Ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι το πιο σημαντικό στήριγμα ζωής φυσικό περιβάλλονκαι είναι ένα μείγμα αερίων και αερολυμάτων του επιφανειακού στρώματος της ατμόσφαιρας, που σχηματίστηκε κατά την εξέλιξη της Γης, την ανθρώπινη δραστηριότητα και βρίσκεται έξω από οικιστικούς, βιομηχανικούς και άλλους χώρους. Τα αποτελέσματα περιβαλλοντικών μελετών, τόσο στη Ρωσία όσο και στο εξωτερικό, δείχνουν ξεκάθαρα ότι η ρύπανση κατά τη διάρκεια ατμόσφαιρα της γης- ο πιο ισχυρός, συνεχώς ενεργός παράγοντας που επηρεάζει ένα άτομο, τροφική αλυσίδακαι το περιβάλλον. Ο ατμοσφαιρικός αέρας έχει απεριόριστη χωρητικότητα και παίζει το ρόλο του πιο κινητού, χημικά επιθετικού και διάχυτου παράγοντα αλληλεπίδρασης κοντά στην επιφάνεια των συστατικών της βιόσφαιρας, της υδρόσφαιρας και της λιθόσφαιρας.
Η ατμόσφαιρα έχει έντονο αντίκτυπο όχι μόνο στον άνθρωπο και τη χλωρίδα, αλλά και στην υδρόσφαιρα, το έδαφος και τη βλάστηση, το γεωλογικό περιβάλλον, τα κτίρια, τις κατασκευές και άλλα ανθρωπογενή αντικείμενα. Ως εκ τούτου, η προστασία του ατμοσφαιρικού αέρα και της στιβάδας του όζοντος είναι το περιβαλλοντικό πρόβλημα υψηλότερης προτεραιότητας και δίνεται ιδιαίτερη προσοχή σε όλες τις ανεπτυγμένες χώρες.
Η μολυσμένη ατμόσφαιρα του εδάφους προκαλεί καρκίνο του πνεύμονα, του λαιμού και του δέρματος, διαταραχή του κεντρικού νευρικού συστήματος νευρικό σύστημα, αλλεργικές και αναπνευστικές ασθένειες, ελαττώματα στα νεογνά και πολλές άλλες ασθένειες, ο κατάλογος των οποίων καθορίζεται από τους ρύπους που υπάρχουν στον αέρα και τη συνδυασμένη επίδρασή τους στον ανθρώπινο οργανισμό. Τα αποτελέσματα ειδικών μελετών που πραγματοποιήθηκαν στη Ρωσία και στο εξωτερικό έδειξαν ότι υπάρχει στενή θετική σχέση μεταξύ της υγείας του πληθυσμού και της ποιότητας του ατμοσφαιρικού αέρα. (Chernova N.M. 1997)
Σκοπός αυτής της εργασίας είναι να μελετήσει την επίδραση της Chelny Khleb CJSC στην ατμόσφαιρα.
Για την επίτευξη αυτού του στόχου επιλύθηκαν οι ακόλουθες εργασίες:
1. Μελέτη των παραγωγικών δραστηριοτήτων μιας επιχείρησης ως πηγής ατμοσφαιρικής ρύπανσης.
2. Μελέτη της ποιοτικής και ποσοτικής σύστασης των ρύπων.
3. Μελέτη μέτρων για την προστασία της ατμόσφαιρας της Chelny Khleb CJSC.
4. Μελέτη μέτρων περιβαλλοντικής προστασίας της Chelny Khleb CJSC.
Χωρίς ατμόσφαιρα, η ζωή στη Γη θα ήταν αδύνατη. Από την ατμόσφαιρα, όταν αναπνέουμε, αντλούμε οξυγόνο, το οποίο είναι απαραίτητο για τη ζωή σχεδόν κάθε οργανισμού. Ευτυχώς, υπάρχει μια τεράστια ποσότητα οξυγόνου στην ατμόσφαιρα, η οποία αναπληρώνεται συνεχώς από φωτοσυνθετικά φυτά.
Χρειαζόμαστε όμως την ατμόσφαιρα γύρω μας όχι μόνο ως πηγή οξυγόνου. Παρέχει και αποκλειστικά ευνοϊκές συνθήκεςγια τη ζωή στη Γη γενικά. Ένα παχύ στρώμα της ατμόσφαιρας της γης προστατεύει τη ζωή που αναβλύζει στην επιφάνειά της από την άμεση επίδραση του Διαστήματος, στο οποίο η Γη μας επιπλέει ως ένας ασήμαντος κόκκος άμμου.
Η ατμόσφαιρα λείπει ακτίνες ηλίου, όταν ο Ήλιος λάμπει, αλλά δεν επιτρέπει στη Γη να αποχωριστεί τη θερμότητα που δέχεται όταν ο Ήλιος δύει. Εκ τούτου μέση θερμοκρασίαη επιφάνεια του πλανήτη μας φτάνει τους συν 14°C, και οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας δεν ξεπερνούν τους 100°C.
Ως αποτέλεσμα της ανομοιόμορφης θέρμανσης της ατμόσφαιρας, δημιουργούνται σε αυτήν ρεύματα αέρα και άνεμοι. Χάρη σε αυτά, η θερμοκρασία και η υγρασία εξισώνονται, τα σύννεφα και τα σύννεφα μεταφέρονται από μέρος σε μέρος και διατηρούνται οι κύκλοι του νερού και πολλών άλλων ουσιών που είναι τόσο απαραίτητες για όλα τα έμβια όντα. (Mizun Yu.G., 1994)
Ατμόσφαιρα - κέλυφος αέρα σφαίρα- έχει μια ετερογενή, πολυεπίπεδη δομή. Σε υψόμετρο 16-18 km πάνω από τον ισημερινό και 1-10 km πάνω από τους πόλους, ο αέρας είναι πιο πυκνός. Αυτό το στρώμα, στο οποίο συγκεντρώνονται τα 4/5 της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας, ονομάζεται τροπόσφαιρα. Ο καιρός συνδέεται με το λαιμό. Σε αυτό το στρώμα, υπάρχει σχεδόν όλη η ποικιλομορφία των μορφών ζωής, και ως εκ τούτου είναι η τροπόσφαιρα (ακριβέστερα, το κάτω μέρος της) που ταξινομείται ως βιόσφαιρα. Οι κάτοικοι της ξηράς ζουν τη ζωή τους σε επαφή με την τροπόσφαιρα.
Πάνω από την τροπόσφαιρα διακρίνονται η στρατόσφαιρα (έως υψόμετρα περίπου 46-48 km), η μεσόσφαιρα (έως 80 km) και η θερμόσφαιρα (πάνω από 80 km). Καθώς το υψόμετρο αυξάνεται, η ατμοσφαιρική πίεση και η πυκνότητα του αέρα μειώνονται γρήγορα.
Καθώς το υψόμετρο αυξάνεται, η θερμοκρασία και η χημική σύσταση του αέρα αλλάζουν σημαντικά.
Η αέρια (χημική) σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα είναι επίσης ετερογενής. Το πιο ενδιαφέρον για εμάς είναι η σύνθεση του αέρα στα κατώτερα, επίγεια στρώματα της τροπόσφαιρας, τα οποία αναπνέουμε απευθείας. Καθορίζεται από την ακόλουθη αναλογία αερίων ως ποσοστό του όγκου: Άζωτο - 78,08; Οξυγόνο - 20,95; Αργό - 0,92; Διοξείδιο του άνθρακα - 0,03. 0,02, αέρια σε επίπεδο προσμίξεων: Ξένο, Υδρογόνο, Νέον, Ήλιο, Κρυπτόν, Ραδόνιο, Ιώδιο, Όζον, Μεθάνιο, Δισουλφίδιο του άνθρακα.
Η χημική (αέρια) σύσταση της ατμόσφαιρας δεν αλλάζει σημαντικά μέχρι υψόμετρο 100 km. Κάπως υψηλότερα, η ατμόσφαιρα αποτελείται επίσης κυρίως από άζωτο και οξυγόνο, αλλά σε υψόμετρα 90-100 km εμφανίζεται ατομικό οξυγόνο, πάνω από 110-120 km σχεδόν όλο το οξυγόνο γίνεται ατομικό.
Υπό την επίδραση των υπεριωδών ακτίνων, σχηματίζεται όζον σε υψόμετρο 10-60 km, οι μέγιστες συγκεντρώσεις του οποίου βρίσκονται σε υψόμετρο 22-25 km. Είναι αυτός που απορροφά κυρίως υπεριώδεις ακτίνες, παίζοντας σημαντικό ρόλο στην ύπαρξη της ζωής.
