Химия - это просто

Популярно о химии

· Что такое химия
· Периодическая таблица

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

· Водород
· Бор
· Углерод
· Азот
· Кислород
· Алюминий
· Кремний
· Фосфор
· Сера
· Хлор
· Хром
· Марганец
· Железо
· Медь
· Цинк
· Серебро
· Золото
· Ртуть

ОБЩАЯ ХИМИЯ

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Кремниевые кислоты

• H₂SiO₃ - метакремниевая кислота
• H₄SiO₄ - ортокремниевая кислота

Кремниевые кислоты получают из растворов калиевых (натриевых) солей кремневых кислот воздействуя на них более сильной кислотой (вплоть до угольной), либо гидролизом сульфита кремния:

• K₂SiO₃+2HCl = H₂SiO₃↓+2KCl
• Na₂SiO₃+H₂O+CO₂ = H₂SiO₃↓+Na₂CO₃ - качественная реакция на силикаты
• SiS₂+4H₂O = H₄SiO₄+2H₂S

При длительном стоянии или при нагревании кремниевые кислоты разлагаются на воду и оксид кремния (ангидрид кремниевой кислоты, более известный, как селикагель):
H₂SiO₃ = SiO₂ + H₂O

Селикагель является великолепным адсорбентом, применяется в качестве очистителя веществ от примесей.

Кремниевые кислоты являются слабыми электролитами, диссоциируя в незначительной степени:
H₂SiO₃ ↔ HSiO₃^-+H⁺

Соли кремниевых кислот - силикаты

Силикаты - это твердые тугоплавкие вещества, не имеющие окраски.

Силикаты построены из цепочек, колец, димеров SiO₄ (имеющих структуру тетраэдра), которые, в свою очередь, могут образовывать еще более длинные соединения в виде лент или сеток. Но, и это еще не все - такие ленты и сетки при помощи катионов металлов могут объединяться между собой, образуя самые разнообразные структуры, например, волокнистую (асбест) или слоистую (слюда).

Все силикаты, за исключением силикатов щелочных металлов, являются нерастворимыми в воде соединениями.

В природе чаще встречаются нерастворимые силикаты, входящие в состав таких горных пород, как, например, гранит или базальт. Одними из самых распространенных силикатов являются полевой шпат (K₂O·3Al₂O₃+6SiO₂+2H₂O) и слюда (K₂O·Al₂O₃·6SiO₂), в состав которых входит оксид алюминия - это алюмосиликаты, входящие в состав каолинита (который всем известен под более привычным названием - глина - Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O).

Из не алюмосиликатов распространены такие природные силикаты, как асбест (3MgO·4SiO₂·H₂O) и тальк (3MgO·2SiO₂·2H₂O).

С течением времени под воздействием природных разрушающих факторов горные породы постепенно разрушаются (этот процесс называется выветриванием горных пород), например, полевой шпат, присутствующий в гнейсе и граните, медленно, но неуклонно, превращается в глину и песок:
K₂O·Al₂O₃·6SiO₂+CO₂+2H₂O = Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O+4SiO₂+K₂CO₃

Стекло

Полимерное соединение силиката натрия и силиката кальция называется стеклом - Na₂O·CaO·6SiO₂.

Стекло смело можно назвать настоящим искусственным "природным чудом". Судите сами, благодаря своему уникальному составу, стекло является твердым, прозрачным, химически стойким материалом, который может приобретать новые свойства, если при изготовлении стекла использовать различные добавки:

• химическую стойкость и механическую прочность стекла обеспечивает добавка оксида магния MgO;
• твердость, химическую и термическую устойчивость дает Al₂O₃;
• оптические свойства улучшают B₂O₃, TiO₂;
• замена натрия на калий, а кальция - на свинец дает хрусталь, который обладает высокими показателями преломления света - хрустальные изделия "играют" светом, что очень красиво смотрится.

Особым видом стекла является кварцевое стекло, в состав которого входит чистый кремнезём - такое стекло обладает ценными оптическими свойствами, а также химически и термически устойчиво.

Единственным "слабым местом" стекла является его высокая хрупкость, однако, и здесь умные головы нашли выход - изменив режим затвердевания стекла, было получено стекло с мелкокристаллической однородной структурой, благодаря которой, стекло приобрело прочность чугуна - такие стекла называются ситаллами.

Как делают стекло

Сырьем для производства стекла являются сода (Na₂CO₃), известняк (CaCO₃), кварцевый песок (SiO₂).

На первом этапе производства в печах при высокой температуре (1400-1500°C) сплавляют компоненты, в результате чего получаются силикаты:
SiO₂+Na₂CO₃ = Na₂SiO₃+CO₂↑
SiO₂+CaCO₃ = CaSiO₃+CO₂↑

На втором этапе полученные силикаты вступают в реакцию с кремнезёмом, в результате чего получается классическое "оконное" стекло:
Na₂SiO₃+CaSiO₃+4SiO₂ = Na₂O·CaO·6SiO₂

Цвет стекла можно изменять добавлением: оксидов кобальта (синее стекло), оксида хрома (зеленое стекло), оксида меди (голубое стекло).

Цемент

Смесь, состоящая из силикатов (оксид кальция, оксид кремния IV, оксиды алюминия и железа III) и алюминатов кальция, носит название цемента.

Цемент - это мелкозернистый порошок серого цвета, который постепенно затвердевает на воздухе при взаимодействии с водой.

Кремний и алюминий, входящие в состав цемента, образуют полимерные цепочки -Si-O-Si- и -Al-O-Al-. В процессе производства цемента тонкоизмельченные компоненты подвергаются обжигу при температуре 1400-1600°C, в результате чего некоторая часть таких полимерных цепочек разрушается с образованием более простых по строению силикатов и алюмосиликатов кальция. Затем, когда цемент соединяют с водой, происходит образование высокомолекулярных полимерных силикатов и алюминатов кальция - по мере высыхания раствор цемента твердеет, превращаясь в камнеобразную массу.

Для повышения прочностных свойств цемента в его водный раствор добавляют песком с гравием или щебнем - так получают бетон.

При строительстве несущих конструкций, испытывающих высокие нагрузки, бетон армируют железными прутьями, такая железобетонная конструкция обладает очень высокой прочностью.