Х
Реакция поликонденсации сопровождается образованием молекулы полимера и молекулы низкомолекулярного побочного продукта (воды, аммиака, хлороводорода).
В отличие от углерода атомы кремния имеют свободные атомные орбитали на 3d-подуровне, поэтому в комплексных соединениях координационное число кремния равно шести (например, H2[SiF6] – кремнийфтористоводородная кислота). Кремний является вторым (после кислорода) по распространенности элементом (27% вес от массы земной коры). Если углерод можно рассматривать как основной элемент для всей органической жизни, то кремний играет такую же роль для твердой оболочки Земли, которая представляет собой смесь различных соединений кремния с кислородом и другими элементами.
В свободном виде кремний в природе не встречается, получают его восстановлением двуокиси кремния углеродом или магнием при высоких температурах:
SiO2 + 2C = Si + 2CO;
SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si.
Кислоты на кремний при обычных условиях не действуют (за исключением смеси HF и HNO3), щелочи переводят его в соли кремниевой кислоты (H2SiO3):
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2 ↑.
Кремниевая кислота существует в виде нескольких форм:
H4SiO4 (2H2O ⋅ SiO2) – ортокремниевая кислота;
H2SiO3 ( H2O ⋅ SiO2) – метакремниевая кислота;
H2Si2O5 (H2O ⋅ 2SiO2) – дикремневая кислота.
Все эти формы кремниевой кислоты неустойчивы и довольно легко образуют неорганические полимеры с общей формулой хSiO2 ⋅ y H2O, называемые поликремниевыми кислотами.
Кремниевые кислоты слабее угольной. Метакремниевая кислота диссоциирует ступенчато:
1. H2SiO3 H+ + HSiO3-, К1 = 2⋅ 10-10;
2. H2SiO3- H+ + SiO32-, К2 = 1⋅ 10-12.
Так как SiO2 не растворим в воде, кремниевые кислоты получают косвенным путем. Например: Na2SiO3 + H2SO4 → H2SiO3↓ + Na2SO4 .
Соли кремниевых кислот называются силикатами. Получают их сплавлением SiO2 с едкими щелочами и карбонатами калия или натрия:
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O;
SiO2 + K2CO3 = K2SiO3 + CO2.
Большинство солей метакремниевой кислоты не растворимо в воде. Силикаты натрия и калия растворимы в воде (растворимое стекло). Водные растворы силикатов щелочных металлов сильно гидролизованы и имеют
рН > 12. Силикаты входят в состав стекла – это аморфный прозрачный сплав, образующийся при нагревании смесей карбонатов с многими силикатами или с SiO2 . Например, оконное стекло получают при сплавлении белого песка (SiO2) с содой (Na2CO3) и мелом (или известняком (CaCO3)):
t
CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2 ↑;
t
Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2 ↑.
Состав стекла приближенно выражается формулой Na2O ⋅ CaO ⋅ 6SiO2. Силикаты также широко используются для производства строительной и декоративной керамики, цемента.
Лабораторная работа
«НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ РАБОТЕ В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ
1. На рабочем месте не должно быть посторонних предметов.
2. Не пользоваться неизвестными реактивами (без надписей и этикеток).
3. После опытов остатки металлов в раковину не выбрасывать, а сдать лаборанту.
4. Сухие реактивы следует брать при помощи шпателя, растворы – пипеткой, для каждого реактива иметь отдельный шпатель или пипетку.
5. Нельзя брать вещества руками и пробовать их на вкус. При определении веществ по запаху склянку следует держать на расстоянии и направлять движением руки воздух от отверстия склянки к носу.
6. Избыток реактива нельзя выливать из пробирки обратно в реактивную склянку.
7. Соблюдать осторожность при пользовании растворами кислот, щелочей и других едких жидкостей.
При попадании на кожу или слизистые оболочки кислоты сначала промыть пораженное место большим количеством воды, а затем раствором соды.
При попадании на кожу или слизистые оболочки щелочи сначала промыть пораженное место водой до тех пор, пока участок не перестанет быть скользким, а затем раствором борной кислоты.
Цель работы: получить полимерные материалы в результате реакции поликонденсации.
Описывая химические превращения, следует:
— отметить наблюдаемые явления (выделение газа, образование или растворение осадка, изменение цвета раствора);
- записать уравнения реакций; окислительно-восстановительные реакции уравнять методом электронного баланса, указать окислитель, восстановитель, а также процессы окисления и восстановления; для реакций ионного обмена записать полные и краткие ионно-молекулярные уравнения;
— сделать выводы.
Опыт 1. Сополимеризация формальдегида со стиролом
Реактивы: концентрированная серная кислота, стирол, параформ.
