К силикатной промышленности относят производство стекла, керамики и цемента.

Стекло – твердый аморфный прозрачный сплав, обычно получаемый при нагревании смесей силикатов или оксидов металлов с оксидом кремния. Нагревание производят в специальных плавильных печах. Свойства стекол зависят от состава шихты (смесь исходных веществ) и способа их изготовления. Смесь плавят в специальных печах, а затем формуют из нее изделия.

Обычное стекло (оконное, посуда) имеет состав Na₂O∙СаО∙6SiО₂. Сырье – сода, мел, кварцевый песок. Тугоплавкое стекло получают заменой соды на поташ (т.е. Na₂O на К₂О). А если заменить и СаО на PbO мы получим хрусталь. Химическое стекло, стойкое не только к смене температуры, но и агрессивным средам получают заменой части SiО₂ на В₂О₃. Окраску стеклу придают оксиды металлов (Fe₂O₃ - коричневое, FeO – зеленое, CoO – синее) или сами металлы (Au).

Из стекла можно получать волокна (оптические волокна, стекловата, стеклоткани), а в сочетании с полимерами – т.н. стеклопластики. Опти́ческое волокно́ — нить из стекла, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения. Кабели на базе оптических волокон используются в волоконно-оптической связи, позволяющей передавать информацию на бо́льшие расстояния с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи.

Вводя в процессе варки стекла специальные добавки, можно получить стеклокристаллические материалы – ситаллы. Ситаллы — стеклокристаллические материалы, полученные объёмной кристаллизацией стекол, и состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределённых в стекловидной фазе. Ситаллы обладают малой плотностью, высокой механической прочностью, особенно на сжатие, твердостью, жаропрочностью, термической стойкостью, химической устойчивостью и другими ценными свойствами. Ситаллы применяются для изготовления деталей, требующих прочности и термостойкости (подложки микросхем, корпуса приборов, химически стойкая аппаратура…

 

Керамикой называют материалы, изготавливаемые из огнеупорных веществ: глины с добавлением различных минеральных примесей: песка, карбидов и оксидов металлов. В зависимости от применения различают строительную, огнеупорную, химически стойкую, бытовую и техническую керамику. Строительная – это производство кирпича, черепицы, труб, кафеля. Огнеупорная – это производство футеровки (кирпичи, плитка) для доменных, сталеплавильных, стеклоплавильных печей. Химически стойкую керамику используют для химических реакторов. К бытовой относятся фарфоровые и фаянсовые изделия. Техническая применяется для изготовления подложек в микроэлектронике, изоляторов и конденсаторов в электротехнике, зажигательных свечей, термопар и т.д. Процесс изготовления керамики включает приготовление керамической массы, формование, сушка и обжиг по строго заданному режиму. Иногда керамические изделия покрывают глазурью – тонким слоем стекловидного материала. Для этого изделие покрывают слоем порошка из кварца и специальных добавок и подвергают повторному обжигу. Глазурь делает керамику водонепроницаемой и предохраняет от загрязнения.

Производство цемента. Обычный цемент (силикатный) получают обжигом смеси глины с известняком. Т.е. цемент - это смесь алюминатов и силикатов кальция. Эти смеси обычно готовят, но иногда встречается в природе известково-глинистая горная порода – мергель. При употреблении цемента как вяжущего материала его обычно смешивают с песком или другим наполнителем и (непосредственно перед использованием) добавляют воду. Такая смесь называется цементный раствор. Если добавить щебень или гравий получится бетон. Если при строительстве использовать железную арматуру получится железобетон.

Упражнения

№1. Записать схему строения, электронную и графическую формулу углерода (Карбона). Верно ли утверждение, что углерод – типичный неметалл? Почему? Какова возможная валентность углерода в его соединениях? Почему? Приведите примеры таких соединений. Какова минимальная и максимальная степень окисления углерода? Почему? Приведите примеры таких соединений.

№2. Что такое аллотропия? Какие наиболее важные аллотропические модификации Карбона вам известны? Сделайте вывод: от чего зависят свойства веществ?

№3. Что такое активированный уголь? Чем он отличается от обычного древесного угля и для чего его применяют?

№4. Напишите уравнения взаимодействия углекислого газа со следующими веществами: оксид лития, гидроксид калия, кальций. Какая из этих реакций относится к ОВР? Определите в ней окислитель и восстановитель.

№5. Назовите эти вещества. С помощью каких реакций можно осуществить следующие превращения? Запишите уравнения этих реакций.

А) С → CO → CO₂ → Na₂CO₃ → Mg(CO₃)₂

Б) C → CH₄ → CO₂ → K₂CO₃ → CO₂

B) C₃H₈ → CO₂ → H₂CO₃ → CaCO₃ → Ca(HCO₃)₂

№6. Напишите уравнения возможных реакций кремниевой кислоты со следующими веществами: оксид алюминия, гидроксид натрия, магний. Поясните, почему не все реакции возможны.

№7. Назовите эти вещества. С помощью каких реакций можно осуществить следующие превращения? Запишите уравнения этих реакций.

А) Si → SiO₂ → K₂SiO₃ → H₂SiO₃ → CaSiO₃

Б) H₂SiO₃ → SiO₂ → Si → Mg₂Si → SiO₂

№8. Как определить в растворах соли угольной кислоты? Запишите соответствующие уравнения. Для чего в основном используют соли угольной кислоты?

№9 Что такое стекло? От чего зависят свойства стекла? Какими уникальными свойствами обладает кварцевое стекло?

№10 Дайте сравнительную характеристику состава и свойств оксидов, образованных Карбоном. Сделайте вывод: в чем причина сходства и различия между этими веществами?

№11. Запишите уравнения реакций между сажей и следующими веществами:

а) кислородом; б) железом; в) фосфором.

Что измениться в уравнениях, если вместо сажи взять графит? Обозначьте степени окисления элементов в уравнениях, определите окислитель и восстановитель. Сделайте вывод о химических свойствах углерода.

№12. Как определить в растворах соли угольной кислоты? Запишите соответствующие уравнения. Для чего в основном используют соли угольной кислоты?