ВЕЧІР З ХІМІЇ НА ТЕМУ: «СИЛІЦІЙ І ЙОГО СПОЛУКИ»

ВЕЧІР З ХІМІЇ НА ТЕМУ: «СИЛІЦІЙ І ЙОГО СПОЛУКИ»

ПРОГРАМА   ВЕЧОРА:

І. Виступ  з проведенням дослідів:

1) Історія відкриття силіцію.

2)    Поширення сполук силіцію в природі та використання їх народами в різні епохи. (Перші знаряддя з силіціію і яшми, перші прикраси в спорудах Єгипту. Гірський кришталь, його обробка   і   застосування).

3)    Добування силіцію в промисловості і в лабораторії, фізичні і хімічні властивості силіцію, сполуки силіцію і їх застосування, керамічні вироби, застосування силіцію.

II. Вікторина.

III.   Демонстрування кінофільму «Фарфор і фаянс».

1. ВИСТУП З ПРОВЕДЕННЯМ ДОСЛІДІВ

1.У чистому вигляді кремній був виділений в 1811 році французькими ученими Жозефом Луї Гей-Люссаком і Луї Жаком Тенаром. У 1825 шведський хімік Йєнс Якоб Берцеліус дією металевого калію на фтористий кремній SiF4 отримав чистий елементарний кремній. Новому елементу було дано назву «силіцій» (від лат. silex — кремінь). Назва «кремній» введена в 1834 році російським хіміком Германом Івановичем Гессом.

2. За поширеністю в природі силіцій займає друге місце серед хімічних елементів (27,6% маси земної кори)[1]. У вільному стані в природі силіцій не зустрічається. Найбільш поширеними його сполуками є діоксид силіцію SiO2 (силікатний ангідрид або кремнезем) і солі силікатної кислоти — силікати, які являють собою основу всіх гірських порід. У невеликих кількостях сполуки силіцію входять також до складу організмів рослин.  Бл. 12% літосфери складає кварц SiO2 і його різновиди, а 75% складають різні силікати і алюмосилікати (польові шпати, слюди, амфіболи).Сер. вміст К. (в масових %): в кам. 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%.

Силіцій застосовується головним чином для виробництва різних сплавів. Так, залізо з добавкою 4% силіцію має здатність швидко намагнічуватись і розмагнічуватись. З нього виготовляють електричні трансформатори. Сталь з вмістом 15—20% силіцію є кислотостійкою і йде на виготовлення хімічної апаратури. Сплав міді з 4—5% силіцію застосовується у машинобудуванні. Силіцій широко застосовують як напівпровідниковий матеріал в електронній та радіотехнічній промисловості. Але для цього він повинен бути найвищої чистоти.

Серед штучно одержуваних сполук силіцію, які застосовуються в практиці, слід відмітити карбід силіцію, або карборунд SiC, який одержують прожарюванням в електропечах діоксиду силіцію з надлишком коксу:

  • SiO2 + 3C = SiC + 2CO↑

Карборунд за своєю твердістю мало в чому поступається перед алмазом, його використовують як абразивний матеріал для виготовлення точильних та шліфувальних кругів, брусків тощо. Технічний Кремній. застосовують як легуючу добавку при виробництві сталей і сплавів кольорових металів, напівпровідниковий Кремній. – в електротехніці й електроніці.

3) В лабораторних умовах кремній добувають з чистого річкового піску і порошку магнію. Пісок необхідно прожарити, промити  і  висушити.

Дослід. Відважити 1 ваг. ч. піску і 0,7 ваг. ч. порошку магнію. Висипати обидві речовини в фарфорову ступку і добре розтерти. В суху чисту пробірку взяти не більше 2 см3 цієї суміші. Пробірку вертикально закріпити в металевому штативі і нагрівати на пальнику (газовий, бензиновий або спиртівка) доти, поки суміш спалахне. Внаслідок реакцій утворюється аморфний кремній, силіцид магнію Mg2Si і окис магнію:

Si02 + 2Mg = 2MgO + Si  ;    Si + 2Mg = Mg2Si,

або сумарно:

6Mg + 2Si02 = Si  + 4MgO + Mg2Si.

Після охолодження суміші пробірку обережно розбити. Су­міш розтерти в фарфоровій ступці і перенести в стакан з соля- ною кислотою (1 : 1). При дії соляної кислоти на силіцид магнію утворюється силан SiH4, який самозаймається на повітрі:

Mg2Si + 4HC1 = SiH4  + 2MgCl2;

SiH4 + 202 = Si02 + 2H20;

MgO + 2HC1 == MgCl2 + H 2O.

Аморфний кремній і кусочки скла залишаються на дні ста­кана, їх треба добре промити водою, відфільтрувати і викорис­тати для наступного досліду. Тут слід підкреслити, що цей дослід використовується для з’ясування суті «чуда» «таємничі або блукаючі  вогні».

