов.
Вступают в диалог (пассивно или активно).

Физ. Минута.

Учитель:

Динамическая пауза: использование физических упражнений для снятия напряжения с плечевого пояса и улучшения мозгового кровообращения.

Можно использовать рекомендованные упражнения:

Учащиеся:

Выполняют упражнения.

6. Этап: Рефлексия (итог урока)

Формировать способности объективно оценивать меру своего продвижения к цели урока.

Учитель:

Предлагает вспомнить тему и задачи урока.
Предлагает сделать вывод, насколько наша деятельность соответствовала теме урока.

- участвуют в проведении рефлексии

Ученики:

Называют тему и задачи урока.
Отмечают наиболее трудные этапы урока.
Высказывать оценочные суждения о работе партнера.
Определяют степень совместного продвижения к цели.
Отмечают успешные ответы, интересные вопросы.

Закончите предложения:

- Сегодня на уроке я ...

- Самым полезным интересным для меня было ...

- Я не умел. А теперь умею…

- В течение урока я работал ...

7. Этап: Домашнее задание.

Параграф 31, задания 3,4.

Учитель

Задает задание.

Учащиеся

Записывают в дневник

Приложение 1.

Силикатная промышленность

Кремний и его соединения.
Кремний - ведущий современный полупроводниковый материал, который широко применяется в электронике, в электротехнике для изготовления интегральных схем, диодов, транзисторов, тиристоров, фотоэлементов и т. д. Технический кремний - легирующий компонент в производстве стали (например, трансформаторная сталь), а также в цветной металлургии (кремневые бронзы).
Природные соединения кремния обычно представляют собой производные не метакремниевой, а группы так называемых п о л и к р е м н е в ы х к и с л о т. Состав этих кислот в общем виде mSiO2. nH2O, где n и m целые числа. K природным силикатам относятся полевые шпаты, слюда, глины, асбест и др. Состав этих минералов сложен. Для удобства их часто условно выражают как соединения оксидов, например: Ортоклаз (минерал из группы
полевых шпатов)…………………… K2 Al2Si6O16 = K2O. Al2O3. 6SiO2
Слюда (мусковит)………………………………KH2Al3(SiO4)3 или K2O. 3Al2O3. 6SiO2. 2H2O
Каолин (белая глина)…………………………..H4Al2Si2O9=Al2O3. 2SiO3. 2H2O
Асбест ………………………………………….H4Mg3Si2O9=3MgO. 2SiO2. 2H2O
Наибольшее распространение в природе имеют силикаты, содержащие алюминий и называемые а л ю м о с и л и к а т а м и. Как показывают форумы приведенных выше минералов, к числу алюмосиликатов принадлежит слюда, ортоклаз и др.
Моноксид кремния - вещество темно-коричневого цвета. При высокой температуре в результате самоокисления-самовосстановления распадается на Si и SiO2 (реакция диспропорционирования). Вообще же SiO легко окисляется до SiO2. Используя эту реакцию, искусственно получают тончайшие кварцевые прозрачные покрытия - при обработке препаратов для электронной микроскопии, для поверхностных покрытий алюминиевых зеркал.
Если студень кремневой кислоты частично обезводить, то образуется твердая белая, очень пористая масса, обладающая большой адсорбционной способностью. Этот продукт под названием с и л и к а г е л я имеет разнообразное применение в промышленности: для улавливания газов, водяных паров, для отчистки нефти, керосина. Наконец, крупнопористый силикагель - незаменимый носитель для многих катализаторов. При полном высушивании и прокаливании кремневой кислоты образуется кремневый ангидрид SiO2.
Кремневые кислоты с большой степенью конденсации сравнительно устойчивы. Но и выделять их в индивидуальном состоянии химики еще не научились. В быту и промышленности используется смесь этих кислот в виде силикатного клея. Если говорить точнее, силикатный клей - это калиевые или натриевые соли поликремневых кислот. Но так как эти кислоты слабые, а соли слабых кислот сильно гидролизуются, то фактически в растворе силикатного клея имеется смесь конденсированных кремниевых кислот.
Нитрид кремния используется в качестве компонента жаростойких и химически устойчивых композиционных материалов. Оп нашел также применение в микроэлектронике в качестве диэлектрика и высокотемпературного полупроводника. Карбид кремния - абразивный материал для шлифованных кругов, матрица для порошковой металлургии, компонент для огнеупоров. К тому же, карбид кремния является основой полупроводниковых диодов и фотодиодов.
Природные силикаты и алюмосиликаты являются сырьем для силикатной промышленности, которая в основном объединяет производства керамическое, цементное и стекольное.
Производство силикатов. Керамическое производство.
Сырьём для керамического производства служат различного рода глины.
