Лекція

Тема: Карбонатна і силікатна кислота

1. Карбонатна кислота і карбонати. Твердість води.

2. Силікатна кислота і силікати.

3. Будівельні матеріали

1. Карбонатна кислота і карбонати. Твердість води.

Н₂CO₃ – карбонатна кислота, нестійка сполука, існує лише у водному розчині. При намаганні виділити її з розчину вона легко розкладається на воду і вуглекислий газ.

  CO₂  + Н₂О ↔ Н₂ CO₃

Це слабка кислота, дисоціюючи утворює два ряди солей: середні карбонати і кислі – гідроген карбонати

Н₂ CO₃  ↔  Н⁺ + Н CO₃^-

Н CO₃^-  ↔  2 Н⁺ +  CO₂^2-

Na₂ CO₃ – карбонат натрію (середня сіль),  Na₂ НCO₃ - гідроген карбонат натрію (кисла сіль).

Карбонати – кристалічні речовини, у воді нерозчинні.

Унаслідок дії кислот на тверді карбонати або їх розчини виникає спінювання, внаслідок виділення вуглекислого газу.

СаСО₃ + 2НСl = СаСl₂ + СО₂ + Н₂О – це якісна реакція на карбонат – іони.

         Найважливіші карбонати:

• карбонат кальцію - СаСО₃ – зустрічається в природі у вигляді мармуру, вапняку, крейди. У воді не розчиняється, тому вапнякова вода каламутна.

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О

     Але якщо довго пропускати СО₂ через воду, то каламуть зникне так, як утворюється гідрокарбонат кальція.

СаСО₃ + Н₂О+ СО₂ = Са(НСО₃)₂

• гідроген карбонат кальцію - Са(НСО₃)₂ – це нестійка сполука, яка при кип'ятінні або стоянні розкладається з виділенням СО₂ та утворенням середньої солі.

Са(НСО₃)₂ = СаСО₃ + Н₂О+ СО₂

• карбонат натрію -  Nа₂СО3 – кальцинована сода, яка використовується у виробництві скла, мила, миючих засобів, барвників.

• гідрокарбонат натрію -  NаНСО₃ –питна сода, яка використовується при випіканні хліба, у харчовій промисловості, медицині, побуті.

Твердість води зумовлена наявністю йонів Са²⁺ та Mg²⁺. Вода, яка біжить гірськими породами взаємодіє з йонами Са²⁺ та Mg²⁺, які вимиває з земної кори. Чим більший вміст цих йонів у воді, тим більша твердість води.

Типи твердості води:

• тимчасова (карбонатна) – зумовлена наявністю Са²⁺ та Mg²⁺- йонів, усувається кип’ятінням;
• постійна (не карбонатна) – зумовлена наявність у воді сульфатів, хлоридів, нітратів Са та Mg.

Тому тверду воду необхідно пом’якшувати перед використанням кип’ятінням чи видаленням Са та Mg. При цьому карбонати Са та Mg випадають в осад і вода м’якне. У промисловості додають кальциновану соду чи вапно.

Са(НСО₃)₂ = СаСО₃ + Н₂О+ СО₂

Са(НСО₃)₂ + Nа₂СО₃ = СаСО₃ + 2NаНСО₃

Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2СаСО₃ +  2Н₂О

2. Силікатна кислота і силікати.

 Н₂SіО₃ – силікатна кислота, слабша за карбонатну кислоту, двохосновна. У воді практично не розчинна, легко утворює колоїдну рідину (розчин, який складається з дуже подрібнених частинок рівномірно розподілених в однорідному середовищі).

Силікатна кислота за стандартних умов при нагріванні розкладається на оксид силіцію (ІV) та воду:

Н₂SіО₃ = SіО₂ + Н₂О

Силікатну кислоту добувають дією кислот на розчини силікатів  Nа₂SіО₃ або К₂SіО₃ так, як у стандартних умовах оксид силіцію (ІV) та вода не утворює кислоту.

К₂SіО₃ + 2 НСl = 2 КСl + Н₂SіО₃

Силікати – солі силікатної кислоти, які практично не розчинні у воді (крім силікатів калію і натрію, які називають розчинним склом).

Силікати використовують у техніці, а розчинним склом просочують тканини і деревину з метою запобігання їх спалахуванню. Рідке скло використовують для склеювання скла, цементу, бетону, цегли, керамічних виробів, а також використовують для виготовлення силікатного клею ( розчину Nа₂SіО₃ або К₂SіО₃ у воді).

3. Будівельні матеріали

 Із природних матеріалів, які містять силіцій використовують скло, кераміку, цемент.

         Скло – твердий прозорий матеріал, сировиною для якого є сода, вапняк та пісок. Додаючи різні добавки можна отримати скло з різними властивостями. Якщо замість соди добавити карбонат калію, то утвориться тугоплавке скло, яке використовують для виготовлення хімічного посуду. Якщо ж змішати карбонат калію, оксид силіцію та оксид плюмбуму, то утвориться кришталь.

         Скло використовують при виготовленні труб, тари, лабораторного посуду, художніх виробів. Скловолокно використовують для пошиття спецодягу, а склопластики  - у машинобудуванні, електроніці.

         Кераміка – вироби з глини. Найбільш поширена кераміка складається з оксидів силіцію - SіО₂ .

Керамічні вироби:

• порцеляна – білий матеріал, який складається з оксиду силіцію, оксиду алюмінію та оксидів калію. Сировиною є біла глина – каолін. Має невелику проникність, тому водо – та газонепроникна, має високу термостійкість. З неї виготовляють санітарно – технічні вироби, електроізолятори, предмети побуту та художні вироби.

• фаянс – матеріал схожий на порцеляну, але покритий тонкою склоподібною плівкою – поливою. Із нього виготовляють облицьовану плитку, посуд, художні вироби.

- цемент – сірий порошок, який складається з силікатів та алюмінатів кальцію, який під час змішування з водою швидко висихає і твердне перетворюючись на камнеподібну масу. Сировина – вапняк, глина та інші речовини.

       Із суміші цементу, піску, глини готують будівельні розчини. Цемент з водою і наповнювачами (пісок, щебінь, гравій) утворюють бетон. Якщо ж бетоном залити сталевий каркас, то утворюється залізобетон. Із нього виготовляють балки, панелі, труби, мости, перекриття, шпали.