- •Термохімія. Закон Гесса та його застосування
- •2 Основні поняття хімічної термодинаміки. Внутрішня енергія ентальпія 1 закон термодинаміки..
- •3. Ентропія. Змінаентропії у фізичних та хімічних процесах. Іі закон термодинаміки.
- •4. Зміна ізобарного та ізохорного потенціалів в результаті перебігу хімічних процесів.
- •6) Молекулярність та порядок хімічної реакції.
- •7 . Залежність швидкості хімічної реакції від температури
- •8. Енергія активації. Каталіз
- •9. Хімічна рівновага в гомогенних та гетерогенних процесах . Зміщення хімічної рівноваги . Принцип Ле Шательє.
- •11 . Розчини. Закони Рауля
- •12) Осмотичний тиск розчинів. Зворотній осмос.
- •13. Класифікація поверхневих явищ. Поверхнева енергія і поверхневий натяг. Адсорбція.
- •14. Класифікація дисперсних систем
- •16) Міцелярна будова колоїдних розчинів.
- •17. Золі, драглі, тиксотропія.
- •Коагуляція
- •18. Коагуляція. Поріг коагуляції
- •19. Силіцій в природі . Властивості сполук силіцію .
- •23.Діаграми стану двокомпонентної системи з хімічною сполукою, що плавиться конгруентно
- •24. Діаграма стану двокомпонентної системи з хімічною сполукою, що плавиться інконгруентно
19. Силіцій в природі . Властивості сполук силіцію .
Силі́цій (Si) – хімічний елемент з атомним номером 14, проста речовина якого, кремній, утворює темно-сірі зі смолистим блиском крихкі кристали з гранецентрованою кубічною ґраткою типу алмазу.
Поширення в природі
За поширеністю на Землі Силіцій займає друге місце серед хімічних елементів (27,6% маси земної кори). У вільному стані в природі проста речовина Силіцію, кремній, не зустрічається, проте його в значних кількостях отримують штучно для потреб промисловості. Найбільш поширеними сполуками силіцію є діоксид силіцію SiO2 (силікатний ангідрид або кремнезем) і солі силікатної кислоти — силікати, що є основою всіх гірських порід. У невеликих кількостях сполуки силіцію входять також до складу організмів рослин. Близько 12 % літосфери складає кварц SiO2 і його різновиди, а 75 % складають різні силікати і алюмосилікати (польові шпати, слюди, амфіболи). Середній вміст кремнію (в масових %): в кам'яних метеоритах 18, ультраосновних гірських породах 19, основних 24, середніх 26, кислих 32,3, глинах 7,3, пісковиках 36,8, карбонатних гірських породах 2,4; у воді океанів 3·10-4 %.
Хімічні властивості
. Силан можна одержати при дії хлоридної кислоти на силіцид магнію:
Mg2Si + 4HCl = 2MgCl2 + SiH4↑
Силан — безбарвний газ, який на повітрі самозаймається:
SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O
З кислотами силіцій не взаємодіє, але з їдкими лугами реагує досить енергійно, особливо аморфний, з утворенням солі силікатної кислоти з виділенням водню:
Si + 2KOH + H2O = K2SiO3 + 2H2 ↑
Природні сполуки силіцію
Більшість природних сполук силіцію являють собою похідні полісилікатних кислот. Коли до складу полісилікатів входить алюміній, тоді їх називають алюмосилікатами. Більшість гірських порід складаються з алюмосилікатів. До найпростіших полісилікатів і алюмосилікатів належать
азбест CaMg3Si4O12, або CaO • 3MgO • 4SiO2;
польовий шпат (ортоклаз) K2Al2Si6O16, або K2O • Al2O3 • 6SiO2;
каолін H4Al2Si2O9, або Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O;
калійна слюда H4K2Al6Si6O24, або K2O • 3Al2O3 • 6SiO2 • 2H2O.
Природні силікати під впливом вологи і вуглекислого газу повітря повільно руйнуються (вивітрюються). Наприклад, розклад польового шпату (ортоклазу) схематично можна представити таким рівнянням: K2O • Al2O3 • 6SiO2 + CO2 + 2H2O = K2CO3 + Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O + 4SiO2
Поташ вимивається водою, а каолін утворює глину з домішками піску. Оскільки польовий шпат у природі дуже поширений, то і глина утворюється в дуже значних кількостях
21. Цеме́нт — мінеральна в'яжуча порошкоподібна речовина. Після затворення водою з рідкого або тістоподібного стану переходить у твердий каменеподібний стан при звичайній температурі. Один з основних будівельних матеріалів, в'яжучий засіб при виготовленні бетону.
