Wyszukiwarka -

Menu
Losowy pierwiastek
Dzisiaj jest:
Utrzymanie portalu
Prawa autorskie
Popularne tagi:
Reklama

Lekcja 1 - Surowce i tworzywa pochodzenia mineralnego
Skały wapienne
Skały gipsowe
Tlenek krzemu
Szkło
Gleba
Metale



Skorupa ziemska to zewnętrzna część litosfery mająca grubość od 10 do 70 km. Zbudowana jest ze skład i minerałów. Są to pierwiastki w stanie wolnym i związki chemiczne, które wytworzyły się w przyrodzie bez udziału człowieka. Mogą występować:
a) w stanie wolnym, np. złoto, platyna
b) w stanie związanym w postaci związków chemicznych, np. kwarc, anhydryt.

Minerały mogą łączyć się w większe grupy – zespoły, tworząc skały, np. granit. Skały są więc naturalnie powstałym zbiorem minerałów.

Skład procentowy skorupy ziemskiej:



Podział surowców mineralnych:
a) energetyczne – ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel
b) budowlane – skały, np. wapienne, gipsowe, piasek
c) chemiczne – rudy metali, skały wapienne, sól kamienna, nawozy mineralne
d) metalurgiczne – rudy żelaza, rudy miedzi, rudy cynku, rudy ołowiu
e) zdobnicze – metale i kamienie szlachetne

Wydobytymi surowcami należy gospodarować rozważnie i oszczędnie, gdyż stanowią one nieodnawialne bogactwa naszej Ziemi.


Skały wapienne


Skały wapienne to wapień, kreda i marmur. Wapień i kreda są to skały osadowe. Powstały one na dnie mórz i oceanów. W Polsce zbudowana jest z niego Wyżyna Krakowsko-Częstochowska. Marmur jest skałą o budowie krystalicznej. Ma zastosowanie głownie jako materiał dekoracyjny.

Podstawowym związkiem chemicznym tworzącym wszystkie skały wapienne, jest minerał, kalcyt, o wzorze sumarycznym CaCO3.

Reakcja kwasu solnego z wapieniem (marmurem) przebiega gwałtownie. Reakcje tą można zapisać następująco:
CaCO3 + 2 HCl -> CaCl2 + H2O + CO2
CaCO3 + 2 HCl -> CaCl2 + H2CO3

Skały wapienne ulegają rozkładowi nie tylko pod wypływem kwasów. Po dłuższej chwili ogrzewania wapienia powstaje biały proszek. Jest to tlenek wapnia CaO.
CaCO3 -> CaO + CO2

Powstały tlenek wapnia jest to wapno palone. Czysty tlenek wapnia CaO jest białym, krystalicznym ciałem stałym. Jest higroskopijny, tzn. ma zdolność pochłaniania wody lub pary wodnej.

Tlenek wapnia reaguje z wodą bardzo energicznie.
CaO + H2O -> Ca(OH)2 + ciepło

Powstały Ca(OH)2 - wodorotlenek wapnia – zwany jest wapnem gaszonym, a powyższa reakcja nosi nazwę gaszenia wapna palonego.

Wapno gaszone zmieszane z piaskiem i wodą daje tzw. zaprawę murarską.

Zastosowanie wapieni w budownictwie:
Wapień (CaCO3) -> Wapno palone (CaO) -> Wapno gaszone Ca(OH)2



Skały gipsowe


Składnikiem wszystkich skał gipsowych jest siarczan(VI) wapnia: CaSO4. W przyrodzie są dwa minerały zawierające siarczan(VI) wapnia. SA nimi: anhydryt oraz gips krystaliczny lub alabaster o wzorze sumarycznym CaSO4 * 2 H2O co czytamy dwuwodny siarczan(VI) wapnia. Mówi się, że dwuwodny siarczan(VI) wapnia jest solą uwodnioną, czyli hydratem.

Prażenie gipsu krystalicznego CaSO4 * 2 H2O
Po chwili ogrzewania powstaje para wodna oraz biały proszek, tzw. gips palony. Równanie reakcji chemicznej można zapisać:
2 (CaSO4 * 2 H2O) -> (CaSO4)2 * H2O + 3 H2O

Hydrat, zwykle piękne kryształy, nie są więc substancjami trwałymi. Podczas ogrzewania tracą wodę i barwę, zamieniając się w proszek.
Gips palony - (CaSO4)2 * H2O – to półhydrat. Jest białym ciałem stałym, nierozpuszczalnym w wodzie. Zmieszany z wodą tworzy półpłynną, szybko twardniejącą masę – zaprawę gipsową. (CaSO4)2 * H2O + 3 H2O -> 2 (CaSO4 * 2 H2O).

