Качественная реакция на карбонат-ион

Применение углерода и его соединений.

В промышленности углерод (графит) часто используется в качестве смазки.

Кроме того на основе графита изготавливают так называемые композиционные материалы, в частности углепластики, в которых волокна графита находятся на матрице из эпоксидной смолы.

Коррозионная стойкость графита используется в судостроении.

Эти композиционные материалы широко применяются в авиационной и космической технике. Ведь помимо прочности они легкие. Достаточно сравнить плотность

графита, р=2,3 г/см3 ,с плотностью “легкого” алюминия, р=2,7г/см3, и тем более

железа, р=7,9г/см3, чтобы убедиться в ценности этого свойства.

И, конечно, всем известно, что алмазы используются в ювелирной промышленности для изготовления всевозможных украшений, а так же широко применяются в различных отраслях промышленности, где используется их свойство высокой прочности.

БИЛЕТ №48

Кремний, природные соединения, получение, физические, химические свойства.

Кремний — элемент главной подгруппы четвёртой группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 14. Обозначается символом Si (лат. Silicium), неметалл.

«Свободный кремний можно получить прокаливанием с магнием мелкого белого песка, который представляет собой диоксид кремния:

При этом образуется бурый порошок аморфного кремния».

Физ. свойства.

Кристаллическая решётка кремния кубическая гранецентрированная типа алмаза, параметр а = 0,54307 нм (при высоких давлениях получены и другие полиморфные модификации кремния), но из-за большей длины связи между атомами Si—Si по сравнению с длиной связи С—С твёрдость кремния значительно меньше, чем алмаза. Кремний хрупок, только при нагревании выше 800 °C он становится пластичным веществом. Интересно, что кремний прозрачен для инфракрасного излучения начиная с длины волны 1,1 мкм. Собственная концентрация носителей заряда — 5,81·1015 м⁻³ (для температуры 300 K).

Элементарный кремний в монокристаллической форме является непрямозонным полупроводником. Ширина запрещённой зоны при комнатной температуре составляет 1,12 эВ, а при Т = 0 К составляет 1,21 эВ. Концентрация собственных носителей заряда в кремнии при нормальных условиях составляет порядка 1,5·1010 см⁻³.

Хим. свойства.

С водородом кремний непосредственно не реагирует, соединения кремния с водородом — силаны с общей формулой Si_nH_2n+2 — получают косвенным путем. Моносилан SiH₄(его часто называют просто силаном) выделяется при взаимодействии силицидов металлов с растворами кислот, например:

Для кремния характерно образование кремнийорганических соединений, в которых атомы кремния соединены в длинные цепочки за счет мостиковых атомов кислорода —О—, а к каждому атому кремния, кроме двух атомов О, присоединены ещё два органических радикала R1 и R2 = CH3, C2H5, C6H5, CH2CH2CF3 и др.

Для травления кремния наиболее широко используют смесь плавиковой и азотной кислот. Некоторые специальные травители предусматривают добавку хромового ангидрида и иных веществ. При травлении кислотный травильный раствор быстро разогревается до температуры кипения, при этом скорость травления многократно возрастает.

Si+2HNO3=SiO2+NO+NO2+H2O

SiO2+4HF=SiF4+2H2O

3SiF4+3H2O=2H2SiF6+↓H2SiO3

Для травления кремния могут использоваться водные растворы щёлочей. Травление кремния в щелочных растворах начинается при температуре раствора более 60 °C.

Si+2KOH+H2O=K2SiO3+2H2↑

K2SiO3+2H2O↔H2SiO3+2KOH

БИЛЕТ №49

Оксид кремния (IV) и кремниевые кислоты. Кварцевое стекло и силикагель. Силикаты, их свойства. Цемент, бетон, их получение и применение.

Оксид крем­ния SiO₂ - твердое, очень тугоплавкое вещество (температура плавления более 1700 °С), широко распространенное в природе, где оно встречается главным образом в виде минерала кварца, а также кристобалита и тридимита.

При обычных температурах устойчивой модификацией яв­ляется кварц, с ростом температуры наблюдаются полиморфные превращения:

Кремнезем всех модификаций в виде мономера не существу­ет; он всегда полимерен и «построен» из тетраэдров [SiO₄], обра­зующих очень прочную атомную решетку

Из кремниевых кислот известны: метакремниевая H₂SiO₃, ортокремниевая H₄SiO₄, дикремниевые H₂Si₂O₅ и H₁₀Si₂O₉, пирокремниевая H₆Si₂O₇ и поликремниевые nSiO₂•mH₂O. Соответствующие соли называют силикатами (метасиликаты, ортосиликаты и др.).

Кварцевое стекло и силикагель.

Ква́рцевое стекло́, пла́вленый кварц — однокомпонентное стекло из чистого оксида кремния, получаемое плавлением природных разновидностей кремнезёма — горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетической двуокиси кремния.

• Обладает наименьшим среди стёкол на основе SiO2 показателем преломления (ne = 1,46008) и наибольшим светопропусканием, особенно для ультрафиолетовых лучей.

• Для кварцевого стекла характерна высокая термическая стойкость, коэффициент линейного термического расширения менее 1·10−6 К−1 (в диапазоне температур от 20 до 1400 °C).

