Zastosowania nieorganicznych
Krzemionka i szkło
Krzemionka, krzemiany i szkło
Krzemionka SiO₂ nie składa się z oddzielnych cząsteczek w typowym krysztale, lecz tworzy przestrzenną sieć tetraedrów SiO₄ połączonych wspólnymi atomami tlenu. Silne wiązania w sieci wyjaśniają wysoką temperaturę topnienia i twardość.
SiO₂ jest tlenkiem kwasowym. Reaguje z mocnymi zasadami i tlenkami zasadowymi, tworząc krzemiany, ale nie reaguje typowo z wodą. Wyjątkowo jest roztwarzany przez HF wskutek powstawania lotnych lub rozpuszczalnych fluorków krzemu.
Szkło jest ciałem amorficznym pozbawionym dalekozasięgowego uporządkowania kryształu. Szkło sodowo-wapniowe powstaje z krzemionki z dodatkiem związków sodu i wapnia, które obniżają temperaturę przetwarzania i modyfikują trwałość.
- SiO₂+2NaOH→Na₂SiO₃+H₂O.
- Kwarc jest krystaliczną odmianą SiO₂, szkło krzemianowe — amorficzną mieszaniną sieciową.
- Dodatek B₂O₃ daje szkło borokrzemowe o małej rozszerzalności cieplnej.
- Szkło mięknie w zakresie temperatur zamiast mieć jeden ostry punkt topnienia.
Schemat: Krzemionka, krzemiany i szkło
Najważniejsze elementy budowy i ich funkcje.
Podstawa programowa: XI.1
Najczęstsze błędy
„Krzemionka jest zbudowana z pojedynczych cząsteczek O=Si=O jak CO₂”
Poprawnie: W ciele stałym tworzy rozległą sieć kowalencyjną z tetraedrycznym otoczeniem Si.
„Szkło jest bardzo powoli płynącą cieczą w temperaturze pokojowej”
Poprawnie: Jest amorficznym ciałem stałym; historyczne różnice grubości szyb wynikają głównie z dawnej technologii produkcji.
Zadania z odpowiedziami
1. Charakter chemiczny SiO₂
Wyjaśnij, dlaczego SiO₂ reaguje ze stopionym NaOH, ale nie zachowuje się jak zasadowy tlenek metalu.
- 1.Wskaż kwasowy charakter tlenku.
- 2.Zapisz powstawanie krzemianu.
- 3.Połącz charakter z położeniem krzemu i wysokim stopniem utlenienia.
Odpowiedź
SiO₂ reaguje z zasadą, tworząc Na₂SiO₃ i wodę, co jest typowe dla tlenku kwasowego.
2. Zadanie: Krzemionka, krzemiany i szkło
Rozwiąż zadanie lub uzasadnij właściwość związaną z częścią „Krzemionka, krzemiany i szkło”.
- 1.Zapisz cząstki, wzór albo równanie.
- 2.Uwzględnij warunki i bilans.
- 3.Podaj wynik lub wniosek wraz z uzasadnieniem.
Odpowiedź
Krzemionka SiO₂ nie składa się z oddzielnych cząsteczek w typowym krysztale, lecz tworzy przestrzenną sieć tetraedrów SiO₄ połączonych wspólnymi atomami tlenu. Silne wiązania w sieci wyjaśniają wysoką temperaturę topnienia i twardość. SiO₂ jest tlenkiem kwasowym. Reaguje z mocnymi zasadami i tlenkami zasadowymi, tworząc krzemiany, ale nie reaguje typowo z wodą. Wyjątkowo jest roztwarzany przez HF wskutek powstawania lotnych lub rozpuszczalnych fluorków krzemu. SiO₂+2NaOH→Na₂SiO₃+H₂O. Kwarc jest krystaliczną odmianą SiO₂, szkło krzemianowe — amorficzną mieszaniną sieciową.
Podsumowanie
- Kwarc jest krystaliczną odmianą SiO₂, szkło krzemianowe — amorficzną mieszaniną sieciową.
- Krzemionka SiO₂ nie składa się z oddzielnych cząsteczek w typowym krysztale, lecz tworzy przestrzenną sieć tetraedrów SiO₄ połączonych wspólnymi atomami tlenu. Silne wiązania w sieci wyjaśniają wysoką temperaturę topnienia i twardość.
- SiO₂+2NaOH→Na₂SiO₃+H₂O.
Słownik pojęć
- Ciało amorficzne
- Ciało stałe bez dalekozasięgowego uporządkowania sieci.
- Krzemian
- Sól lub materiał zawierający aniony zbudowane z jednostek SiO₄.
- Modyfikator sieci
- Składnik zmieniający połączenia sieci szkła i jego właściwości.