Глина - тонкодисперсная горная порода, состоящая в основном из глинистых минералов. Обычно в глинах содержится примесь кластического аллотигенного материала зерен кварца, полевых шпатов и других материалов, и аутигенного материала - карбонатов, сульфатов, гидроксидов железа и др. П.А. Земятчинский определял глины как горные породы, способные образовывать с водой пластичное тесто, сохраняющее по высыхании приданную ему форму, после обжига приобретающее твердость камня. Глины характеризуются рядом свойств, которые учитываются при их промышленном использовании: пластичностью, воздушной и огневой усадкой, пористостью, огнеупорностью, спеканием, гидроскопичностью и набуханием, адсорбционными свойствами, связующей способностью, вспучиванием, зыбкостью и гидрофильностью. С учетом свойств и состава глин, обусловливающих их использование, можно выделить следующие группы: 1) каолины, 2) огнеупорные и тугоплавкие глины, 3) высокосорбирующие глины (отбеливающие), 4) легкоплавкие глины.
Каолины, точнее, первичные каолины, применяются большинством отраслей промышленности благодаря особенностям своего состава и набору свойств. Как правило, промышленностью используются обогащенные каолины, реже каолин-сырец. Обогащение каолинов проводится путем отмучивания, флотации, магнитной и электромагнитной сепараций и другими методами. Каолиновый концентрат в ряде случаев подвергается облагораживанию (путем обработки реактивами) для придания ему большей белизны. Попутные продукты обогащения каолина - кварц и полевые шпаты. Главные потребители обогащенного каолина - бумажная и керамическая промышленности, а также резиновая, мыловаренная, огнеупорная, химическая. В меньшей степени он используется в парфюмерно-косметической и кабельной отраслях промышленности, а также при изготовлении клеенки, пластмасс, минеральных красок, карандашей, в производстве силумина (сплав Al 87%, Si 13%) и др. Каолин-сырец используется в цементной промышленности, при производстве полукислых огнеупоров. Каолин также идет на изготовление фарфоровых изделий.
Диоксид кремния - основа для получения кремния, производства обыкновенного и кварцевого стекла, а также необходимый компонент керамики и абразивных материалов.
Фарфоровые изделия широко применяют в химической, электротехнической промышленности, в химических лабораториях (фарфоровые тигли, чашки, ступки, стаканы и т. д.). В химической промышленности фарфоровые изделия имеют большое значение вследствие их устойчивости против кислот, щелочей, и других химических реактивов, большой механической прочности, термической устойчивости и огнеупорности. В электротехнической промышленности фарфор применяют в качестве надежного изоляционного материала (фарфоровые изоляторы, «свечи» для автомобильных и авиационных моторов и т. д.).
Наиболее распространена глина, окрашенная соединениями железа в желтый цвет. Из нее готовят строительные кирпичи, кислото- и огнеупорные изделия, дренажные трубы, кровельную черепицу, гончарные изделия и т.д.
Цементное производство.
В виде песка SiO2 - давно известный строительный материал. Сырьем в цементном производстве служит смесь глины с известняком. Применяют и природный мергель (глинистый известняк), если он по составу удовлетворяет требованиям цементного производства. Такие мергели имеются у нас, например, в районе Новороссийска
При 1400-1500* масса спекается с образованием сложных силикатов. Выходящий из печи спекшийся материал называют к л и н к е р о м. Разломный клинкер упаковывают в бочки или мешки. Готовый продукт представляет собой тонкий серо-зеленый порошок.
Основная масс цемента состоит из сложных химических соединений кальция, магния, кремния, алюминия и железа. Состав этих веществ, представленных в виде соединений оксидов, следующий: 3CaO. SiO2, 2CaO.SiO2, 3CaO.Al2O3, 2CaO.Fe2O3. Кроме того, в цементе всегда в переменных количествах содержатся различные примеси.
Основной химический процесс при производстве цемента - спекание при 1200 - 1300 оС смеси глины с известняком, приводящий к образованию силикатов и алюминатов кальция:
t
Al2O3. 2SiO2 . 2H2O = Al2O3 . 2SiO2 + 2H2 O
CaCO3 = CaO + CO2h
CaO + SiO2 = CaSiO3
3CaO + Al2O3 = 3CaO.Al2O3
При смешивании с водой происходит постепенная гидратация:
3CaO . Al2O3 . 6H2 O = 3CaO . Al2O3 + 6H2 O
Если при замешивании цементной массы ввести в нее щебень, гравий и тому подобные материалы, то получится б е т о н. Если же бетоном прикрывают какую-либо основу (каркас) из железных прутьев, проволоки, стержней и т.д., то подобные конструкции называют ж е л е з о б е т о н о м.
Железо и бетон хорошо сцепляются между собой, образуя прочную массу, не разрушающуюся при обычных изменениях температуры (коэффициенты объемного расширения железа и бетона почти одинаковы). Железобетон отличается механической прочностью, большим сопротивлению сжатию и разрыву (сам цемент хорошо выдерживает сжатие, но очень слаб на растяжение).
