Некоторые металлоиды

Просмотров: 7176Комментарии: 0
Сведения из неорганической химии

Из металлоидов рассмотрим серу, селен, фосфор, углерод, кремний, бор.

Сера. В природе сера встречается в свободном состоянии, пронизывая горные породы. Но не меньше она распространена и в связанном виде в различных минералах. Ценными для добычи металлов являются, например, такие минералы: свинцовый блеск PbS, цинковая обманка ZnS, серный колчедан, или пирит, FeS2, медный блеск Cu2S. Их называют сульфидами; это соли слабой сероводородной кислоты H2S — сероводорода.

Большое распространение в природе имеют соли серной кислоты, особенно входящая в состав минералов гипса и ангидрита — CaSO4, образующая целые горные породы. Полуводный гипс CaSO4*0,5Н2O используется для изготовления форм (см. Литье и ручное формирование изделий в гипсовых формах и Сведения о модельно-формовочном деле в керамике).

В керамике сера применяется для изготовления оранжевых и красных глазурей совместно с селеном (Se).

Иногда серу применяют для изготовления небольших моделей, с которых отливают рабочие формы, так как она может быть достаточно твердой. Из наиболее важных кислородных соединений серы назовем: двуокись серы SO2 и трехокись серы SO3. Сернистая кислота (H2SO3) является восстанавливающим средством и служит для осаждения золота в виде тончайшего порошка из его солевого раствора. Из такого порошка можно изготовить золотые препараты, применяющиеся для декорирования золотом в керамике.

Продажная концентрированная кислота содержит 96,5% H2SO4; удельный вес ее — 1,84 (купоросное масло).

Селен. Красно-бурый порошок с удельным весом 4,5 представляет собой аморфный селен, а хрупкое серое вещество с металлическим блеском и удельным весом 4,8 — кристаллический селен.

Фосфор. Легко реагирует со многими веществами. Легче всего фосфор соединяется с кислородом. Фосфат кальция Са3(РO4)2 иногда применяется в керамике в качестве «глушителя», создавая непрозрачность некоторых стекол (глазурей, эмалей), а также для изготовления мягкого фарфора (см. Керамические массы и их приготовление).

Углерод. Это очень распространенный элемент на Земле. В свободном состоянии в природе он встречается в виде двух простых кристаллических веществ — алмаза с удельным весом 3,51 и графита с удельным весом 2,25. Кроме того, известно третье простое вещество, состоящее из углерода, — уголь, получающийся в основном искусственным путем,

Графит — непрозрачное черное и весьма мягкое вещество. Смешаный с серой, в керамике он может служить для изготовления модельных форм. Кроме того, графит является незаменимой составной частью шихты, идущей для производства графитовых тиглей, так как в смеси с глиной дает хорошо формующуюся массу.

Углеродом пользуются при выплавке металла из руд, восстанавливая им окислы металлов до металла.

При высоких температурах углерод соединяется почти со всеми элементами, образуя карбиды. Широко распространенным искусственным карбидом является карбид кремния или карборунд — SiC, который применяется в основном как абразивный (режущий, шлифующий) материал, немногим уступая по твердости алмазу. Кроме того, карборунд используется как заранее изготовленное огнеупорное сырье или в производстве карборундовых нагревателей для электрических печей. В керамической промышленности в последние годы его начали применять для изготовления капселей.

Из кислородных соединений углерода важным является двуокись углерода (угольный ангидрид) — СO2. Соответствующая ему слабая угольная кислота Н2СO3 может существовать только в водном растворе. Однако соли этой кислоты — весьма прочные соединения; при более или менее сильном нагреве они разлагаются на окись металла и двуокись углерода (углекислый газ). Для многих глазурей, применяемых в керамике, используют именно карбонаты, так как они способны разлагаться, образуя необходимую окись.

Карбонаты натрия и калия (сода и поташ) служат хорошими плавнями для глазурей и эмалей.

Кремний. В природе он встречается только в связанном виде. Прежде всего он присутствует в виде солей различных кремневых кислот, а также кварца, аметиста, горного хрусталя и т. п. Свободный кремний получен как в аморфном, так и в кристаллическом состоянии, но лишь искусственным путем.

Одними из главных компонентов, составляющих керамическую массу, являются кварц и кварцевые пески.