Λαμβάνοντας υπόψη τη σύνθεση του αέρα, είναι απαραίτητο να σημειωθεί η παρουσία ατμοσφαιρικής σκόνης σε αυτό - το μόνιμο συστατικό του. Η ατμοσφαιρική σκόνη έχει μεγάλης σημασίαςγια τη ζωή της χλωρίδας και της πανίδας. Η σκόνη απορροφά την άμεση ηλιακή ακτινοβολία και προστατεύει τους ζωντανούς οργανισμούς από αυτήν. επιβλαβής επιρροή. Η σκόνη διαχέει επίσης το άμεσο ηλιακό φως, δημιουργώντας πιο ομοιόμορφο φωτισμό της επιφάνειας της Γης. Επιπλέον, προάγει τη συμπύκνωση υδρατμών στην ατμόσφαιρα, και κατά συνέπεια το σχηματισμό βροχοπτώσεων.
Στον αέρα της τροπόσφαιρας υπάρχει ένα άλλο πολύ σημαντικό συστατικό για τη ζωή στη Γη - το νερό, ή μάλλον οι ατμοί του. Η ποσότητα των υδρατμών είναι πολύ μεταβλητή με την πάροδο του χρόνου, γεωγραφικό πλάτοςκαι χρησιμεύει ως σημαντικό χαρακτηριστικό του κλίματος (από 0 έως 4% κατ' όγκο). Τις περισσότερες φορές, η περιεκτικότητα του αέρα σε υδρατμούς εκφράζεται με όρους σχετικής υγρασίας. Το γεγονός είναι ότι όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερη είναι η ικανότητα του αέρα να συσσωρεύει ατμούς υγρών (στους 30°C, 1 m3 αέρα μπορεί να περιέχει 30 g νερό, στους -20°C - 0,5 g). Εάν η ποσότητα του ατμού υπερβαίνει την «χωρητικότητα» του αέρα, για παράδειγμα λόγω πτώσης της θερμοκρασίας, τότε η περίσσεια τους αρχίζει να συμπυκνώνεται με τη μορφή σταγονιδίων, γεγονός που εξηγεί το σχηματισμό ομίχλης, νεφών και ατμού. Συνήθως, η ποσότητα των υδρατμών είναι κάπως μικρότερη και η σχετική υγρασία είναι η αναλογία της πραγματικής ποσότητας υδρατμών προς τη μέγιστη δυνατή σε μια δεδομένη θερμοκρασία, εκφρασμένη ως ποσοστό. Το εύρος υγρασίας από 30 έως 60% θεωρείται βέλτιστο για τον άνθρωπο. (Torsuev N.P., 1997)
Τα τρία αέρια που συνθέτουν την ατμόσφαιρα έχουν τη μεγαλύτερη σημασία για διάφορα οικοσυστήματα: οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα και άζωτο. Αυτά τα αέρια συμμετέχουν σε μεγάλους βιογεωχημικούς κύκλους.
Το οξυγόνο παίζει ζωτικό ρόλο στη ζωή των περισσότερων ζωντανών οργανισμών στον πλανήτη μας. Όλοι το χρειάζονται για να αναπνεύσουν. Η σύγχρονη ατμόσφαιρα περιέχει μόλις το ένα εικοστό του διαθέσιμου οξυγόνου στον πλανήτη μας. Τα κύρια αποθέματα οξυγόνου συγκεντρώνονται σε ανθρακικά, οργανικές ουσίες και οξείδια σιδήρου, ένα μέρος του οξυγόνου διαλύεται στο νερό. Στην ατμόσφαιρα, φαίνεται να υπάρχει μια κατά προσέγγιση ισορροπία μεταξύ της παραγωγής οξυγόνου μέσω της φωτοσύνθεσης και της κατανάλωσής του από τους ζωντανούς οργανισμούς. Αλλά σε Πρόσφαταυπήρχε κίνδυνος ότι ως αποτέλεσμα ανθρώπινη δραστηριότηταΤα αποθέματα οξυγόνου στην ατμόσφαιρα ενδέχεται να μειωθούν. Ιδιαίτερα επικίνδυνη είναι η καταστροφή της στιβάδας του όζοντος, η οποία παρατηρείται σε τα τελευταία χρόνια. Οι περισσότεροι επιστήμονες αποδίδουν αυτό στην ανθρώπινη δραστηριότητα.
Το διοξείδιο του άνθρακα (διοξείδιο του άνθρακα) χρησιμοποιείται στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης για να σχηματίσει οργανική ύλη. Χάρη σε αυτή τη διαδικασία κλείνει ο κύκλος του άνθρακα στη βιόσφαιρα. Όπως το οξυγόνο, ο άνθρακας είναι μέρος του εδάφους, των φυτών, των ζώων και συμμετέχει σε διάφορους μηχανισμούς του κύκλου των ουσιών στη φύση. Περιεχόμενο διοξείδιο του άνθρακαστον αέρα που αναπνέουμε είναι περίπου ο ίδιος σε διάφορα μέρη του πλανήτη. Η εξαίρεση είναι μεγάλες πόλεις, στην οποία η περιεκτικότητα αυτού του αερίου στον αέρα είναι υψηλότερη από την κανονική.
Ορισμένες διακυμάνσεις στην περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα μιας περιοχής εξαρτώνται από την ώρα της ημέρας, την εποχή του έτους και τη βιομάζα της βλάστησης. Παράλληλα, μελέτες δείχνουν ότι από τις αρχές του αιώνα, η μέση περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, αν και αργά, αυξάνεται συνεχώς. Οι επιστήμονες αποδίδουν αυτή τη διαδικασία κυρίως στην ανθρώπινη δραστηριότητα.
Το άζωτο είναι απαραίτητο βιογενές στοιχείο, καθώς αποτελεί μέρος των πρωτεϊνών και νουκλεϊκά οξέα. Η ατμόσφαιρα είναι μια ανεξάντλητη δεξαμενή αζώτου, αλλά η πλειονότητα των ζωντανών οργανισμών δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει άμεσα αυτό το άζωτο: πρέπει πρώτα να δεσμευτεί με τη μορφή χημικών ενώσεων.
Το μερικό άζωτο προέρχεται από την ατμόσφαιρα στα οικοσυστήματα με τη μορφή οξειδίου του αζώτου, το οποίο σχηματίζεται υπό την επίδραση ηλεκτρικών εκκενώσεων κατά τη διάρκεια καταιγίδων. Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος του αζώτου εισέρχεται στο νερό και το έδαφος ως αποτέλεσμα της βιολογικής στερέωσής του. Υπάρχουν πολλά είδη βακτηρίων και γαλαζοπράσινων φυκών (ευτυχώς πολύ πολυάριθμα) που είναι ικανά να δεσμεύουν το ατμοσφαιρικό άζωτο. Ως αποτέλεσμα της δραστηριότητάς τους, καθώς και λόγω της αποσύνθεσης οργανικών υπολειμμάτων στο έδαφος, τα αυτότροφα φυτά είναι σε θέση να απορροφούν το απαραίτητο άζωτο.
Άλλα συστατικά του αέρα δεν συμμετέχουν σε βιοχημικούς κύκλους. (Kriksunov E.A., 1997.)
Ο δεύτερος εκπρόσωπος των στοιχείων της κύριας υποομάδας της ομάδας IV (ομάδα IVA) Περιοδικός Πίνακας D.I. Mendeleev - πυρίτιο Si.
Στη φύση, το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο άφθονο μετά το οξυγόνο. χημικό στοιχείο. Περισσότερο από το ένα τέταρτο του φλοιού της γης αποτελείται από τις ενώσεις του. Η πιο κοινή ένωση πυριτίου είναι το οξείδιο του πυριτίου (IV) SiO 2, το άλλο του όνομα είναι πυρίτιο.
Στη φύση, σχηματίζει τον ορυκτό χαλαζία (Εικ. 158), πολλές ποικιλίες του οποίου - ο κρύσταλλος βράχου και η περίφημη μωβ μορφή του - αμέθυστος, καθώς και ο αχάτης, ο οπάλιος, ο ίασπης, η χαλκηδόνη, ο καρνελιάνος, είναι γνωστές ως διακοσμητικές και ημιπολύτιμες πέτρες. Η συνηθισμένη και η χαλαζιακή άμμος αποτελούνται επίσης από οξείδιο του πυριτίου (IV).
Ρύζι. 158.
Κρύσταλλοι χαλαζία ενσωματωμένοι σε δολομίτη
Από ποικιλίες ορυκτών με βάση το οξείδιο του πυριτίου (IV) (πυριτόλιθος, χαλκηδόνιος κ.λπ.) πρωτόγονους ανθρώπουςκατασκευάζονται εργαλεία. Ήταν ο πυριτόλιθος, αυτή η δυσδιάκριτη και όχι πολύ ανθεκτική πέτρα, που σηματοδότησε την αρχή της Λίθινης Εποχής - την εποχή των εργαλείων από πυριτόλιθο (Εικ. 159). Υπάρχουν δύο λόγοι για αυτό: η επικράτηση και η διαθεσιμότητα του πυριτόλιθου, καθώς και η ικανότητά του να σχηματίζει αιχμηρές κοπτικές άκρες όταν θρυμματίζεται.