Композиция из цемента и асбеста (асбоцемент) - ценный материал для кровель. Асбоцементные крыши отличаются долголетием.
Бетон хорошо задерживает радиоактивные излучения и применяется для защиты от них.
Цемент относится к числу так называемых вяжущих материалов. Это материалы, способные из жидкого или тестообразного состояния переходить в твердое, камневидное при обычной температуре.
Вяжущие вещества разделяют на органические (смолы, клеи и др.) и минеральные (цемент, известь и др.). Минеральные вяжущие вещества, в свою очередь, подразделяют на в о з д у ш н ы е г и д р а в л и т и ч е с к и е. К воздушным вяжущим материалам перечисляют те из них, которые твердеют на воздухе. Сюда относят известь, алебастр, гипс, магнезиальный цемент и др. Гидравлические вяжущие вещества могут твердеть и сохранять свою прочность, как и на воздухе, так и в воде. Сюда принадлежит цемент.
Стекольное производство.
Сырьем в стекольном производстве служат кремнезем SiO2 и силикаты щелочных и щелочноземельных металлов. Состав стекла в общем виде может быть представлен формулой: xЭ2О.уЭО.zSiO2, где Э2О - окисел щелочного металла (Na2O, K2O, Li2O и др.); ЭО - окисел щелочноземельного металла (СаО, MgO, BaO) и SiO2 - кислотный окисел (кремневый ангидрид). Окислы щелочной группы понижают вязкость и температуру плавления стекла, а также его твердость. Окислы щелочноземельной группы повышают химическую стойкость стекла, а окислы кислотной группы (SiO2, а иногда Al2O3, B2O3, P2O5 и др.) сообщают высокую термическую, химическую и механическую стойкость.
Производство стекла состоит из следующих процессов: подготовка сырьевых компонентов, получения шихты, варки стекла, охлаждения стекломассы, формования изделий, их отжига и обработки (термической, химической, механической).
Процесс стекловарения условно разделяют на несколько стадий: силикатоообразование, стекловарение, осветление, гомогенизацию и охлаждения («студку»).
Обыкновенное белое стекло получают сплавлением смеси соды Na2CO3 и мела CaCO3 с большим количеством кремнезема (белого песка) SiO2. Состав этого стекла может быть выражен формулой Na2O. CaO. 6SiO2.
Если вместо воды взять поташ K2CO3, то силикат натрия в стекле заменится на силикат калия K2SiO3. При этом получаются тугоплавкие стекла, состав которых может быть выражен формулой: K2O. CaO.6SiO2. Таким путем получают оконное стекло (так называемое бемское), бутылочное и вообще посудное стекло.
При замене окиси кальция окисью свинца PbO получают хрустальное стекло приблизительного состава K2O. PbO. 6SiO2. Свинцовые стекла сильно преломляют лучи света и отличаются блеском. Из них готовят хрустальную посуду, колбы для электроламп и пр.
Существует большое число сортов стекла, изготовляемых для разных целей: оптическое, термометрическое, увиолевое (проницаемое для ультрафиолетовых лучей; обычное стекло не пропускает эти лучи), различные жаростойкие стекла. Стекло является важным строительным материалом. Готовят ткани из стекла. Начинают широко применять стеклянные трубы (достоинство их: большая стойкость против корродирующих агентов). Жаростойкое стекло служит для изготовления кастрюль сковородок и т.д.
Обыкновенное бутылочное стекло окрашено в зеленый цвет солями двухвалентного железа. Цветные стекла получают введением в массу при плавлении различных добавок в мелкораздробленном состоянии. Так, закись кобальта CoO придает стеклу синюю окраску, закись меди Cu2O красную, окись хрома Cr2O3 ярко-зеленую окраску. Небольшие примеси в стекле в мелкораздробленном состоянии металлического серебра придают ему желтую окраску, а золота - красивую ярко-красную (рубиновое стекло) и т.д.
Состав некоторых промышленных стекол
Стекло Химический состав, %
SiO2 B2O3 Al2O3 MgO CaO BaO PbO Na2O K2O Fe2O3 SO3
Оконное ……. 71,8 - 2 4,1 6,7 - - 14,8 - 0,1 0,5
Тарное ……… 71,5 - 3,3 3,2 5,2 - - 16 - 0,6 0,2
Посудное …… 74 - 0,5 - 7,45 - - 16 2 0,05 -
Хрусталь …… 65,5 - 0,48 - 1 - 27 6 10 0,02 -
Химико-лабораторное… 68,2 2,7 3,9 - 8,5 - - 9,4 7,1 - -
Оптическое … 41,4 - - - - - 53,2 - 5,4 - -
Кварцоидное… 96 3,5 - - - - - 0,5 - - -
Электроколбочное………. 71,9 - - 3,5 5,5 2 - 16,1 1 - -
Электровакуумное……… 66,9 20,3 3,5 - - - - 3,9 5,4 - -
Медицинское… 73 4 4,5 1 7 - - 8,5 2 - -
Жаростойкое… 57,6 - 25 8 7,4 - - - 2 - -
Термостойкое… 80,5 12 2 - 0,5 - - 4 1 - -
Термометрическое………. 57,1 10,1 20,6 4,6 7,6 - - - - - -
Защитное……. 12 - - - - - 86 - 2 - -
Радиационно-стойкое……… 48,2 4 0,65 - 0,15 29,5 - 1 7,5 - -
