Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Попель

§ 29. Силікати. Силікатні матеріали

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • розширити свої знання про силікати;
  • отримати інформацію про силікатні матеріали та їх використання.

Силікати. Сполука SiO2 є кислотним оксидом. На запитання «Яка кислота походить від силіцій(ІV) оксиду?» зазвичай відповідають: «Силікатна кислота1 H2SiO3». Але відомо багато силікатів — природних і добутих у лабораторії, які містять не лише йони SiO2-3 , а і йони інших силікатних кислот — SiO4-4, Si2O2-5 тощо. Склад мінералів, які є силікатами, часто подають за допомогою формул оксидів (мал. 83).

Мал. 83. Силікатні мінерали

1 Точна назва сполуки — метасилікатна кислота.

Силікати нерозчинні у воді (за винятком солей лужних елементів), термічно стійкі й тугоплавкі. Мінерал каолініт є основою глини.

Більшість силікатів — хімічно пасивні сполуки. Лише водорозчинні солі Натрію і Калію вступають у реакції обміну з кислотами, іншими солями.

Розчини метасилікатів Na2SiO3 і K2SiO3 іноді називають рідким склом. Розчин солі Na2SiO3 — це відомий силікатний клей. Рідке скло використовують для просочування деревини з метою надання їй вогнетривкості.

Із силікатним клеєм можна провести цікавий дослід. Якщо цей клей розбавити водою і помістити в рідину кристалики забарвлених, розчинних у воді солей, наприклад ферум(ІІІ) хлориду, купрум(ІІ) сульфату, манган(ІІ) сульфату, нікель(ІІ) сульфату, то із них повільно виростатимуть різнобарвні «хімічні водорості» (мал. 84). Це — суміші нерозчинних силікатів, гідроксидів і силікатної кислоти.

Мал. 84. Хімічні водорості

Силікатні матеріали. Силікати широко використовують на практиці, насамперед у будівництві. Найважливішими силікатними матеріалами є скло, кераміка, цемент.

Скло (звичайне, або віконне) — однорідна суміш (твердий розчин) силікатів Натрію та Кальцію і силіцій(ІV) оксиду. Склад цього матеріалу подають як певної сполуки (силікату): Na2O · СаО · 6SiO2.

Скло виробляють, здійснюючи реакцію соди й вапняку із кварцовим піском за температури 1400—1500 °С:

Утворюється в’язкий розплав скла. Його пропускають між вальцями, і він швидко застигає у вигляді листа. Посуд, інші предмети виробляють із розплавленої скломаси видуванням або формуванням.

Зелене і коричневе скло, із якого роблять пляшки (мал. 85), містить домішки оксидів Феруму. Компонентами скла для хімічного посуду є силіцій(ІV) оксид, силікати і борати1 Натрію, Калію і Кальцію. Воно відрізняється від звичайного скла більшою хімічною і термічною стійкістю.

Мал. 85. Конвеєр склозаводу

1 Солі кислот, що походять від кислотного оксиду В2О3.

Кришталь — скло, яке замість силікатів Натрію і Кальцію містить силікати і борати Калію та Плюмбуму. Кришталь сильно заломлює світло і грає різними кольорами веселки.

Цікаво знати

Скло почали виробляти в Єгипті та Месопотамії у IV тис. до н. е. Його використовували лише для прикрас.

Існує ще й кварцове скло — чистий переплавлений силіцій(ІV) оксид. Це скло майже не змінює свого об’єму при зміні температури. Тому при зануренні розжареної кварцової склянки у холодну воду вона не тріскає. На відміну від звичайного скла кварцове пропускає ультрафіолетові промені; із нього виготовляють лампи для медицини.

Кераміка1 — найдавніший силікатний матеріал, винайдений людиною. Цей матеріал виготовляють із глини. Її замішують з водою й утвореній пластичній масі надають необхідної форми. Після термообробки виріб із глини твердне і набуває стійкості щодо води. Залежно від хімічного складу і технології розрізняють такі види кераміки: фаянс, порцеляна, майоліка, теракота. Керамічну основу мають цегла, черепиця, облицювальна плитка, сантехнічні вироби, кухонний і лабораторний посуд (мал. 86).

Мал. 86. Вироби з керамічною основою

1 Слово походить від грецького keramos — глина.

Цемент є сумішшю солей Кальцію — силікатів 2CaO · SiO2 (або Ca2SiO4), 3CaO · SiO2 (або Ca3SiO5) і алюмінату 3СаО · Аl2О3 (або Са3(АlО3)2). При додаванні води до цементу його компоненти повільно взаємодіють із нею, і суміш поступово твердне.

Цемент — в’яжучий складник бетону. Бетон готують змішуванням цементу і піску з водою. Заливаючи такою сумішшю залізну арматуру, дріт, рейки, отримують залізобетон.

ВИСНОВКИ

Силікати — солі силікатних кислот. Вони нерозчинні у воді (крім солей лужних елементів), тугоплавкі, термічно стійкі й хімічно пасивні.

Найважливішими силікатними матеріалами є скло, кераміка, цемент. Їх використовують у будівництві, а скло і кераміку — ще й для виготовлення посуду різного призначення, художніх виробів, предметів домашнього вжитку.

  • 232. Із наведеного переліку укажіть формули речовин, з якими реагує калій метасилікат: HNO3, NaCl, MgSO4, O2. Напишіть рівняння відповідних реакцій.
  • 233. Як розпізнати карбонат і метасилікат Кальцію?
  • 234. Запишіть рівняння реакцій, які необхідно здійснити, щоб добути метасилікатну кислоту із силіцій(ІV) оксиду.
  • 235. Знайдіть відповідність:

Назва матеріалу (речовини)

1) звичайне скло;

2) рідке скло;

3) кришталь;

4) хімічне скло;

Хімічна формула

а) Na2SiO3, K2SiO3 (розчини);

б) Na2O · CaO · 6SiO2;

в) aNa2O · bK2О · сСаО · dВ2O3 · eSiO2;

г) аК2О · bРbО · сВ2O3 · dSiO2.

  • 236. Чому для хімічних дослідів використовують, як правило, посуд зі скла, а не з пластмаси?
  • 237. За матеріалами з інтернету підготуйте повідомлення про фаянс, порцеляну та їх використання.
  • 238. Масові частки оксидів в оптичному склі становлять (у відсотках): РbО — 65,3; SiO2 — 31,6 (решта — домішки). Виведіть формулу цього скла і запишіть її за допомогою формул оксидів.