Ρύζι. 159.
Εργαλεία της Λίθινης Εποχής
Ο δεύτερος τύπος φυσικών ενώσεων πυριτίου είναι τα πυριτικά. Μεταξύ αυτών, τα πιο κοινά είναι τα αργιλοπυριτικά (είναι σαφές ότι αυτά τα πυριτικά περιέχουν το χημικό στοιχείο αλουμίνιο). Τα αργιλοπυριτικά περιλαμβάνουν γρανίτη, διαφορετικά είδηπηλός, μαρμαρυγία. Ένα πυριτικό που δεν περιέχει αλουμίνιο είναι, για παράδειγμα, ο αμίαντος, από τον οποίο κατασκευάζονται πυρίμαχα υφάσματα.
Το οξείδιο του πυριτίου (IV) SiO 2 είναι απαραίτητο για τη ζωή των φυτών και των ζώων. Δίνει δύναμη σε στελέχη φυτών και προστατευτικά καλύμματα ζώων (Εικ. 160). Χάρη σε αυτόν, καλάμια, καλάμια και αλογοουρές στέκονται τόσο δυνατά όσο οι ξιφολόγχες, τα μυτερά φύλλα σπαθιάς κομμένα σαν μαχαίρια, τα καλαμάκια σε ένα κομμένο χωράφι τρυπάνε σαν βελόνες και οι μίσχοι των δημητριακών είναι τόσο δυνατοί που δεν επιτρέπουν στα χωράφια στα χωράφια να ξαπλώστε από τη βροχή και τον αέρα. Τα λέπια ψαριών, τα κελύφη των εντόμων, τα φτερά της πεταλούδας, τα φτερά πουλιών και η γούνα ζώων είναι ανθεκτικά επειδή περιέχουν πυρίτιο.
Ρύζι. 160.
Το οξείδιο του πυριτίου (IV) δίνει δύναμη στους μίσχους των φυτών και στα προστατευτικά καλύμματα των ζώων
Οι ενώσεις πυριτίου δίνουν απαλότητα και δύναμη στα ανθρώπινα μαλλιά και νύχια.
Το πυρίτιο είναι επίσης μέρος των κατώτερων ζωντανών οργανισμών - των διατόμων και των ραδιολαρίων, των πιο ευαίσθητων σβώλων ζωντανής ύλης που δημιουργούν τους αξεπέραστους σκελετούς ομορφιάς τους από πυρίτιο (Εικ. 161).
Ρύζι. 161.
Οι σκελετοί των διατόμων (α) και των ραδιολαρίων (β) αποτελούνται από πυρίτιο
Ιδιότητες πυριτίου. Χρησιμοποιείτε μικροϋπολογιστή με ηλιακή μπαταρία και επομένως κατανοείτε το κρυσταλλικό πυρίτιο. Αυτός είναι ένας ημιαγωγός. Σε αντίθεση με τα μέταλλα, η ηλεκτρική του αγωγιμότητα αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Σε δορυφόρους διαστημόπλοια, σταθμοί και στέγες σπιτιών (Εικ. 162) τοποθετούν ηλιακούς συλλέκτες που μετατρέπουν ηλιακή ενέργειασε ηλεκτρικό. Χρησιμοποιούν κρυστάλλους ημιαγωγών, κυρίως πυρίτιο. Τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου μπορούν να μετατρέψουν έως και το 10% της απορροφούμενης ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.
Ρύζι. 162.
Ηλιακή μπαταρίαστην ταράτσα του σπιτιού
Το πυρίτιο καίγεται σε οξυγόνο, σχηματίζοντας το ήδη γνωστό οξείδιο του πυριτίου (IV):
Όντας μη μέταλλο, όταν θερμαίνεται, το πυρίτιο συνδυάζεται με μέταλλα για να σχηματίσει πυριτικά, για παράδειγμα:
Τα πυριτίδια αποσυντίθενται εύκολα από νερό ή οξέα, απελευθερώνοντας μια αέρια ένωση υδρογόνου πυριτίου - σιλανίου:
Σε αντίθεση με τους υδρογονάνθρακες, το σιλάνιο αναφλέγεται αυθόρμητα στον αέρα και καίγεται για να σχηματίσει οξείδιο του πυριτίου (IV) και νερό:
Η αυξημένη αντιδραστικότητα του σιλανίου σε σύγκριση με το μεθάνιο CH4 εξηγείται από το γεγονός ότι το ατομικό μέγεθος του πυριτίου είναι μεγαλύτερο από αυτό του άνθρακα, επομένως χημικοί δεσμοίΟι δεσμοί Si-H είναι λιγότερο ισχυροί από τους δεσμούς C-H.
Το πυρίτιο αντιδρά με συμπυκνωμένα υδατικά διαλύματα αλκαλίων, σχηματίζοντας πυριτικά και υδρογόνο:
Το πυρίτιο λαμβάνεται με αναγωγή του από οξείδιο του πυριτίου (IV) με μαγνήσιο ή άνθρακα:
Το οξείδιο του πυριτίου (IV), ή το διοξείδιο του πυριτίου, ή το πυρίτιο SiO 2, όπως το CO 2, είναι ένα όξινο οξείδιο. Ωστόσο, σε αντίθεση με το CO2, δεν έχει μοριακό, αλλά ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα. Επομένως, το SiO 2 είναι μια στερεή και πυρίμαχη ουσία. Δεν διαλύεται σε νερό και οξέα, εκτός, όπως γνωρίζετε, υδροφθορικό οξύ, αλλά αντιδρά σε υψηλές θερμοκρασίες με αλκάλια για να σχηματίσει άλατα πυριτικού οξέος - πυριτικά:
Τα πυριτικά μπορούν επίσης να ληφθούν με σύντηξη οξειδίου του πυριτίου (IV) με οξείδια μετάλλων ή ανθρακικά:
Τα πυριτικά άλατα νατρίου και καλίου ονομάζονται διαλυτό γυαλί. Τα υδατικά τους διαλύματα είναι η γνωστή πυριτική κόλλα.
Από διαλύματα πυριτικών αλάτων, με τη δράση ισχυρότερων οξέων πάνω τους - υδροχλωρικό, θειικό, οξικό και ακόμη και ανθρακικό, λαμβάνεται πυριτικό οξύ H 2 SiO 3 (Εικ. 163):
Ρύζι. 163. Ποιοτική αντίδραση σε πυριτικό ιόν
Επομένως, το H 2 SiO 3 είναι ένα πολύ ασθενές οξύ. Είναι αδιάλυτο στο νερό και πέφτει έξω από το μείγμα αντίδρασης με τη μορφή ζελατινώδους ιζήματος, μερικές φορές γεμίζοντας συμπαγώς ολόκληρο τον όγκο του διαλύματος, μετατρέποντάς το σε μια ημιστερεή μάζα παρόμοια με ζελέ ή ζελέ. Όταν αυτή η μάζα στεγνώνει, σχηματίζεται μια εξαιρετικά πορώδης ουσία - πυριτική γέλη, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως ως προσροφητικό - απορροφητής άλλων ουσιών.
Εργαστηριακό πείραμα Νο 40
Παρασκευή πυριτικού οξέος και μελέτη των ιδιοτήτων του
Εφαρμογές πυριτίου. Γνωρίζετε ήδη ότι το πυρίτιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή υλικά ημιαγωγών, καθώς και κράματα ανθεκτικά στα οξέα. Όταν η χαλαζιακή άμμος συντήκεται με άνθρακα σε υψηλές θερμοκρασίες, σχηματίζεται καρβίδιο του πυριτίου SiC, το οποίο είναι δεύτερο μόνο μετά το διαμάντι σε σκληρότητα. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται για το ακόνισμα των κοπτικών μηχανών κοπής μετάλλων και το γυάλισμα πολύτιμων λίθων.
Διάφορα χημικά γυαλικά χαλαζία κατασκευάζονται από λιωμένο χαλαζία, ο οποίος αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες και δεν ραγίζει όταν υποβάλλεται σε ξαφνική ψύξη.
Οι ενώσεις πυριτίου χρησιμεύουν ως βάση για την παραγωγή γυαλιού και τσιμέντου.
Κανονικός τζάμι παραθύρουέχει σύνθεση που μπορεί να εκφραστεί με τον τύπο Na 2 O CaO 6 SiO 2. Παράγεται σε ειδικούς γυάλινους κλιβάνους με σύντηξη μείγματος σόδας, ασβεστόλιθου και άμμου.
Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του γυαλιού είναι η ικανότητα να μαλακώνει και, σε λιωμένη κατάσταση, να παίρνει οποιοδήποτε σχήμα διατηρείται όταν το γυαλί σκληραίνει. Σε αυτό βασίζεται η παραγωγή επιτραπέζιων σκευών και άλλων προϊόντων από γυαλί.
Διάφορα πρόσθετα δίνουν πρόσθετες ιδιότητες στο γυαλί. Έτσι, με την εισαγωγή οξειδίου του μολύβδου, λαμβάνεται κρυστάλλινο γυαλί, το οξείδιο του χρωμίου χρωματίζει το γυαλί σε πράσινο χρώμα, οξείδιο του κοβαλτίου - μπλε κ.λπ. (Εικ. 164).
Ρύζι. 164.
Προϊόντα από έγχρωμο γυαλί
Το γυαλί είναι μια από τις παλαιότερες εφευρέσεις της ανθρωπότητας. Ήδη πριν από 3-4 χιλιάδες χρόνια, η παραγωγή γυαλιού αναπτύχθηκε στην Αίγυπτο, τη Συρία, τη Φοινίκη και την περιοχή της Μαύρης Θάλασσας.
Το γυαλί είναι ένα υλικό όχι μόνο για τους τεχνίτες, αλλά και για τους καλλιτέχνες. Οι Δάσκαλοι έχουν φτάσει σε υψηλή τελειότητα Αρχαία Ρώμη, που ήξεραν να αποκτούν έγχρωμο γυαλί και να φτιάχνουν ψηφιδωτά από τα κομμάτια τους.
Ρύζι. 165.
Βιτρώ στον καθεδρικό ναό της Notre Dame, Chartres
Τα έργα τέχνης από γυαλί είναι απαραίτητα για οποιονδήποτε μεγάλο μουσείοκαι χρωματιστά βιτρό παράθυρα εκκλησιών, μωσαϊκά πάνελ- ζωντανά παραδείγματα αυτού (Εικ. 165). Σε έναν από τους χώρους του παραρτήματος της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών της Αγίας Πετρούπολης υπάρχει ένα ψηφιδωτό πορτρέτο του Πέτρου Α', φιλοτεχνημένο από τον M. V. Lomonosov (Εικ. 166).
Ρύζι. 166.
Μωσαϊκό πορτρέτο του Peter I
Οι τομείς εφαρμογής του γυαλιού είναι πολύ εκτενείς. Αυτό είναι παράθυρο, μπουκάλι, λάμπα, γυαλί καθρέφτη. οπτικό γυαλί - από γυαλιά σε γυαλιά κάμερας. αμέτρητους φακούς οπτικά όργανα- από τα μικροσκόπια στα τηλεσκόπια.
Αλλο σημαντικό υλικό, που λαμβάνεται με βάση ενώσεις πυριτίου, είναι τσιμέντο. Λαμβάνεται με πυροσυσσωμάτωση αργίλου και ασβεστόλιθου σε ειδικούς περιστροφικούς κλιβάνους.
Εάν η σκόνη τσιμέντου αναμειχθεί με νερό, σχηματίζεται τσιμεντοπολτός ή, όπως την αποκαλούν οι οικοδόμοι, " τσιμεντοκονία», που σταδιακά σκληραίνει. Όταν προστίθεται άμμος ή θρυμματισμένη πέτρα στο τσιμέντο ως πληρωτικό, λαμβάνεται σκυρόδεμα. Η αντοχή του σκυροδέματος αυξάνεται εάν εισαχθεί σιδερένιο πλαίσιο, - λαμβάνεται οπλισμένο σκυρόδεμα, από το οποίο κατασκευάζονται Πάνελ τοίχου, μπλοκ δαπέδων, ζευκτά γεφυρών κ.λπ.
Η βιομηχανία πυριτικών παράγει γυαλί και τσιμέντο. Παράγει επίσης πυριτικά κεραμικά - τούβλα, πορσελάνη (Εικ. 167), πήλινα και προϊόντα που κατασκευάζονται από αυτά.
Ρύζι. 167.
Πορσελάνη
Ανακάλυψη πυριτίου. Αν και ήδη στην αρχαιότητα οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν ευρέως ενώσεις πυριτίου στην καθημερινή ζωή, το ίδιο το πυρίτιο ελήφθη για πρώτη φορά το 1824 από τον Σουηδό χημικό J. Ya. Ωστόσο, 12 χρόνια πριν από αυτόν, το πυρίτιο αποκτήθηκε από τους J. Gay-Lussac και L. Thénard, αλλά ήταν πολύ μολυσμένο με ακαθαρσίες.
Η λατινική ονομασία silicium προέρχεται από τη λατινική λέξη silex - «πυρόλιθος». Το ρωσικό όνομα "πυρίτιο" προέρχεται από το ελληνικό krimnos - "γκρεμός, βράχος".
Το πυρίτιο ανακαλύφθηκε και αποκτήθηκε το 1823 από τον Σουηδό χημικό Jens Jacob Berzelius.
Το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο στον φλοιό της γης μετά το οξυγόνο (27,6% κατά μάζα). Βρίσκεται σε ενώσεις.
|
Δομή ατόμου πυριτίου στη θεμελιώδη κατάσταση 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 |
Δομή ατόμου πυριτίου σε διεγερμένη κατάσταση 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 Καταστάσεις οξείδωσης: +4, -4. |
Αλλοτροπία πυριτίου
Το άμορφο και το κρυσταλλικό πυρίτιο είναι γνωστά.
Πολυκρυσταλλικό πυρίτιο
Κρύσταλλο – σκούρο γκρι ουσία με μεταλλική λάμψη, υψηλή σκληρότητα, εύθραυστη, ημιαγωγική. ρ = 2,33 g/cm 3, t°pl. =1415°C; να βράσει. = 2680°C.
Έχει δομή που μοιάζει με διαμάντι και σχηματίζει ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς. Αδρανής.
Αμορφος - καφέ σκόνη, υγροσκοπική, ρομβοειδή δομή, ρ = 2 g/cm 3, πιο δραστική.
Λήψη πυριτίου
1) Βιομηχανία – Θέρμανση άνθρακα με άμμο:
2C + SiO 2 t ˚ → Si + 2CO
2) Εργαστήριο – Θέρμανση άμμου με μαγνήσιο:
Πείραμα 2Mg + SiO 2 t ˚ → Si + 2MgO
Χημικές ιδιότητες
Ένα τυπικό μη μεταλλικό, αδρανές.
Ως αναγωγικός παράγοντας:
1) Με οξυγόνο
Si 0 + O 2 t ˚ → Si +4 O 2
2) Με φθόριο (χωρίς θέρμανση)
Si 0 + 2F 2 →SiF 4
3) Με άνθρακα
Si 0 + C t ˚ → Si +4 C
(SiC - καρβορούνδιο - σκληρό, χρησιμοποιείται για πόντιση και λείανση)
4) Δεν αλληλεπιδρά με το υδρογόνο.
Το σιλάνιο (SiH 4) λαμβάνεται με αποσύνθεση μεταλλικών πυριτιδίων με οξύ:
Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 + 2 MgSO 4
5) Δεν αντιδρά με οξέα (Τμόνο με υδροφθορικό οξύ Σι+4 HF= SiF 4 +2 H 2 )
Διαλύεται μόνο σε μείγμα νιτρικού και υδροφθορικού οξέος:
3Si + 4HNO3 + 18HF →3H2 + 4NO + 8H2O
6) Με αλκάλια (όταν θερμαίνονται):
Ως οξειδωτικός παράγοντας:
7) Με μέταλλα (σχηματίζονται πυριτικά):
Si 0 + 2Mg t˚ →Mg 2 Si -4
Το πυρίτιο χρησιμοποιείται ευρέως στα ηλεκτρονικά ως ημιαγωγός. Οι προσθήκες πυριτίου σε κράματα αυξάνουν τους αντοχή στη διάβρωση. Τα πυριτικά, τα αργιλοπυριτικά άλατα και το πυρίτιο είναι οι κύριες πρώτες ύλες για την παραγωγή γυαλιού και κεραμικών, καθώς και για τον κατασκευαστικό κλάδο.Σιλάνιο - SiH 4
Φυσικές ιδιότητες: Άχρωμο αέριο, δηλητηριώδες, σ.τ. = -185°C, t° βρασμό. = -112°C.
Παρασκευή πυριτικού οξέος
Η επίδραση των ισχυρών οξέων στα πυριτικά - Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓
Χημικές ιδιότητες:
Όταν θερμαίνεται, αποσυντίθεται: H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2
Άλατα πυριτικού οξέος - πυριτικά.