Стеклянноеволокно…….. 71 - 3 3 8 - - 15 - - -
Силикаты калия и натрия растворяются в воде. В технике эти вещества называют
р а с т в о р и м ы м и с т е к л а м и. Их раствор называется жидким стеклом. Находит применение в мыловаренном производстве, в крашении, в производстве бумаги, а также для пропитки дерева и тканей с целью сообщения им несгораемости и стойкости против гниения.
Жидкое стекло - одно из важнейших неорганических клеящих веществ (адгезив). Это связано с тем, что силикат натрия находится в нем в виде макромолекул. Жидким стеклом пропитывают ткани и дерево для придания им огнестойкости; оно применяется для изготовления кислотоупорного цемента, силикатных красок и глазурей.
Почти все виды песка, образующие иногда пластины огромной мощности, состоят из кварца. Чистые прозрачные кристаллы кварца идут на изготовление линз и призм, пропускающих УФ-излучение. Для этих целей используется также кварцевое стекло. Пьезоэлектрические свойства кварца находят применение в приборах для генерации ультразвука. Из непрозрачного технического кварцевого стекла изготавливают крупногабаритную термо- и кислотную химическую аппаратуру, муфели для электрических печей. Особо чистое прозрачное кварцевое стекло применяется для изготовления труб, аппаратов и емкостей для полупроводниковой техники и радиоэлектроники.
Драгоценные камни.
Бесцветные и различно окрашенные кристаллы SiO2 - драгоценные камни.
Группа кварца - одна из самых распространенных в природе. Кварц (SiO2) встречается во множестве горных пород, где он образуется в самых разнообразных условиях. В природе кристаллы кварца встречаются самых разных размеров. Экземпляры в сотни килограммов не являются редкостью. Существует много разновидностей кварца, одинаковых с ним по кристаллической структуре, но отличаются по цвету. Из них наиболее распространены прозрачный и бесцветный горный хрусталь, лимонно-желтый цитрин, ослепительно белый и мутный молочный кварц, розовый кварц нежного пастельного тона, просвечивающий дымчато-коричневый кварц, черный от непрозрачного до слегка просвечивающего - морион и от фиолетового до нежно-сиреневого цвета аметист. В наше время на заводах выращивают кристаллы синтетического кварца, которые идут на нужды пьезо- и пиротехники, медицины и радио.
Просвечивающие кристаллы дымчатого кварца и морион используется в ювелирных изделиях, глиптике и мужественно - декоративных работах.
Аметист выделяется среди прочих разновидностей кварца особой красотой. Его цветовая гамма колеблется от нежно-сиреневой до темно-фиолетовой. Встречаются отдельные разновидности, сияющие пурпурным «огоньком». Особенно хорош аметист на солнечном свету. При искусственном освещении он проигрывает в яркости и красоте окраски. Аметистовые щетки используются в ювелирной промышленности для вставок в купоны, серьги, кольца, броши, и как декоративный материал для шкатулок, письменных приборов и сувениров.
Халцедон представляет собой скрытокристаллический кварц микроволокнистого строения. В зависимости от цвета, структуры и текстуры различается несколько разновидностей халцедона. Собственно Халцедон имеет цвета от серого до молочно-белого с характерным восковым или матовым блеском. Встречается халцедон в природе чаще всего в желваках или шарообразных натечных телах, особенно часто в эффузивных породах в виде миндалин. Свое название халцедон получил от древнего г. Халкедона в Малой Азии, откуда он расходился по странам Средиземноморья.
Ценные технические качества халцедона (однородность структуры, отсутствие спайности, высокая твердость, малая истираемость и т.п.) делают его незаменимым материалом для изготовлении опорных камней для точных приборов, гладильных досок для бумагоделательных машин и др.
Родонит относится к триклинным пироксенам. По составу это метасиликат марганца (MnSiO3). Твердость родонита 5.5-6.5, уд. вес 3.4-3.8, спайность совершенная. Живые узоры из черных ветвистых прожилок окислов и гидроокислов марганца оживляют этот камень, создавая на нем фантастические рисунки и даже пейзажи. Родонит прекрасно поддается обработке. Будучи очень плотным, он легко режется алмазной пилой, хорошо шлифуется и отлично принимает зеркальную полировку. Его способность просвечивать в тонких пластинках, окрашенных в яркий малиново-красный цвет, используется при создании витражей. Перечень из родонита очень богат: различные шкатулки, брелоки, пресс-папье, печатки, пепельницы, вазочки, тарелочки, чаши, разрезные ножи, броши, запонки и т.д. Уральские кустари издавна обрабатывали родонит и добились изумительной техники, имитируя ягоды малины, плоды и фрукты, украшавшие шкатулки в виде накладок.