В сухой бюкс объёмом 10 мл внести микрошпатель параформа, добавить концентрированной серной кислоты 8-10 капель и прикапать пипеткой стирол объёмом 0,5 мл. Смесь перемешать стеклянной палочкой и наблюдать образование полимерного материала.
Опыт 2. Синтез фенолоформальдегидной смолы
Реактивы: концентрированная серная кислота, кристаллический фенол, параформ.
В сухой бюкс объёмом 10 мл внести микрошпатель параформа, добавить 8-10 капель концентрированной серной кислоты и добавить микрошпатель фенола. Перемешать реакционную смесь стеклянной палочкой. Наблюдать образование полимерного материала.
Контрольные вопросы и задания
Написать электронные формулы атомов углерода и кремния. Какие степени окисления характерны для этих элементов? В чем сходство и различие в свойствах углерода и кремния? Какого типа химические связи образует углерод в органических соединениях? В каком гибридном состоянии может находиться углерод? Какие простые вещества образует углерод? Чем различаются их структуры? Какие оксиды образуют углерод и кремний? Какие кислоты и соли им соответствуют? Какую среду имеют водные растворы карбоната и гидрокарбоната натрия? Дать объяснение, составить уравнения реакций гидролиза. Какая среда в водном растворе силиката натрия? Составить уравнение гидролиза. Какие соединения углерода входят в состав: воздуха, горных пород, подземных вод? Какие из следующих солей растворяются в соляной кислоте: хромат бария, карбонат бария, сульфат бария? Почему? Какая из солей образует осадок при взаимодействии с соляной кислотой: силикат натрия, карбонат натрия, сульфат натрия? С какими из указанных веществ будет взаимодействовать оксид углерода (П): MgO, O2, H2, Cl2, KOH? Написать уравнения происходящих реакций. Составить уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:
CaCO3 → CaO → Ca(OH)2 → Ca3(PO4)2.
Составить уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: а).CO → CO2 → Na2CO3 → CaCO3 ; б) Si→ SiO2 → H2SiO3 →Na2SiO3. Привести примеры реакций а) полимеризации;б) сополимеризации.
Привести примеры реакций поликонденсации. Приведите примеры тактических (регулярных) и атактических полимеров. Приведите примеры процессов радикальной и ионной полимеризации. Coставить уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: а) CH4 → CO2 → MgCO3 → MgCl2 ; б) Na2SiO3 → H2SiO3 → SiO2 → CaSiO3. Какие полимерные кислоты образует кремний? Приведите формулу оконного стекла. Написать уравнение реакции получения оконного стекла. В колбах без этикеток находятся следующие соли: хлорид натрия, карбонат натрия и сульфат натрия. Как определить: в какой колбе какая соль? Имеются три цилиндра, наполненные газами: оксидом азота (II), оксидом углерода (II), оксидом углерода (IV). Как определить: какой газ находится в каждом цилиндре? Как доказать кислотный характер диоксида кремния? Какой осадок образуется при добавлении к силикату натрия раствора нитрата аммония?Список использованной литературы
Глинка химия: учебное пособие для вузов/ под ред. .- Изд. перераб. и доп. – М.:Интеграл-Пресс, 2010.- 728 с. Ахметов и неорганическая химия: учеб. для вузов./ . – Изд. исправ. – М.: Высш. шк., 2002.- 743 с. Коровин химия: учебник для технич. направ. и спец. вузов./ .- 7 изд., испр.,- М.: Высш. шк., 2006.- 550 с. Неорганическая химия: учеб. пособие / и др.; под общ. ред. А. М.Cыркина.- Уфа: Изд-во «Нефтегазовое дело», 2009.- 128 с. Химия элементов: учеб. пособие/ и др.; под общ. ред. .- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2001.- 93 с.
Оглавление
Стр.
Введение 1
Конструкционные материалы 1
Конструкционные металлы 1
Неметаллические конструкционные материалы 9
1. Легкие конструкционные металлы 12
Лабораторная работа «Химические свойства лёгких
конструкционных металлов и соединений на их основе» 17
Контрольные вопросы и задания к разделу «Лёгкие
конструкционные металлы и соединения на их основе» 23
2. Тяжёлые конструкционные металлы 28
Лабораторная работа «Химические свойства тяжёлых
конструкционных металлов и соединений на их основе» 33
Контрольные вопросы и задания к разделу «Тяжёлые
конструкционные металлы и соединения на их основе» 37
3. Неметаллические конструкционные материалы 43
Лабораторная работа «Неметаллические конструкционные
материалы» 45
Контрольные вопросы к разделу «Неметаллические
конструкционные материалы» 46
Список использованной литературы 48
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