1) με οξέα
Na 2 SiO 3 + H 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 SiO 3
2) με άλατα
Na 2 SiO 3 + CaCl 2 = 2 NaCl + CaSiO 3 ↓
3) Πυριτικά που περιλαμβάνονται στα ορυκτά, σε φυσικές συνθήκεςκαταστρέφονται από το νερό και το μονοξείδιο του άνθρακα (IV) - καιρικές συνθήκες των πετρωμάτων:
(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2) (άστριος) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O) (καολινίτης (άργιλος)) + 4SiO 2 (πυριτία (άμμος)) + K2CO3
Εφαρμογή ενώσεων πυριτίου
Φυσικές ενώσεις πυριτίου - άμμος (SiO 2) και πυριτικά χρησιμοποιούνται για την παραγωγή κεραμικών, γυαλιού και τσιμέντου.
|
Κεραμικά |
|
|
Πορσελάνη= καολίνη + άργιλος + χαλαζίας + άστριος. Η γενέτειρα της πορσελάνης είναι η Κίνα, όπου η πορσελάνη ήταν γνωστή ήδη το 220. Το 1746 ιδρύθηκε η παραγωγή πορσελάνης στη Ρωσία.
|
Faience -από το όνομα της ιταλικής πόλης Faenza. Εκεί που αναπτύχθηκε η κεραμική χειροτεχνία τον 14ο και 15ο αιώνα. Τα πήλινα σκεύη διαφέρουν από την πορσελάνη ως προς την υψηλότερη περιεκτικότητα σε άργιλο (85%) και τη χαμηλότερη θερμοκρασία ψησίματος. |
Πυρίτιο. Όντας στη φύση
κοινό στοιχείο.
Αποτελεί το 27,6% της μάζας φλοιός της γης.
Ωστόσο, σε αντίθεση με τον άνθρακα σε δωρεάν
κατάσταση του πυριτίου δεν εμφανίζεται στη φύση.
Οι πιο κοινές ενώσεις του είναι: SiO 2 - οξείδιο του πυριτίου (IV) και άλατα πυριτικού οξέος–
πυριτικά.
Σχηματίζονται κέλυφος του φλοιού της γης, το οποίο είναι ενεργοποιημένο
Το 97% αποτελείται από ενώσεις πυριτίου.
Το πυρίτιο βρίσκεται σε φυτικούς οργανισμούς και
των ζώων.
Πυρίτιο. Παραλαβή
Στη βιομηχανία, λαμβάνεται πυρίτιο
αποκατάσταση SiO 2 οπτάνθρακα μέσα ηλεκτρικοί φούρνοι:
SiO2 + 2С = 2СO + Si.
Στο εργαστήριο ως αναγωγικοί παράγοντες
χρησιμοποιήστε μαγνήσιο ή αλουμίνιο:
SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si,
SiO2 + 4Al = 2Al2 O3 + 3Si.
Το καθαρότερο πυρίτιο λαμβάνεται με αναγωγή τετραχλωριούχο πυρίτιοσε ζευγάρια
ψευδάργυρος: |
SiCl4 |
2Zn = 2ZnCl2 + Si. |
Πυρίτιο. Φυσικές ιδιότητες
Το κρυσταλλικό πυρίτιο είναι μια σκούρα γκρίζα ουσία με ατσάλινη γυαλάδα.
Κρυσταλλικό πλέγμα τύπου διαμαντιού.
Είναι πολύ σκληρό: γρατσουνίζει το γυαλί.
Πολύ εύθραυστο. Πυκνότητα 2,33 g/cm3.
ΣΕ υπερκαθαρή μορφήχρησιμοποιείται για την κατασκευή ημιαγωγών.
Πυρίτιο σαν ημιαγωγόςέχει το πλεονέκτημα πριν από το γερμάνιο.
Το λεγομενο ηλιακούς συλλέκτες,
που χρησιμεύουν στον άμεσο μετασχηματισμό ηλιακό φως V ηλεκτρική ενέργεια (τροφοδοσία για εγκαταστάσεις ραδιοφώνου διαστημικού σκάφους).
Το πυρίτιο αποτελείται από τρία σταθερά ισότοπα:
14 28 Si, 29 14 Si, 30 14 Si.
Πυρίτιο. Χημικές ιδιότητες
Όσον αφορά τις χημικές ιδιότητες, το πυρίτιο, όπως ο άνθρακας,
είναι ένα μη μέταλλο.
Αλλά η μεταλλικότητα είναι πιο έντονη από αυτή του άνθρακα , αφού έχει μεγάλη ατομική ακτίνα
(0,118 nm).
Άτομα πυριτίου στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας 4 ηλεκτρόνια.
Επομένως, το πυρίτιο χαρακτηρίζεται από κατάσταση οξείδωσης τόσο – 4 όσο και + 4 (η ένωση SiO είναι γνωστή, όπου η κατάσταση οξείδωσης του πυριτίου είναι +2).
Ωστόσο, η ικανότητα να δέχεται ηλεκτρόνια σε πυρίτιο εκφράζεταιπιο αδύναμο από τον άνθρακα.
Επομένως, η σύνδεσή του με το υδρογόνο SiH 4 είναι μικρότερη
ισχυρότερο από το CH4.
Πυρίτιο. Χημικές ιδιότητες
Τα οξέα (εκτός από ένα μείγμα HF και HNO3) δεν έχουν καμία επίδραση στο πυρίτιο. Ωστόσο, αντιδρά με διαλυμένο ή λιωμένοαλκάλια:
Si + 2NaOH + H2O = Na2 SiO3 + H2.
Σε υψηλές θερμοκρασίες, το πυρίτιο συνδυάζεται με τον άνθρακα για να σχηματίσει καρβίδιο του πυριτίου SiC (carborundum).
Αυτό είναι πολύ στερεός, από την οποία κατασκευάζονται πέτρες ακονίσματος και λείανσης. Πολύ ανθεκτικό χημικά.
Όταν θερμαίνεται, το πυρίτιο αντιδρά με πολλά μέταλλα:
Si + 2Mg = Mg2 Si.
Οι ενώσεις μετάλλων με πυρίτιο ονομάζονται πυριτικά.
Το πυρίτιο δεν συνδυάζεται άμεσα με το υδρογόνο, αλλά οι υδρογόνες ενώσεις του είναι γνωστές.
Πυρίτιο. Χημικές ιδιότητες
Σχηματίζουν μια ομόλογη σειρά πυριτικά οξέα(σιλάνες) γενικός τύπος SinH2n+2 (αναλογία με άνθρακα).
Ωστόσο, μόνο οκτώ μέλη της σειράς είναι γνωστά.
Οι δεσμοί Si-H είναι πιο αδύναμοι από τους δεσμούς C-H.
Ως εκ τούτου, τα υδρογονοπυρίτια σε σύγκριση με
οι αντίστοιχοι υδρογονάνθρακες είναι λιγότερο σταθεροί και πιο αντιδραστικοί.
Η απλούστερη ένωση υδρογόνου είναι το σιλάνιο SiH 4 -
που λαμβάνεται με τη δράση του υδροχλωρικού πυριτίου μαγνησίου
οξύ: Mg2 Si + 4HCl = 2MgCl2 + SiH4.
Το σιλάνιο είναι ένα δηλητηριώδες αέριο με δυσάρεστη οσμή,
αναφλέγεται αυθόρμητα στον αέρα:
SiH4 + 2O2 = 2H2 O+ SiO2.
Οξείδιο του πυριτίου (IV).
Το οξείδιο του πυριτίου (IV) ή το πυρίτιο, είναι μια στερεή, πολύ πυρίμαχη ουσία. Διανέμεται στη φύση σε δύο μορφές.
1 . Κρυσταλλικό πυρίτιο – ως ορυκτό χαλαζία και οι ποικιλίες του (φυσικό κρύσταλλο,
χαλκηδόνιος, αχάτης, ίασπης, πυριτόλιθος).
Ο χαλαζίας αποτελεί τη βάση της χαλαζιακής άμμου, που χρησιμοποιείται ευρέως στις κατασκευές και στη βιομηχανία πυριτικών αλάτων.
2. Άμορφο πυρίτιο - ως ορυκτό οπάλιο
σύνθεση SiO 2 · nH 2 0.
Οι γήινες μορφές του άμορφου πυριτίου είναι η γη διατόμων, η τρίπολη (κιλιογενής γη).
Οξείδιο του πυριτίου (IV).
Ένα παράδειγμα τεχνητού άμορφου άνυδρου
το πυρίτιο μπορεί να χρησιμεύσει ως γέλη πυριτίου.
Στους 1710°C λιώνει ο χαλαζίας.
Σε περίπτωση ταχείας ψύξης του λιωμένου
σχηματίζεται μάζα γυαλί χαλαζία.