Фізичні і хімічні властивості кремнію

Дослід. Взаємодія кремнію з розчином лугу. У велику пробірку взяти невелику кількість аморфного кремнію і добавити 2—3 мл 40-процентного розчину їдкого лугу (NaOH або КОН). Суміш, нагріта до кипіння, стала прозорою. Відбулося розчинення крем­нію з виділенням водню:                  Si + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + 2H2  .                                                                    Сполуки кремнію, їх властивості і застосування:

     а)         карборунд;

б)         кремнезем,  кварц;

в) скло(звичайне,кришталеве,кварцове,кольорове,роз­чинне).

З розчинним склом проводяться такі досліди:

Дослід. Гідроліз силікату натрію. В пробірку внести 2— З кристалики Na2Si03 і долити 2—3 мл води. Суміш збовтати. До одержаного розчину добавити 1—2 краплі розчину фенолфта­леїну. Розчин набув малинового забарвлення. Отже, силікат натрію має лужну реакцію. Для цього можна використати си­лікатний клей.

Дослід 1. Добування силікатної кислоти. В пробірку налити 2—3 мл концентрованого розчину силікату натрію (беруть однакові об’єми силікатного клею і води) і добавити 4—5 крапель насиченого розчину хлористого амонію. Утворюється білий драглистий осад кремнієвої кислоти, що не виливається з про­бірки:

Na2Si03 + 2NH4C1 = (NH4)2Si03 + 2NaCl;

(NH4)2SiО3 + 2H20 = H2SiО3  + 2NH4OH.

Дослід 2. В пробірку налити 2—3 мл розчину силікату на­трію і пропустити струмінь вуглекислого газу з апарата Кіппа. Утворюється білий драглистий осад кремнієвої кислоти:

Na2Si03 + С02 + Н20 = H2Si03  + Na2C03.

Дослід. Добування нерозчинних силікатів. В 3 пробірки налити по 1—2 мл розчину силікату натрію. В одну з них добавити розчину хлористого барію, в другу — розчину солі міді, в третю розчину солі цинку. В усіх пробірках випаде осад силікату:

ВаС12 + Na2Si03 = BaSi03 + 2NaCl;

CuS04 + Na2Si03 = CuSi03 + Na2S04;

ZnS04 + Na2SiOs = ZnSi03 + Na2S04.

Керамічні вироби і їх значення для народного господарства:

а)    цегла, черепиця, гончарні вироби;

б)  фарфор  і фаянс.

Цемент, бетон, залізобетон та їх значення для  народного  господарства.

Особливо підкреслюється роль і значення сполук кремнію в будівельній справі. Наприклад, для будівництва п’ятиповер­хового будинку потрібно 70 т цементу, а на будівництво Куйбишевської гідроелектростанції витрачено 6 млн. м3 бетону, Каховської — 2 млн. м3, Кременчуцької—1,5—2 млн. м3 .

Застосування кремнію

Кремній широко використовується для виробництва термо­стійких, кислотостійких, легованих та інструментальних сталей та різних сплавів (силумін, сплави міді і алюмінію з кремнієм), для виготовлення фотоелементів, випрямлячів струму, напів­провідників та кремнійорганічних сполук, що називаються силіконами.

Серед різноманітних продуктів, що становлять нову групу технологічних матеріалів, є силіконові смоли, каучуки, силі­конові рідини, емульсії, мастила, силіконові водостійкі засоби. Всі ці продукти дуже цінні для різних галузей народного гос­подарства і багатьох промислових виробництв.

Основна заслуга в добуванні кремнійорганічних речовин в нашій країні нале­жить К. А. Андріанову.

II. ВІКТОРИНА

1.   Який елемент є основою всього мінерального світу нашої
планети?

Кремній становить 27,6% доступної нашому дослідженню земної кори і є головним елементом в царстві мінералів і гірсь­ких порід, які майже виключно складаються з сполук кремнію.

2.   Хто вперше правильно пояснив будову рубінового скла?
Науково правильне пояснення будови рубінового скла пер­шим дав великий вітчизняний вчений М. В. Ломоносов.

3.   Які два елементи разом становлять 3/4 складу земної  кори?

Кремній разом з киснем становлять 3/4 складу земної кори.

4.   Яке  скло  добре   розчиняється   у   воді?

З усіх силікатів (солей кремнієвої кислоти) розчинні у воді тільки силікати натрію і калію. Тому вони дістали назву «роз­чинного  скла».

Розчинне скло широко застосовується для виготовлення кислототривкого цементу й бетону, для просочування тканин, для виготовлення вогнезахисних фарб, як клей.

5.   Ким сконструйовані машини для виробництва склодроту?
Машини для  виробництва склодроту вперше сконструював

робітник-винахідник С.   І.   Корольов.