У виробництві цементу використовуються переважно легкоплавкі глини, аргіліти і глинисті сланці, що складають частину цементної шихти. Другою основною її складовою є карбонатні породи.
Сировиною для виробництва цементу служать вапняк і глина, які змішують у певному співвідношенні (75—80% вапняку і 20— 25% глини) випалюють до спікання при температурі близько 1450 °C. Випалювання проводять у спеціальних циліндричних печах, викладених всередині вогнетривким матеріалом. Сучасні потужні цементні печі досягають у довжину 185 м і мають внутрішній діаметр до 5 м. їх встановлюють дещо нахиленими. Шихту завантажують у верхній кінець печі. Піч повільно обертається, і завантажений матеріал, пересипаючись, рухається до нижнього кінця, назустріч розжареним газам — продуктам горіння палива (розпиленого вугілля або горючих газів).
При обпаленні в цементному матеріалі послідовно відбуваються такі головні хімічні перетворення. При 100—120°С випаровується волога. При 500 °C вигоряють органічні домішки. При 800—1000°С розкладається вапняк:
CaCO3 = CaO + CO2 ↑
При 1000—1300°С оксид кальцію взаємодіє з діоксидом силіцію SiO2 і Al2O3 з глини з утворенням силікатів і алюмінатів кальцію:
3CaO + SiO2 = 3CaO • SiO2 (Ca3SiO5)
2CaO + SiO2 = 2CaO • SiO2 (Ca2SiO4)
3CaO + Al2O3 = 3CaO • Al2O3 (Ca3(AlO3)2)
При 1300—1450°С відбувається спікання утворених силікатів і алюмінатів кальцію.
Куски спеклої цементної маси, яку називають клінкером, вивантажуються з нижнього кінця печі і після охолодження розмелюються, внаслідок чого утворюється сіро-зелений порошок, який і називають цементом.
Склад цементу виражають звичайно процентним вмістом CaO, SiO2, Al2O3 і Fe2O3. До складу цементу як домішки входять і інші речовини. Звичайний, або так званий силікатний, цемент містить: CaO (60—67%); SiO2 (17—25%); Al2O3 (3—8%); Fe2O3 (0,3-6%).
Твердіння. При змішуванні з водою частинки портландцементу починають розчинятися, причому одночасно може відбуватися гідроліз (розкладання водою) і гідратація (приєднання води) продуктів розчинення з утворенням гідратних сполук. За цією схемою взаємодіють з водою головні компоненти клінкеру Аліт З 3 S і білить З 2 S:
2 (3СаО · SiO 2) + 6Н 2 O → З C АТ · SiO 2 · 3Н 2 О + 3Са (ОН) 2
2 (2СаО · SiO 2) + 4Н 2 О → 3СаО · SiO 2 · 3Н 2 О + Са (ОН) 2
Трехкальциевого силікат З 3 S взаємодіє з водою набагато активніше, ніж С 2 S; при взаємодії силікатів кальцію з водою виділяється розчинний у воді компонент Са (ОН) 2-створює лужну реакцію в твердіючих цементів; З 3 S виділяє Са (ОН) 2 в 3 рази більше, ніж С 2 S; загальна кількість Са (ОН) 2 досягає 15% від маси цементного каменю.
Алюмінат кальцію С 3 А піддається тільки гідратації. Цей процес іде дуже швидко з утворенням великих кристалів 3СаО · А1 2 О 3 + 6Н 2 О → 3СаО · А1 2 О 3 · 6Н 2 О
Добавка гіпсу, що вводиться при помелі клінкеру, уповільнює схоплювання цементу на кілька годин через утворення еттрінгіта 3СаО · А1 2 О 3 · 3Са S О 4 · (31-33) Н 2 О, володіє розгорнутої поверхнею та екранування частинок мінералу С 3 А .
Чотирьохкальцієвого алюмоферріт З 4 А F взаємодіє з водою повільніше, ніж С 3 А, утворюючи гідроалюмінат і гідроферріт кальцію.
4CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 + 12 H 2 O → 3CaO · Al 2 O 3 · 6H 2 O + CaO · Fe 2 O 3 · 6H 2 O
Основний продукт твердіння портландцементу - гідросилікати кальцію - практично нерозчинні у воді. Вони випадають з розчину спочатку у вигляді гелю Гель гідросилікатів кальцію з часом кристалізується. Решту продуктів взаємодії клінкеру з водою також беруть участь у формуванні структури цементного каменю і, також впливають на його властивості. Процес гідратації зерен портландцементу через малу їх розчинності розтягується на тривалий час. Процес може протікати при наявності води в твердіє матеріалі. Якість цементу прийнято оцінювати за міцністю, набираемой їм через 28 діб тверднення.