Заключение.
Нетрудно понять, что в будущем применение силикатов станет еще большим. Металлов в земной коре не так уж много. Углерод, который служит основой органических полимеров и пластмасс, составляет всего лишь 0,1% земной коры по массе. Производство древесины ограничено скоростью прироста леса. А использование силикатов практически не ограничено ничем. По силикатному сырью, можно сказать, мы ходим. Правда имеется существенный недостаток у силикатных изделий. Они обладают большой хрупкостью, но этот недостаток в принципе преодолим. Ведь изобрели же японцы небьющийся фарфор. А на сковородках из мелкокристаллического стекла - ситалла еще двадцать лет назад жарили картошку. Прочность таких сковородок близка к чугунным, и бьются они значительно меньше, чем обычное стекло.
Впрочем, о силикатах можно говорить бесконечно. Сведений о них так много, что химия силикатов давно выделилась в большую самостоятельную отрасль химического знания.

ЛИТЕРАТУРА:
1. «Большая Советская Энциклопедия»
Издательство «Советская Энциклопедия». Москва 1976 г.
2. «Общая химия» А.Г. Кульман
Издательство «Колос». Москва 1968 г.
3. «Неорганическая химия» Пособие для абитуриентов и старшеклассников
Издательство «Московский Лицей». Москва 1996 г.
4. «Кислоты - основания» Б.В. Мартыненко
Издательство «Просвещение». Москва 1988г.
5. «Химия» Справочные материалы
Издательство «Просвещение». Москва 1989 г.
6. «Поделочные камни и их обработка» Ю.В. Никитин
Издательство «Наука». Ленинград 1979 г.
7. «Полезные ископаемы»
Издательство «Недра». Москва 1982

⇧

⇩

скачать материал