Το ζεστό γυαλί χαλαζία δεν ραγίζει όταν
γρήγορη ψύξη με νερό, αφού έχει
πολύ χαμηλός συντελεστής διαστολής.
Κατασκευασμένο από γυαλί χαλαζία
εργαστηριακά γυάλινα και επιστημονικά όργανα.
Οξείδιο του πυριτίου (IV). Χημικές ιδιότητες
Σύμφωνα με τις χημικές ιδιότητες, το SiO 2 είναι ανυδρίτη μεταπυριτικούή απλά πυριτικό οξύ H 2 SiO 3.
Κατά τη σύντηξή του με στερεά αλκάλια, βασικά οξείδιακαι σχηματίζονται ανθρακικά και πυριτικά - άλατα πυριτικού οξέος:
SiO2 + 2NaOH = Na2 SiO3 + H2O,
SiO2 + CaO = CaSiO3,
SiO2 + Na2 CO3 = Na2 SiO3 + CO2.
Από οξέα με οξείδιο του πυριτίουΤο (IV) αλληλεπιδρά μόνο
υδροφθορικό οξύ:
SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O.
Χρησιμοποιώντας αυτή την αντίδραση, το γυαλί χαράσσεται.
Πυριτικά οξέα
Το οξείδιο του πυριτίου (IV) δεν διαλύεται στο νερό και μαζί του
δεν αλληλεπιδρά χημικά.
Να γιατί πυριτικό οξύλαμβάνουν έμμεσα
με δράση με οξύ σε πυριτικό διάλυμα
κάλιο ή νάτριο:
SiO3 2 − + 2H+ = H2 SiO3 .
Σε αυτή την περίπτωση, το πυριτικό οξύ (ανάλογα με
συγκεντρώσεις αρχικών διαλυμάτων άλατος και οξέος)
μπορεί να ληφθεί ως ζελατινώδης μάζαπου περιέχει νερό και σε μορφή κολλοειδούς
διάλυμα (sol).
Πυριτικά οξέα
Οξείδιο του πυριτίου (IV).αντιστοιχεί σε μια σειρά οξέων του γενικού τύπου x SiO 2 · y H 2 O όπου x και y είναι ακέραιοι αριθμοί. Για παράδειγμα:
α) x = 1, y = 1 → SiO 2 H 2 O
H 2 SiO 3 – μεταπυριτικό οξύ;
β) x = I, y = 2 → SiO 2 2H 2 O
H 4 SiO 4 – ορθοπυριτικό οξύ;
γ) x-2, y = 1 → 2SiO 2 H 2 O
H 2 Si 2 O 5 – διμετασιλικον οξύ.
Τα πυριτικά οξέα στα οποία λέγονται x >1
πολυπυρίτιο.
Στο νερό, τα πολυπυριτικά οξέα είναι πρακτικά
αδιάλυτος.
Όλα τα πυριτικά οξέα είναι πιο αδύναμα από το ανθρακικό οξύ.
Πυριτικά οξέα, τα άλατά τους
Το H 2 SiO 3 είναι ένα πολύ ασθενές οξύ.
Όταν θερμαίνεται, κατ' αναλογία με το ανθρακικό οξύ,
αποσυντίθεται εύκολα:
H2SiO3 = H2O + SiO2.
Όντας διβασικό οξύ, διασπάται σταδιακά: H 2 SiO 3 H + + НSiO − з,
HSiO3 − H+ + SiO3 2 − .
Άλατα πυριτίου και πολυπυριτίου οξέα λέγονταιπυριτικά.
Η σύνθεσή τους συνήθως απεικονίζεται ως ενώσεις οξειδίων στοιχείων.
Για παράδειγμα, το CaSiO 3 μπορεί να εκφραστεί με τον τύπο
CaO·SiO2.
Πυριτικά οξέα, τα άλατά τους
Τα πυριτικά της σύνθεσης R 2 O nSiO 2, όπου τα R 2 0 είναι οξείδια νατρίου ή καλίου, ονομάζονται διαλυτό γυαλί, και τα συμπυκνωμένα υδατικά διαλύματά τους - υγρό γυαλί.
Αυτό που έχει μεγαλύτερη σημασία είναι ποτήρι με σόδα.
Στην τεχνολογία, λαμβάνεται τόσο με τη σύντηξη χαλαζιακής άμμου με σόδα όσο και με επεξεργασία
άμορφο πυρίτιο συμπυκνωμένο
αλκαλικό διάλυμα:
SiO2 + Na2 CO3 = Na2 SiO3 + CO2,
SiO2 + 2NaOH = Na2 SiO3 + H2O.
Πυριτικά οξέα, τα άλατά τους
Υγρό γυαλί χρησιμοποιείται:
ως συνδετικό υλικό στην κατασκευή ανθεκτικό στα οξέα σκυρόδεμα,
για την κατασκευή στόκων,
κόλλα γραφείου,
εμποτισμός υφασμάτων, ξύλου και χαρτιού για να τους δώσει αντοχή στη φωτιά και αδιάβροχο.
Φυσικές ενώσεις πυριτίου
Ο φλοιός της Γης αποτελείται από οξείδιο του πυριτίου (IV) και
διάφορα πυριτικά.
Τα φυσικά πυριτικά έχουν σύνθετη σύνθεσηΚαι
δομή.
Μπορούν να θεωρηθούν ως άλατα πολυπυριτικών οξέων.
Εδώ είναι η σύνθεση ορισμένων φυσικών πυριτικών:
άστριος: K 2 O A1 2 0 3 6SiO 2 ;
μαρμαρυγία: K2 O 3A12 03 6SiO2 2H2 O;
αμίαντος: 3MgO 2SiO2 2H2O;
καολινίτης: A12 03 2SiO2 2H2 O.
Φυσικές ενώσεις πυριτίου
Από τα πυριτικά που παρατίθενται, τα αργιλοπυριτικά είναι ο άστριος, ο καολινίτης και η μαρμαρυγία.
Τα πιο συνηθισμένα στη φύση είναι
αργιλοπυριτικά, όπως οι άστριοι.
Μείγματα διαφόρων πυριτικών είναι επίσης κοινά.
Ετσι, βράχους– γρανίτες και γνεύσιοι – αποτελούνται από κρυστάλλους χαλαζία, άστριο και μαρμαρυγία.
Βράχοι και ορυκτά στην επιφάνεια της γης από κάτω
με τη δράση της θερμοκρασίας, και στη συνέχεια της υγρασίας και του οξειδίου
ο άνθρακας (IV) διαβρώνεται, δηλ. καταρρέουν σιγά σιγά.
Φυσικές ενώσεις πυριτίου
Η διαδικασία διάβρωσης του άστριου μπορεί να είναι
εκφράζω με εξίσωση:
K2 O Al2 O3 6SiO2 + 2H2 O + CO2 =
Al2 O3 2SiO2 2HO + K2 CO3 + 4SiO2.
Το κύριο προϊόν των καιρικών συνθηκών είναι ορυκτόκαολινίτης - Σπίτι συστατικόλευκός πηλός.
Ως αποτέλεσμα της διάβρωσης των πετρωμάτων, σχηματίστηκαν στο έδαφος αποθέσεις αργίλου, άμμου και αλάτων.
Κατασκευασμένο από τεχνητά πυριτικά υψηλότερη τιμή
έχουν γυαλί, τσιμέντο και κεραμικά.
Γυαλί λήψης
Η σύνθεση του συνηθισμένου γυαλιού παραθύρου είναι περίπου
εκφράζεται με τον τύπο Na2O·CaO·6SiO2.
Το γυαλί παράγεται με τη σύντηξη ενός μείγματος σόδας Na 2 CO 3, κιμωλίας CaCO 3 και λευκής άμμου SiO 2 σε ειδικούς κλιβάνους.
Πρώτον, σχηματίζονται πυριτικά νάτριο και ασβέστιο:
SiO2 + Na2 CO3 = Na2 SiO3 + CO2,SiO3 + CO2 + 2SO2.
Για να ληφθεί ειδικό γυαλί, αλλάζει η σύνθεση του αρχικού μείγματος.
Αντικαθιστώντας τη σόδα Na 2 CO 3 με ποτάσα K 2 CO 3, παίρνουμε
πυρίμαχο γυαλί για χημικά γυαλικά.
Γυαλί λήψης
Αντικατάσταση της κιμωλίας CaCO 3 με οξείδιο του μολύβδου (II) PbO,
πάρτε κρυστάλλινο γυαλί.
Προσθήκες οξειδίων μετάλλων στο αρχικό μείγμα
δώστε στο ποτήρι διαφορετικά χρώματα.
