Конспект урока: Кремний и его соединения. Силикатная промышленность

Для начала познакомимся с понятием силикатной промышленности. 

Теперь более детально рассмотрим производство каждого материала. Начнём с цемента.

Цемент

Рисунок 1. Печь для получения цемента

Цемент — современный связующий материал, который получают спеканием известняка и глины в специальных вращающихся печах при температуре 
1 500 °С.

 

Главный компонент известняка — карбонат кальция. При его обжиге протекает реакция разложения:
 

${\mathrm{CaCO}}_3 = \mathrm{CaO} + {\mathrm{CO}}_2$.

 

В составе глины содержатся оксид алюминия ${\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3$, оксид кремния ${\mathrm{SiO}}_2$ и немного оксида железа (III) ${\mathrm{Fe}}_2{\mathrm{O}}_3$.

Кислотный оксид кремния, основный оксид кальция и амфотерные оксиды алюминия и железа спекают и образуется клинкер. Далее его охлаждают и размалывают в порошок, добавляют алебастр (${\mathrm{CaSO}}_4 · 5{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$), перемешивают и расфасовывают в бумажные мешки.

Для образования цементного раствора цемент смешивают с песком и водой. Некоторое время спустя вода начинает взаимодействовать с компонентами смеси, и цементный раствор приобретает твёрдость камня.

Стекло  

В качестве сырья для производства стекла используется сода (${\mathrm{Na}}_2{\mathrm{CO}}_3$), известняк (главным образом карбонат кальция ${\mathrm{CaCO}}_3$) и песок (основной компонент — оксид кремния ${\mathrm{SiO}}_2$).

Стекло варят. Перечисленные вещества сплавляют, карбонаты металлов разлагаются и взаимодействуют с кислотным оксидом кремния. Расплав застывает в хрупкую прозрачную массу — стекло. Состав стекла можно выразить формулой: ${\mathrm{Na}}_2\mathrm{O} · \mathrm{CaO} · 6{\mathrm{SiO}}_2$.

Рисунок 2. Цветное стекло

При этом существует несколько видов стекла: кварцевое, термостойкое, огнеупорное, оптическое и пр. Для получения цветного стекла в расплавленную смесь добавляют оксиды металлов различных цветов.

Стекло — аморфное вещество, при нагревании размягчается, и ему можно придать любую форму.

Рисунок 3. Оптическое волокно

Если оксид кальция заменить на оксид свинца (IV) ${\mathrm{PbO}}_2$, получится хрусталь. Он более прозрачен и сильно преломляет лучи света, а также издаёт звон.

 

Из чистейшего кварцевого стекла изготавливают оптическое волокно. Оно имеет прозрачную сердцевину, что препятствует проникновению света через боковую стенку волокна. Пучки оптических волокон используют для передачи телевизионных программ, телефонных разговоров и сигналов для компьютерной техники.

Теперь поговорим о керамике.

Керамика

В общем смысле керамика — изделия из обожжённой глины. К ним относят и керамическую облицовочную плитку, и керамическую посуду.

Глина представляет с собой смесь каолина и многих других веществ. Очень чистая глина каолин ${\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3 · 2{\mathrm{SiO}}_2 · 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ применяется для изготовления фарфора. Для производства кирпичей используют глину, которая содержит много железа, оно придаёт кирпичам красную окраску.

Рисунок 4. Керамическая посуда

Изготовление керамических изделий включает три стадии:

 

формовку → сушку → обжиг.

 

Фарфор — керамическое изделие, изготовленное из белой глины со специальными добавками и отличающееся непористым строением. Предметы из тонкого фарфора могут немного пропускать свет.

 

Фаянс также представляет собой керамическое изделие. В отличие от фарфора, он непрозрачен и имеет пористую структуру. Из него изготавливают посуду, архитектурные детали и сантехнику.

Мы рассмотрели несколько областей силикатной промышленности, которая является неотъемлемой частью человеческой деятельности.