6.   Яке використання мають тканини із скляних ниток?
Товщина скляної нитки в 20 раз менша товщини людського

волосу, але в багато разів міцніша ніж бавовняні і шерстяні волокна і зафарбовується в любий колір (під час плавлення скла). Скловолокно застосовується, головним чином, як ізоляційний матеріал в хімічній, електрохімічній, авіаційній і інших га­лузях промисловості. Наприклад, для утеплення та звукоізоля­ції будівель, для утеплення взуття. Тканина із скла легко чис­титься і не псується міллю, не руйнується цвіллю, стійка до кислот.

 

7.  Чим  відрізняється   скло  «пірекс»  від  звичайного   скла?

Скло «пірекс» з підвищеним вмістом кварцу має, порів­няно з звичайним склом, велику механічну міцність і стійкість проти різних коливань температури. Із цього скла виготовля­ють жаростійкі каструлі, сковороди і лабораторний посуд.

8.  Коли в Росії був побудований перший завод по вироб­
ництву скла?

Перший завод по виробництву скла в Росії було збудовано у 1835 р. Дальший розвиток скляне виробництво набуло при Петрі І. Ще в XVIII ст. М. В. Ломоносов писав: «Пою перед тобой в восторге похвалу. Не камням дорогим, не злату, но стеклу…»

В першій російській хімічній лабораторії, заснованій в Пе­тербурзі в 1748 p., M. В. Ломоносов провів великі дослідження по кольоровому склу і мозаїці. Ним власноручно виконана із мозаїчних  каменів велика картина «Полтавська баталія».

9.   Хто відкрив фарфор в Росії?

В Росії фарфор вперше був добутий у XVIII ст. хіміком Д.  І.  Виноградовим, сучасником і другом М. В. Ломоносова.

10.  Який склад фаянсу?

Для фаянсових виробів суміш готують із 40—50% глинистих речовин (каолін і глина), 40—50% кварцу і 0—10% польового шпату.

11.  Де використовується чотирихлористий кремній?

Чотирихлористий кремній SiCl4 застосовується як димоутво­рювач. При випаровуванні SiCl4 у вологому повітрі утворюється густий   дим.

12.  Що  таке  кераміка?

Кераміка — гончарне мистецтво, вироби з природних глин або сумішей їх з мінеральними і органічними домішками, обпа­лені до каменеподібного стану.

Термін кераміка охоплює різноманітні вироби: від грубої важкої цегли до легкої і прозорої фарфорової чашки. Кера­міка широко застосовується в техніці, мистецтві та побуті.

13.  Яка різниця між фаянсом і фарфором?

Основною сировиною для виробництва фаянсу є ті самі ма­теріали, що і для виробництва фарфору, але в іншому співвід­ношенні. Фаянс містить порівняно менше польового шпату, ніж фарфорова   суміш.

Фарфор — вироби тонкої кераміки, що мають непроникли­вий для води, білий, дзвінкий, просвічуючий в тонкому шарі черепок   без   nop.

Фаянс — вироби тонкої кераміки, що мають щільний, дрібнопористий черепок. Фаянсові вироби, як правило, покривають прозорою  глазур’ю.

14.  Яку  роль відіграє  кремній в житті  рослин  і  тварин?

Сполуки кремнію входять до складу рослинних і тварин­них організмів, де вони потрібні для утворення твердих скелет­них частин і тканин. Багато кремнію міститься в таких росли­нах, як хвощі, які пишно росли в минулі геологічні епохи, бамбук, який витягується на кілька метрів у висоту. Дрібні

рослини,— діатомові водорості і тварини — радіолярії, крем­нієві губки будують свої ніжні скелети з тонких голочок кремне­зему.

15. Що таке портландцемент?

Портландцемент — гідравлічна в’яжуча речовина, яка засто­совується в будівництві великих споруд, у тому числі й підвод­них. Наші заводи випускають портландцемент 5 марок: 300, 400, 500, 600, 700. Марка цементу відповідає межі міцності в кгс/см2 при стисненні зразків цементного розчину через 28 діб після виготовлення (ГОСТ10178—62).

Виготовляється портландцемент із 75% вапняку та 25% глини. Встановлено, що він нестійкий у мінералізованих і морських   водах.

Російські вчені одержали пуцоланові портландцементи, стій­кі до мінералізованих і морських вод.

II. ДЕМОНСТРУВАННЯ КІНОФІЛЬМУ «ФАРФОР  І  ФАЯНС»

Перед початком вечора учні оглядають виставку, на якій експонуються різні будівельні матеріали, фарфоровий, скляний посуд та вироби із скла, фаянсу; схеми, таблиці, що показують розвиток нашої  будівельної  промисловості.

завантаження...
WordPress: 22.89MB | MySQL:26 | 0,323sec