Έτσι, το οξείδιο του χρωμίου (III) Cr 2 O 3 δίνει ένα πράσινο χρώμα, το οξείδιο του κοβαλτίου (II) CoO δίνει ένα μπλε χρώμα, το οξείδιο του μαγγανίου (IV) MnO 2 δίνει ένα κοκκινωπό-μοβ χρώμα, κ.λπ.
Το γυαλί χρησιμοποιείται για την κατασκευή ινών και υφασμάτων για τεχνικές ανάγκες.
Λήψη τσιμέντου
Το τσιμέντο Πόρτλαντ είναι στυπτική ουσία σε σκόνη, που όταν αναμειγνύονται
σκληραίνει με νερό στον αέρα και στο νερό
πέτρινη μάζα.
Συνήθως λαμβάνεται με ψήσιμο (1400 - 1600 °C) ενός ακατέργαστου μείγματος που αποτελείται από ασβεστόλιθο και άργιλο.
Η φρύξη πραγματοποιείται σε ειδικούς κυλινδρικούς περιστροφικούς κλιβάνους.
Η προκύπτουσα συντηγμένη κοκκώδης μάζα ονομάζεται κλίνκερ. Αυτό είναι ένα ημικατεργασμένο προϊόν.
Κλίνκερ με κατάλληλα πρόσθετα αλέθετε σε λεπτή σκόνησε σφαιρόμυλους
και πάρτε το τελικό προϊόν.
Λήψη τσιμέντου
Στη φύση υπάρχουν πετρώματα που περιέχουν
ασβεστόλιθος και άργιλος στις αναλογίες που απαιτούνται για την απόκτηση Τσιμέντο Πόρτλαντ.
Λέγονται μάργες. Δουλεύουν στη βάση τους
μεγάλα εργοστάσια τσιμέντου.
Συχνά το ακατέργαστο μείγμα παρασκευάζεται τεχνητά.
Με την προσαρμογή της σύνθεσης των μειγμάτων, προκύπτουν διαφορετικοί τύποι
τσιμέντο:
γρήγορη σκλήρυνση,
ανθεκτικό στον παγετό,
ανθεκτικό στη διάβρωση κ.λπ.
Λήψη τσιμέντου
Κατασκευασμένο από μείγμα τσιμέντου, νερού και αδρανών (άμμος, χαλίκι, θρυμματισμένη πέτρα, σκωρία) αφού σκληρύνουν
πάρτε τεχνητή πέτρα - σκυρόδεμα.
Το μείγμα αυτών των υλικών πριν από τη σκλήρυνση ονομάζεται μίγμα σκυροδέματος.
Κατά τη σκλήρυνση, η πάστα τσιμέντου δένει τους κόκκους των αδρανών.
Η σκλήρυνση συμβαίνει ακόμη και στο νερό.
Σκυρόδεμα με χαλύβδινη ενίσχυση (εσωτερικό πλαίσιο)
που ονομάζεται οπλισμένο σκυρόδεμα.
Σκυρόδεμα και οπλισμένο σκυρόδεμα σε μεγάλες ποσότητεςπηγαίνετε στην κατασκευή υδροηλεκτρικούς σταθμούς, αγαπητός , φέρουσες κατασκευές κτιρίων.
Λήψη τσιμέντου
Τα σκυρόδεμα έχουν επίσης αναπτυχθεί και παραχθεί σε
που χρησιμοποιούνται ως συνδετικό υλικό
οργανικά πολυμερήή πολυμερή μαζί με
τσιμέντο.
Πρόκειται για τα λεγόμενα πλαστικά σκυροδέματα, τα οποία έχουν ειδικές ιδιότητες.
Ανήκει η παραγωγή γυαλιού, τσιμέντου και κεραμικών βιομηχανία πυριτικών,
επεξεργασίαφυσικές ενώσειςπυρίτιο
Περιγράφω ηλεκτρονική δομήάτομα πυριτίου και υποδεικνύουν τις χαρακτηριστικές καταστάσεις οξείδωσής τους.
Ονομάστε φυσικές ενώσεις πυριτίου.
Ποια είναι τα φυσικά και Χημικές ιδιότητεςπυρίτιο;
Χαρακτηρίστε τις πιο σημαντικές χημικές ιδιότητες του οξειδίου του πυριτίου (IV).
Πώς μπορούμε να λάβουμε πυριτικό οξύ από πυρίτιο; Να γράψετε τις εξισώσεις για τις αντίστοιχες αντιδράσεις.
Τι είναι τα πυριτικά;
Γράφω ιοντική εξίσωσηυδρόλυση πυριτικού νατρίου. Ποιες βιομηχανίες ανήκουν στη βιομηχανία πυριτικών;
Η εφεύρεση στοχεύει στην παραγωγή πυριτίου από το οξείδιο του με τη μορφή κράματος πυριτίου και σιδήρου με μείωση του πυριτίου και των οξειδίων του σιδήρου από ένα φορτίο χύδην με χαμηλή περιεκτικότητα σε πυρίτιο με στερεό άνθρακα σε θερμοκρασίες λίγο πάνω από το σημείο τήξης του πυριτίου. Η μέθοδος περιλαμβάνει το σχηματισμό ενός όγκου αντίδρασης ενός κλιβάνου με βάση το φθοριούχο νάτριο, τη δημιουργία ενός καθεστώτος θερμικής τήξης στον όγκο αντίδρασης, τη φόρτωση στον όγκο αντίδρασης ενός φορτίου που περιέχει οξείδια του πυριτίου, του σιδήρου και της αλουμίνας και ανθρακούχο αναγωγικό παράγοντα, τήξη του φορτίου στους 1450 - 1550°C και απομάκρυνση του προϊόντος τήξης από τον όγκο αντίδρασης. Τα απόβλητα γραφίτη από την επένδυση ηλεκτρολυτικών στοιχείων αλουμινίου χρησιμοποιούνται ως ανθρακούχο αναγωγικό παράγοντα. 1 z. είδη f-ly, 1 τραπέζι.
Η εφεύρεση αναφέρεται στην πυρομεταλλουργία, ιδιαίτερα στην παραγωγή πυριτίου από το οξείδιο του, και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή σιδηροπυριτίου. Η αντίδραση της αναγωγής του οξειδίου του πυριτίου με τον άνθρακα είναι γνωστή:
SiO 2 +2C--->Si+2CO (1)
Σύμφωνα με την εργασία, η μεταβολή στο θερμοδυναμικό δυναμικό Gibbs μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση:
G 0 T = 697390-359,07T,
Ως εκ τούτου G0T = 0, και Kρ = 1 στους 1943 K (1670 o C). Αυτό σημαίνει ότι θεωρητικά, για να ξεκινήσει η αναγωγή του πυριτίου με στερεό άνθρακα σύμφωνα με την αντίδραση (1), απαιτείται θερμοκρασία 1670 o C. Υπάρχει μια γνωστή ηλεκτροθερμική μέθοδος για την παραγωγή πυριτίου με τη μορφή της ένωσης του με άνθρακα (καρβίδιο του πυριτίου. ) με αναγωγή του οξειδίου του πυριτίου με άνθρακα σε ισχυρούς ηλεκτρικούς κλιβάνους. ΣΕ γνωστή μέθοδοςΗ χρέωση για την παραγωγή καρβιδίου του πυριτίου αποτελείται από οξείδιο του πυριτίου με τη μορφή χαλαζιακής άμμου και πετρελαϊκού κωκ. Η αναγωγή του οξειδίου του πυριτίου με άνθρακα οπτάνθρακα πραγματοποιείται σε θερμοκρασίες 2200-2500 o C, ενώ το θερμαντικό στοιχείο του κλιβάνου είναι ένας πυρήνας από σβώλο άνθρακα. Όταν το SiO 2 ανάγεται με άνθρακα, το καρβίδιο του πυριτίου ως το προϊόν στόχος σχηματίζεται σε στερεή μορφή από την αντίδραση:
SiO 2 +3C--->SiC+2CO (2)
G 0 T = 555615-322,11 T cal,
Ως εκ τούτου G0T = 0, και Kρ = 1 στους 1725 K (1452 o C). Το μειονέκτημα της γνωστής μεθόδου για την παραγωγή πυριτίου με τη μορφή καρβιδίου του πυριτίου είναι θερμότηταεπεξεργάζομαι, διαδικασία. Υπάρχει μια ηλεκτροθερμική μέθοδος για την παραγωγή πυριτίου με τη μορφή του κράματος του με αλουμίνιο (πυριτικό αλουμίνιο) με κοινή αναγωγή πυριτίου και οξειδίων αλουμινίου με άνθρακα. Στη γνωστή μέθοδο, το φορτίο για την παραγωγή πυριτίου αποτελείται από χαλαζίτη (SiO 2), αλουμίνα (Al 2 O 3) και μουλλίτη (3Al 2 O 3 2SiO 2), άνθρακας αερίου και οπτάνθρακας πετρελαίου χρησιμοποιούνται ως αναγωγικός παράγοντας. Η αναγωγή Mullite περιγράφεται από την εξίσωση:
