Силикатная промышленность

Производством материалов из соединений кремния занимается силикатная промышленность. Основные направления – изготовление стекла, цемента и керамики.

Свойства элемента

Кремний – твёрдый элемент тёмно-серого цвета с металлическим блеском. Проявляет свойства полупроводника. В природе находится в составе песка, кварца, глины.

В реакциях с металлами кремний выполняет функцию окислителя (принимает электроны), с неметаллами – восстановителя (отдаёт электроны). При обычных условиях кремний реагирует только с фтором. С остальными веществами взаимодействует при нагревании.

Кремний

Рис. 1. Кремний.

Кремний образует сложные вещества:

  • оксиды SiO и SiO2;
  • простые соли – хлорид (SiCl4), нитрид (Si3N4), карбид SiC, силициды (Mg2Si, CsSi8, Cu8Si);
  • кислородные соли (Na2SiO3).

Взаимодействуя с углеродом, кремний образует карборунд или карбид. Это вещество близкое по твёрдости алмазу. В промышленности используются силикаты – соли кремниевых кислот. Кремниевые кислоты весьма слабые и неустойчивые. Водород легко вытесняется металлами. В результате образуются прочные кристаллические вещества.

Карборунд

Рис. 2. Карборунд.

Из кислот кремний реагирует только с плавиковой кислотой HF. Кроме того, элемент не реагирует непосредственно с водородом. Гидроксид Si(OH)4 в свободном виде неустойчив и быстро превращается в кислоту за счёт потери воды.

Виды производства

Кремний используют в составе песка (SiO2), глины и других природных материалов для изготовления прочных материалов – цемента, стекла, керамики. В таблице кратко описаны изготовление и использование материалов.

Материал

Сырьё

Использование

Стекло (Na2O ∙ CaO ∙ 6SiO2)

Сода, известняк, белый песок. Сырьё спекают в специальных печах. Процесс состоит из трёх этапов:

– SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2↑;

– SiO2 + CaCO3 → CaSiO3 + CO2↑;

– Na2SiO3 + CaSiO3 + 4SiO2 → Na2O ∙ CaO ∙ 6SiO2.

Могут добавляться дополнительные соединения для придания прочности или, наоборот, пластичности и хрупкости. Например, поташ К2СО3, добавленный вместо соды, делает стекло жаропрочным. Добавление оксидов придаёт стеклу окраску: CoO – синюю, Cr2O3 – зелёную, MnO2 – красную

Изготовление стеклянных листов для окон, нитей для оптоволокна, посуды

Керамика

Глина, состоящая из кристаллов каолинита Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2Н2О. Сначала глину готовят для формовки, смешивая её с водой. Затем придают форму изделиям, обсушивают и обжигают

Производство кафеля, кирпичей, посуды

Цемент

Глина, известняк. Получившуюся после спекания массу размалывают в порошок, который при смешивании с водой образует цемент

Изготовление строительного материала – щебня, бетона, железобетона

Производство стекла

Рис. 3. Производство стекла.

Кремний используется в производстве фотоэлементов, транзисторов, диодов, микросхем. Элемент добавляют при производстве стали для повышения прочности.

Что мы узнали?

Из урока химии 9 класса узнали об особенностях кремния и его соединений, а также о производстве материалов на основе кремния. Кремний в природе находится в составе песка, глины, известняка. Эти природные материалы используются в качестве сырья для изготовления стекла, цемента, керамики. Кремний также применяется в производстве электроники и электротехники.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.9. Всего получено оценок: 7.

Предметы