Zaprawa gipsowa nie ma właściwości żrących jak zaprawa wapienna, dlatego znalazła zastosowanie w medycynie do sporządzania bandaży chirurgicznych i usztywniania złamanych kości.



Tlenek krzemu


Krzem jest twardym i kruchym ciałem stałym i budowie krystalicznej i pięknej szaro-fioletowej barwie. Jest półmetalem i mało aktywny chemicznie. Ma właściwości półprzewodnikowe. Krzem stosuje się do stopów, np. stopu żelaza.

Krzem zajmuje po tlenie drugie miejsce w rozpowszechnieniu jego w skorupie ziemskiej. Stanowi on 27 % całej jej powierzchni. Nie występuje w stanie wolnym lecz w postaci związków: głownie jako dwutlenek krzemu SiO2 oraz jako krzemiany i glinokrzemiany.

Dwutlenek krzemu – tlenek krzemu(IV) - Sio2 - inaczej krzemionka – występuje w postaci kilku odmian krystalicznych. Najczęściej spotykaną jest kwarc. Zabarwiony na fioletowo to ametyst, na żółto cytryn. Są pięknymi kamieniami używanymi często w jubilerstwie.

Pokruszony kwarc tworzy piasek. Krzemionka wchodzi też w skład skał zwanych krzemieniami. Są one bardzo twarde. Jest bardzo odporna na czynniki chemiczne. Nie reaguje z kwasami, tlenem, wodą. Reaguje tylko z jednym kwasem – kwasem fluorowodorowym – HF.

Krzemionka w postaci piasku znalazła zastosowanie w budownictwie jako składnik zaprawy murarskiej oraz cementu.

Krzemiany są to sole kwasów krzemowych. Krzemianów jest bardzo wiele, bo aż około 800 rodzajów o bardzo różnorodnej strukturze. Wzór sumaryczny najprostszego krzemianu ma postać Na2SiO3 - to krzemian sodu. Obok krzemianów w przyrodzie występują glinokrzemiany, czyli takie krzemiany, w których cząsteczkach niektóre atomy krzemu zostały zastąpione atomami glinu. Najważniejsze w przyrodzie są glinokrzemiany sodu, potasu i wapnia, czyli skalenie – składniki granitów.



Szkło


Największe ilości krzemionki zużywa się do produkcji szkła. Stopiony czysty tlenek krzemu(IV) nazywany jest szkłem kwarcowym. Rozgrzany do czerwoności a następnie zanurzony w wodzie, nie pęka. Topi się w wysokiej temperaturze (1700 stopni Celsjusza).

Surowcami do produkcji szkła są: soda(Na2CO3), wapień (CaCO3) i krzemionka (SiO2). Zmieloną masę surowca stapia się w specjalnych piecach. Przy udziale wysokiej temperatury wydziela się z dwutlenek węgla:
Na2CO3 -> Na2O + CO2
CaCO3 -> CaO + CO2

Tlenki Na2O i CaO reagują z krzemionką, tworząc krzemiany. Masę chłodzi się do 1000 stopni Celsjusza i formuje.

Szkło jest substancją bezpostaciową., nie ma uporządkowanej budowy wewnętrznej, nie posiada określonej (stałej) temperatury topnienia. Szkło źle przewodzi ciepło i nie przewodzi prądu elektrycznego. Jest odporne na działanie kwasów z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego HF.

Po dodaniu odpowiednich tlenków metali można otrzymać szkło barwne. Przykłady:
- szkło zielone zawiera związek żelaza i chromu
- szkło niebieskie zawiera związki kobaltu i miedzi
- szkoła żółte zawiera związki kadmu i siarki.



Gleba


Gleba jest najbardziej zewnętrzną, biologicznie czynną warstwą skorupy ziemskiej. Jest produktem wietrzenia się skał oraz rozpadających się substancji organicznych. Wietrzenie jest to całokształt zjawisk, jakie zachodzą podczas przemiany skał litowych w drobnoziarnistą glebę. Procesy te związane są z czynnikami atmosferycznymi, zmianami temperatury, działalnością wody, tlenu i świata organicznego.

