Кремний
Под совместным действием различных природных факторов, главным образом воды и углекислого газа, природные силикаты, алюмосиликаты и т. п. на земной поверхности постепенно разрушаются (“выветриваются”), причём растворимые продукты уносятся водой в океан, а нерастворимые частично отлагаются на месте, частично оседают в руслах рек или выносятся в море. Основными нерастворимыми продуктами распада наиболее распространённых в природе алюмосиликатов являются кварц (SiO2), оседающий в виде песка, и каолин (Н4AI2Si2O9 или AI2O3·2SiO2·2H2O), представляющий собой основу обычных глин (окрашенных в бурый цвет примесями железа), а в более чистом состоянии образующий иногда залежи белой глины. Процесс выветривания алюмосиликата может быть изображён следующей схемой:
К2АI2Si6O16 + 2 H2O + CO2 = K2CO3 + H4AI2Si2O9 + 4 SiO2 ортоклаз каолин кварц
Песок и глина создают минеральную основу всех видов почв. Характер последних зависит в основном от условий температуры и влажности данной местности.
В действительности процесс проходит, по-видимому, через следующие стадии:
K2Al2Si6O16 + H2CO3 = K2CO3 + H2Al2Si6O16 и
H2Al2Si6O16 + 14 H2O = 2 Al(OH)3 + 6 H4SiO4, затем
2 Аl(OH)3 + 2 H4SiO4 = 5 H2O + H4Al2Si2O9 и
4 H4SiO4 = 8 H2O + SiO2.
Уравнения показывают, что под действием угольной (или какой-либо другой) кислоты и воды первоначально происходит полное разрушение алюмосиликата, после чего из остатков формируется каолин и постепенно выкристаллизовывается кварц.
Из получаемых искусственно нерастворимых в воде силикатов наиболее важным является стекло, известное человечеству ещё с глубокой древности.
Состав “нормального” стекла выражается формулой Na2CaSi6O14 или Na2O·CaO·6SiO2. Довольно близко к этому составу подходит обычное оконное стекло. Путём частичной замены Na, Ca и Si на другие элементы удаётся получать различные специальные сорта, характеризующиеся теми или иными требуемыми для отдельных применений качествами.
Основными продуктами стекольного производства являются сода, известняк и песок. Процесс образования “нормального” стекла может быть выражен уравнением:
Na2CO3 + CaCO3 + 6 SiO2 = 2 CO2 + Na2O·CaO·6SiO2.
Смесь исходных веществ нагревают приблизительно до 1500 °С и выдерживают расплавленную массу до полного удаления газов, после чего она пускается в дальнейшую переработку.
Хотя стекло в целом практически нерастворимо, однако вода частично разлагает его с поверхности, вымывая преимущественно натрий. Подобно воде действуют и кислоты (кроме плавиковой) — стекло, находящееся некоторое время в соприкосновении с водой или кислотами, дальше практически не разрушается ими. Напротив, из-за сильного преобладания SiO2 в составе стекла действие на него щелочей имеет длительный характер. Поэтому хранящиеся в стеклянных сосудах жидкости обычно содержат примеси растворимых силикатов.
При выработке стекла соду нередко заменяют более дешевой смесью сульфата натрия и угля. В этом случае идёт реакция:
Na2SO4 + C + CaCO3 + 6 SiO2 = Na2O·CaO·6SiO2 + SO2 + CO2.
Реакция взаимодействия “нормального” стекла с HF может быть выражена схемой:
Na2CaSi6O14 + 28 HF = 2 NaF + CaF2 + 6 SiF4 + 14 H2O.
Аналогично идёт реакция и при действии HF на другие стёкла, а также природные силикаты. Из последних наиболее близки по составу к стеклам некоторые вулканические лавы.
Стёкла иенское и пирекс характеризуются большой устойчивостью по отношению к действию воды и кислот, а также сравнительно малыми (особенно пирекс) коэффициентами расширения, вследствие чего они хорошо переносят нагревание. Из них изготовляют высококачественную химическую посуду для лабораторий. Так как стекло типа пирекс отличается также большой механической прочностью, из него в настоящее время делают не только предметы домашнего обихода, но и сосуды для промышленного проведения химических реакций. Ввиду малого коэффициента расширения сосуды эти можно нагревать непосредственно на открытом огне.
Смотрите также
Расчет сметной стоимости проектируемого объекта
Капитальные
вложения в проектируемый объект принято называть полной сметной стоимостью
этого объекта. В проектных организациях расчет капитальных затрат
осуществляется путем составления локальных с ...