• Кварцевое стекло — хороший диэлектрик, удельная электрическая проводимость при 20 °C — 10−14 — 10−16 Ом−1·м−1, тангенс угла диэлектрических потерь при температуре 20 °C и частоте 1016 Гц — 0,0025—0,0006.

Силикаге́ль представляет собой высушенный гель, образующийся из перенасыщенных растворов кремниевых кислот (nSiO2·mH2O) при pH > 5—6. Твёрдый гидрофильный сорбент.

Получается при подкислении растворов силикатов щелочных металлов с последующей промывкой и высушиванием образовавшегося геля:

Силикаты (от лат. silex — камень) — соли кремниевых кислот: метакремниевой кислоты H2SiO3, например, Na2SiO3, ортокремниевой кислоты H4SiO4 и др. В природе встречается в виде минералов, а также являются основой горных пород, из которых состоит земная кора[1].

Кроме солей ортокремниевая кислота способна образовывать ортосиликаты-эфиры в общем случае имеющие вид R1R2R3R4SiO4, где R1-4 — органические радикалы, как правило, являющиеся спиртовыми остатками. Известным массовым продуктом является тетраэтилортосиликат состава Si(C2H5O)4

Физические свойства

Природные силикаты довольно тугоплавки (1000—1300 °С, иногда до 2000 °С и выше). Имеют относительно большую твёрдость: 6-8 баллов по шкале Мооса^[1].

Химические свойства

Силикаты взаимодействуют со следующими веществами:

• С кислотами, даже с очень слабыми, например, с угольной:

• С растворимыми солями:

• Гидролиз:

Цемент (лат. caementum — «щебень, битый камень») — искусственное неорганическое вяжущее вещество. Один из основных строительных материалов. При затворении водой, водными растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затем затвердевает и превращается в камневидное тело. В основном используется для изготовления бетона и строительных растворов. Цемент является гидравлическим вяжущим и обладает способностью набирать прочность во влажных условиях, чем принципиально отличается от некоторых других минеральных вяжущих — (гипса, воздушной извести), которые твердеют только на воздухе.

Бетон — искусственный каменный строительный материал, получаемый в результате формования и затвердевания рационально подобранной и уплотнённой смеси, состоящей из вяжущего вещества (цемент или др.), крупных и мелких заполнителей, воды. В ряде случаев может иметь в составе специальные добавки, а также не содержать воды (например, асфальтобетон).

Вопрос №50. Щелочные металлы. Общая характеристика элементов главной подгруппы I группы. Распространенность и нахождение в природе. Способы получения натрия и калия. Физические и химические свойства щелочных металлов.

Общая характеристика элементов главной подгруппы I группы.

Металлы главной подгруппы первой группы — литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций — называются щелочными металлами.

Во внешнем электронном слое атомы щелочных металлов имеют по одному электрону. Во втором электронном слое у атома лития содержатся два электрона, а у атомов остальных щелочных металлов — по восемь электронов.

Распространенность и нахождение в природе.

Вследствие очень легкой окисляемости щелочные металлы встречаются в природе исключительно в виде соединений. Натрий и калий принадлежат к распространенным элементам. Оба металла входят в состав различных минералов и горных пород силикатного типа. Хлорид натрия содержится в морской воде, а также образует мощные отложения каменной соли во многих местах земного шара. В верхних слоях этих отложений иногда содержатся довольно значительные количества калия, преимущественно в виде хлорида или двойных солей с натрием и магнием. Однако большие скопления солей калия, имеющие промышленное значение, встречаются редко. Наиболее важными из них являются соликамские месторождения в СССР, страссфуртские в Германии и эльзасские — во Франции. Залежи натриевой селитры находятся в Чили. 

Получение и свойства щелочных металлов.

Натрий и литии получают электролизом расплавов их соединений, калий — восстановлением из расплавов КОН или КСl натрием, рубидий и цезий — восстановлением из их хлоридов кальцием.

Все щелочные металлы кристаллизуются в кубической объемно-центрированной решетке. Они обладают металлическим блеском, который можно наблюдать на свежем разрезе металла. На воздухе блестящая поверхность металла сейчас же тускнеет вследствие окисления.

Щелочные металлы характеризуются незначительной твердостью, малой плотностью и низкими температурами плавления и кипения. Наименьшую плотность имеет литий, самую низкую температуру плавления — франций.

Способы получения натрия и калия.

Металлический натрий получают электролизом расплава хлорида натрия, к которому для снижения температуры плавления добавляют хлорид кальция.

Гидроксид калия, или едкое кали, КОН получается аналогично гидроксиду натрия — электролизом раствора хлорида калия. 

Физические и химические свойства щелочных металлов.

Калий и натрий – серебристо-белые металлы. Эти металлы очень мягкие, режутся ножом. Обладают всеми свойствами, присущими веществам с металлической связью, а именно: металлический блеск, пластичность, мягкость, хорошая электрическая проводимость и теплопроводность.

При химическом взаимодействии, атомы калия и натрия легко отдают валентные электроны, переходя в положительно заряженные ионы: K+ и Na+. Оба металла являются сильными восстановителями.

Быстро окисляются на открытом воздухе, поэтому необходимо хранить калий и натрий под слоем керосина.

Реакция с водой - бурная. Эти металлы легко взаимодействуют со многими неметаллами –серой, фосфором, галогенами и др.