Rozróżnia się następujące rodzaje wietrzenia:
- fizyczne, które polega na rozkruszeniu skał pod wpływem mechanicznego działania wody, zmian temperatury, wiatru;
- chemiczne, polegającej na rozkładzie chemicznym pod wpływem wody, dwutlenku węgla, tlenu, kwasów, deszczów oraz innych zanieczyszczeń powietrza;
- biologiczne, które biologicznej, które zachodzi podczas rozrastania się systemu korzeniowego roślin oraz pod wpływem mikroorganizmów.

Zazwyczaj w przyrodzie te trzy procesy wietrzenia zachodzą równocześnie.

Sorpcja polega na zatrzymaniu przez dane ciało stałe cząstek gazu, cieczy i ciał stałych. Gleba posiada właściwości sorpcyjne. Za właściwości sorpcyjne odpowiadają jej najmniejsze cząstki, tj. próchnica i materiały ilaste.

Gleba:
- część stała – cząstki zwietrzałych minerałów i próchnica stanowią tzw. kompleks sorpcyjny gleby
- część ciekła – woda z rozpuszczonymi solami mineralnymi stanowi tzw. roztwór glebowy
- część gazowa – powietrze i dwutlenek węgla, które wnikają w głąb gleby.

Pierwiastki warunkujące żyzność gleb to głównie: azot, fosfor, potas, wapń, magnez i tlen.



Metale


Spośród 115 pierwiastków chemicznych, 91 stanowią metale. W większości występują w przyrodzie, inne otrzymano sztucznie. Metale stanowią 10% masy pierwiastków występujących w przyrodzie. Niektóre z nich występują w stanie wolnym – metale szlachetne i inne w stanie związanym, np. w postaci tlenków, soli, wodorotlenków. Naturalne związki chemiczne metali nazywa się rudami.

Właściwości metali:
a) Podobieństwa
- stały stan skupienia(wyjątek Hg)
- barwa srebrzystoszara(oprócz miedzi i złota)
- połysk metaliczny
- kowalność i ciągliwość
- dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne

b) Różnice
- twardość
- temperatura topnienia
- gęstość
- aktywność chemiczna (metal aktywne, np. Na, K, Ca, metale nieaktywne, np. Cu, Ag, Au)

Reakcje utleniania-redukcji, znane ci już z lekcji chemii, oraz proces elektrolizy soli to przykłady otrzymywania metali. Reakcja utleniania-redukcji zachodzi np. w wielkich piecach, gdzie panuje wysoka temperatura. Zbudowany jest z materiałów ogniotrwałych.

Jest jedna z metod otrzymywania. Drugim sposobem otrzymywania metali jest metoda elektrolityczna, która prowadzi do otrzymania metalu o wysokim stopniu czystości.

W życiu codziennym rzadko stosuje się metale o stanie czystym. Używa się stopów metali. Są to mieszaniny jednorodne najczęściej samych metali, stopionych w odpowiednich proporcji. Znane są też stopy metali z niemetalami, np. stal to stop żelaza z 1%-2% węgla. Stopy mają inne właściwości niż ich składniki. Wprowadzenie niewielkiej ilości jakiegoś pierwiastka powoduje znaczne, pożądane zmiany.

Określanie właściwości fizycznych stopów metali:
Mosiądz – stop miedzi z cynkiem – ma większą twardość niż miedź i cynki.
Brąz – stop cyny z miedzią – stosuje się go do wyrobu części maszyn, aparatury chemicznej, bicia monet.
Duraluminium – stop glinu z niewielkimi dodatkiem miedzi, manganu, magnezu oraz krzemu. Odznacza się małą gęstością i dużą wytrzymałością chemiczną.

Znane są też inne stopy, np.
- stopy łożyskowe
- stopy czcionkowe
- stop Wooda
- stop Rosego
- stop lutowniczy itp.

Korozja jest to niszczenie metali lub stopów metali pod wpływem tlenu znajdującego się w powietrzu, innych czynników atmosferycznych oraz roztworów zasad i soli. Niszczenie to rozpoczyna się na powierzchni metalu i postępuje w głąb, zmieniając jego właściwości.
Korozja jest procesem bardzo szkodliwym. Jest przyczyną niszczenia wielu konstrukcji i przedmiotów użytkowych.

Metody ochrony przed korozją:
- stosowanie powłok ochronnych, np. cynkowanie, chromowanie itp.
- uzyskanie odpowiednich stopów odpornych na korozję
- osłabienie agresywności środowiska

Podsumowanie tematu:
1. Z czego powstaje piasek?
2. Jakich właściwości nie posiada gips palony, dzięki temu znalazł zastosowanie w medycynie?
3. Wymień podobieństwa i różnice między metalami.

Lekcja 2 - Surowce energetyczne