Обычный природный кварц обозначают как ?-кварц. При 575°С он переходит в ?-кварц, резко расширяясь в объеме, т.е. с уменьшением плотности. Если его охладить, то снова возникнет ?-кварц, приблизительно при той же температуре превращения или несколько ниже.

По химическому составу ?- и ?-кварцы соответствуют SiO2. Такого рода превращения, связанные с резким изменением объема, должны интересовать керамиста, имеющего дело с обжигом. Этим свойством кварца пользуются, прокаливая его перед дроблением, после чего он становится хрупким.

Выше 1713°С устойчив только расплав.

Расширение масс, содержащих кварц, является обратимым процессом. Опасность термической неустойчивости в керамике тем больше, чем быстрее идет превращение и чем больше объемные изменения.

Наиболее стабильной модификацией является кремнеземистое стекло. Так как при температуре плавления 1713°С оно очень вязкое, то полное растекание наступает позже, приблизительно при 1780°С Такой расплав, охлажденный без выделения кристаллов, называют кремнеземистым или кварцевым стеклом. Оно пропускает ультрафиолетовые лучи.

Двуокись кремния образует много кислот; одна из них — орто-кремневая кислота H4SiO4. При отщеплении от двух ее молекул одной молекулы воды получается ортодикремневая кислота H6Si2O7:

2H4SiO4 — Н2O -> HeSi2O7.

Соли кремневых кислот называют силикатами. Искусственные силикаты получают сплавлением кремнезема с едкими щелочами или с карбонатами металлов, например:

SiO2 + K2CO3 -> K2SiO3 + СO2.

После охлаждения сплавы калия и натрия имеют вид стекловатых масс и, в отличие от многих других силикатов, довольно легко растворяются в горячей воде. Поэтому они получили название растворимых стекол.

Так как кремневая кислота является очень слабой кислотой, то ее щелочные соли в воде (Na2SiO3; K2SiO3) показывают реакцию щелочи, что объясняется так называемым гидролизом, в данном случае — появлением в растворе NaOH и КОН.

Силикат натрия применяется в керамике как «электролит» для разжижения глинистых керамических масс — получения литейных шликеров.

Каолин и полевой шпат также являются силикатами или, вернее, алюмосиликатами, так как содержат кроме кремния еще алюминий.

Теоретически для каолинита (соль) формулу можно получить таким образом:

2Аl2(ОН), + H2Si2O5 = Al2(ОН)4 Si2O5 + Н2O.

Бор. В природе бор встречается только в связанном состоянии, чаще всего в виде кислородных соединений. Наиболее распространенные из них следующие: борная кислота Н3ВO3, борокальцит СаВ4O7*4Н2O, бура Na2B4O7*10Н2О, борацит 2Mg3B8O15*MgCl2, ашарит MgHBO3.

Борный ангидрид (В2O3) может быть легко получен прокаливанием борной кислоты, представляющей собой белое кристаллическое вещество. После прокаливания, что сопровожадется большим выделением водяных паров, получается бесцветная хрупкая стекловидная масса, плавящаяся при 588°С. В2O3

является ангидридом (безводным соединением) ортоборной кислоты:

В2O3 + ЗН2O = Н6В2O6 = 2Н2BO3.

Широко известная бура Na2B4O7 * 10Н2О представляет собой натриевую соль тетраборной кислоты Н2В4O7. Это бесцветные, прозрачные кристаллы, легко выветривающиеся с поверхности, так как содержат большое количество так называемой кристаллизационной воды. При продолжительном нагреве бура постепенно ее теряет и плавится в прозрачную стекловидную массу.

Борная кислота и бура являются важными сырьевыми материалами для глазурей; они действуют как плавни. В керамике широко применяются природные соединения бора: борацит, борокальцит, ашарит.

Соединения бора нитрид BN и карбид В4С имеют большое значение для абразивной промышленности.

Оставьте комментарий!

grin LOL cheese smile wink smirk rolleyes confused surprised big surprise tongue laugh tongue rolleye tongue wink raspberry blank stare long face ohh grrr gulp oh oh downer red face sick shut eye hmmm mad angry zipper kiss shock cool smile cool smirk cool grin cool hmm cool mad cool cheese vampire snake excaim question


Комментарий будет опубликован после проверки

     

  

(обязательно)