2/13(3Al 2 O 3 2SiO 2)+ 2C--->4/13Si+12/13Al+2CO (3)
G 0 T = 810828-365,1 T cal,
Ως εκ τούτου G0T = 0, και Kρ = 1 στους 2221 K (1947 o C). Το μειονέκτημα της ηλεκτροθερμικής μεθόδου για την παραγωγή πυριτίου με τη μορφή πυριτίου αλουμινίου είναι η υψηλή θερμοκρασία της διεργασίας και η σχετική ανάγκη χρήσης κλιβάνων αναγωγής μεταλλεύματος. Υπάρχει μια γνωστή μέθοδος για την παραγωγή μετάλλων και κραμάτων, συμπεριλαμβανομένου του πυριτίου με τη μορφή του κράματος του με σίδηρο, που επιλέγεται ως το πλησιέστερο ανάλογο. (RF Patent N 2130500, C 22 B 5/10, 1999). Η μέθοδος περιλαμβάνει το σχηματισμό ενός όγκου αντίδρασης ενός κλιβάνου με βάση ένα αλογονίδιο αλκαλικού μετάλλου, τη δημιουργία ενός τρόπου τήξης μεταλλεύματος στον όγκο αντίδρασης του κλιβάνου, τη φόρτωση ενός φορτίου που περιέχει οξείδια του πυριτίου, του σιδήρου και της αλουμίνας και έναν ανθρακούχο αναγωγικό παράγοντα σε τον όγκο της αντίδρασης, μειώνοντας την τήξη του φορτίου και αφαιρώντας το προϊόν τήξης από τον όγκο αντίδρασης. Ο στόχος της εφεύρεσης είναι να ληφθεί πυρίτιο από το οξείδιο του με τη μορφή κράματος πυριτίου με σίδηρο (σιδηροπυρίτιο), με αναγωγή του πυριτίου και των οξειδίων του σιδήρου με στερεό άνθρακα από ένα φορτίο χύδην με χαμηλή περιεκτικότητα σε πυρίτιο και υψηλή περιεκτικότητα σε αλουμίνα σε θερμοκρασίες λίγο πάνω από το σημείο τήξης του πυριτίου. Αυτό το τεχνικό αποτέλεσμα επιτυγχάνεται από το γεγονός ότι στη μέθοδο παραγωγής πυριτίου από το οξείδιο του, συμπεριλαμβανομένου του σχηματισμού όγκου αντίδρασης ενός κλιβάνου με βάση ένα αλογονίδιο μετάλλου αλκαλίου, η δημιουργία ενός τρόπου τήξης μεταλλεύματος στον όγκο αντίδρασης ο κλίβανος, φορτώνοντας ένα φορτίο που περιέχει χύδην οξείδια πυριτίου, σιδήρου και αλουμίνας στον όγκο αντίδρασης του κλιβάνου και έναν ανθρακούχο αναγωγικό παράγοντα, μείωση της τήξης του φορτίου και αφαίρεση του προϊόντος τήξης από τον όγκο αντίδρασης, χρησιμοποιείται φθοριούχο νάτριο ως ένα αλογονίδιο αλκαλιμετάλλου, και η τήξη πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 1450-1550 o C, ενώ τα απόβλητα γραφίτη από την επένδυση των ηλεκτρολυτών αλουμινίου χρησιμοποιούνται ως αναγωγικός παράγοντας. Η μέθοδος εκτελείται ως εξής. Το φθοριούχο νάτριο φορτώνεται στο λουτρό ενός ηλεκτρικού κλιβάνου αναγωγής μεταλλεύματος, επενδεδυμένο με ανθρακούχο μάζα ή αντιπροσωπεύει ένα υδρόψυκτο μεταλλικό περίβλημα, τήκεται σε λειτουργία τόξου και φέρεται σε υγρή κατάσταση με ορυκτό-θερμικό τρόπο. Στη συνέχεια, ένα φορτίο χύδην που περιέχει οξείδια πυριτίου και σιδήρου (η περιεκτικότητα σε αλουμίνα μπορεί να φτάσει αρκετά τοις εκατό) φορτώνεται στο λουτρό του κλιβάνου. Μετά από αυτό, μια στοιχειομετρική ποσότητα ανθρακούχου αναγωγικού παράγοντα φορτώνεται στο λουτρό του κλιβάνου. Ο στερεός άνθρακας που επιπλέει στην επιφάνεια του τήγματος μειώνει τα οξείδια του πυριτίου και του σιδήρου που είναι διαλυμένα στο τήγμα του φθοριούχου νατρίου και το κράμα μετάλλου που προκύπτει πέφτει στον πυθμένα του κλιβάνου. Ο κύκλος φόρτωσης της γόμωσης στο τήγμα - αναγωγή επαναλαμβάνεται πολλές φορές, ενώ το σιδηροπυρίτιο που προκύπτει παραμένει στον κλίβανο (τήξη σε τεμάχιο) ή απομακρύνεται μέσω της εξόδου του κλιβάνου. Η χρήση του φθοριούχου νατρίου, το οποίο έχει σημείο τήξης 996 o C, εξηγείται από το γεγονός ότι η πυκνότητά του σε τηγμένη μορφή είναι 1,961 g/cm 3 . Το πυρίτιο, που έχει πυκνότητα 2,42 g/cm3, ανάγεται από πυρίτιο διαλυμένο σε φθοριούχο νάτριο, κατεβάζεται στον πυθμένα του κλιβάνου. (Οι προσπάθειες αποκατάστασης του πυριτίου από το οξείδιο του διαλυμένο σε τήγμα αργυραδάμαντα CaF 2 οδήγησαν στο γεγονός ότι το ανηγμένο πυρίτιο επέπλεε στην επιφάνεια του τήγματος του φθοριούχου ασβεστίου με πυκνότητα 2,599 g/cm 3 και οξειδώθηκε - κάηκε). Ένα παράδειγμα της προτεινόμενης μεθόδου. Το πείραμα χρησιμοποίησε έναν φούρνο ηλεκτρικού τόξου RKZ-2FS-N1, ο οποίος είχε ένα λουτρό με διάμετρο 1435 mm, επενδεδυμένο με γραφίτη και εξοπλισμένο με μια οπή εξόδου στο μεσαίο τμήμα του περιβλήματος. Η τάση τροφοδοτήθηκε στον κλίβανο μέσω τριών ηλεκτροδίων γραφίτη διαμέτρου 150 mm, που τροφοδοτούνταν από έναν τριφασικό μετασχηματιστή ισχύος 2000 kVA. Φθοριούχο νάτριο (περιεκτικότητα σε NaF - 80%) σε ποσότητα 1000 kg και 50 kg επιμεταλλωμένων σφαιριδίων για την ανάφλεξη του τόξου φορτώθηκαν στο λουτρό του κλιβάνου. Το φθοριούχο νάτριο τήχθηκε σε τρόπο λειτουργίας τόξου και φέρθηκε σε ρευστή κατάσταση σε ορυκτό-θερμικό τρόπο. Το ύψος του τήγματος φθοριούχου νατρίου ήταν 180 mm. Όταν το τήγμα έφτασε σε θερμοκρασία 1370 o C, 1000 kg μεταλλεύματος με μέγεθος σωματιδίων 0,1-5,0 mm από τα ακόλουθα φορτώθηκαν στο τήγμα χημική σύνθεση(%): Si02 - 70,3; Al 2 O 3 - 4,46; CaO - 4,39; Fe 2 O 3 - 3,52; MgO - 0,84; V 2 O 3 - 0,67; Pb - 0,05; Zn - 0,05; Cu - 0,03; Corg - 7,64; Σύνολο - 1.12. Όταν το τήγμα έφτασε σε θερμοκρασία 1550 o C, φορτώθηκαν στο τήγμα 500 kg αλάτων με μέγεθος σωματιδίων 5-20 mm, σχεδόν εξ ολοκλήρου αποτελούμενη από οξείδιο του σιδήρου FeO. Ως αναγωγικός παράγοντας χρησιμοποιήθηκε μεταλλουργικός οπτάνθρακας μεγέθους σωματιδίων 10-50 mm, που περιείχε 80% άνθρακα, σε ποσότητα 300 kg. Η διαδικασία αναγωγής καταγράφηκε με την καύση μονοξειδίου του άνθρακα πάνω από το λουτρό του κλιβάνου. Η διάρκεια της τήξης από την έναρξη της φόρτωσης ήταν 4 ώρες. 20 λεπτά, μετά τα οποία το μέταλλο και η σκωρία χύθηκαν μέσω της εξόδου του κλιβάνου στη δεξαμενή σκωρίας.
