W С ХН IK с хн 4 страница

Стекло обычно причисляют к веществам, нерастворимым в воде. Однако при продолжительном действии воды на обычное стекло вода отчасти извлекает из него силикат натрия. Если, например, взболтать истертое в порошок стекло с водой и затем прибавить несколько капель фенолфталеина, то жидкость окрашивается в розовый цвет, обнаруживая щелочную реакцию (вследствие гидро­лиза Na₂Si0₃).

Кроме перечисленных видов стекла, большое значение имеет стекло, приготовленное непосредственно из расплавленного в элек­трической печи кварца.

Кварцевое стекло можно подвергать действию более высоких температур, чем обычное. Оно пропускает ультрафиолетовые лучи, которые обычное стекло задерживает, Очень ценным качество^ кварцевого стекла является то, что коэффициент его термического расширения весьма мал. Это значит, что при нагревании или охла­ждении объем кварцевого стекла почти не изменяется. Поэтому сделанные из него предметы можно сильно накалить и затем Опустить в холодную воду: они не растрескиваются.

Кварцевое стекло применяется для изготовления лабораторной посуды и в химической промышленности. Оно используется также для изготовления электрических ртутных ламп, свет которых со­держит много ультрафиолетовых лучей. Ртутные лампы применяют в медицине, для научных целей и при киносъемках. К недостаткам кварцевого стекла относятся трудность его обработки и хрупкость.

Вытягиванием расплавленного стекла через мелкие отверстия (фильеры) можно получать нити диаметром от 2 до 10 мкм — так называемое стеклянное волокно. Оно не хрупко и имеет очень боль­шую прочность на разрыв. Ткани из этого волокна негорючи, обла­дают тепло-, электро- и звукоизолирующими свойствами, химиче­ски стойки.

Ценные свойства получаемых из стеклянного волокна материа­лов позволяют широко использовать их в различных областях техники. Большое значение при этом имеет доступность и деше­визна основного сырья и сравнительная простота производства стеклянного волокна.

Путем сочетания стеклянного волокна с различными синтети­ческими смолами получают новые конструкционные материалы — стеклопластики. Они в 3—4 раза легче стали, но не уступают ей по прочности, что позволяет с успехом заменять ими как ме­талл, так и дерево. Из стеклопластиков, например, изготовляют трубы, выдерживающие большое гидравлическое давление и не подвергающиеся коррозии. Стеклопластики находят все большее применение в автомобильной, авиационной, судостроительной про­мышленности.

Стеклообразное состояние вещества термодинамически неустойчиво. Стекла существуют лишь благодаря тому, что при охлаждении расплавленного стекла его вязкость возрастает очень быстро, так что кристаллизация не успевает произойти. Вводя в исходные вещества добавки, ускоряющие кристаллизацию, и проводя варку по определенному режиму, можно получать стеклокристалли- ческие материалы — с и т а л л ы.

По своей структуре ситаллы представляют собой мелкие кристаллы, спаян­ные пленками незакристаллизовавшегося стекла. Они обладают высокой проч­ностью, твердостью, химической и термической стойкостью. По электрическим свойствам ситаллы относятся к изоляторам. Из ситаллов можно изготовлять дешевые и прочные строительные материалы, электроизоляторы, радиодетали, аппаратуру для химических производств.

183. Керамика. Керамикой называются материалы и изделия, изготовляемые из огнеупорных веществ, например из глины, кар­бидов и оксидов некоторых металлов. В зависимости от примене­ния различают строительную, огнеупорную, химически стойкую, бытовую и техническую керамику. К строительной керамике относятся кирпич, черепица, трубы, облицовочные плитки. Огне­упорные керамические материалы применяются для внутренней об­кладки различных печей, например, доменных, сталелитейных, стеклоплавильных. Химически стойкая керамика устойчива к дей­ствию химически агрессивных сред не только при комнатной, но и при повышенных температурах; она применяется в химической промышленности. К бытовой керамике относятся фаянсовые и фарфоровые изделия. Техническая керамика применяется для из­готовления изоляторов, конденсаторов, автомобильных и авиацион­ных зажигательных свечей, высокотемпературных тиглей, термо­парных трубок.

Процесс изготовления керамических изделий состоит из приго­товления керамической массы, формования, сушки и обжига. Эти операции проводятся по-разному в зависимости от природы исход­ных материалов и от требований, предъявляемых к продукту. На­пример, при изготовлении кирпича сырье — глина с добавками других минералов — измельчается, перемешивается и увлажняется. Получающуюся пластичную массу формуют, сушат и подвергают Обжигу (обычно при 900 °С). При обжиге происходит спекание, обусловленное химическими реакциями в твердой фазе. Спекание проводится по строго определенному режиму и приводит к получе­нию материала, обладающего заданными свойствами. Основную реакцию, претекающую при обжиге глины, можно схематически представить уравнением

3[А1₂0₃ • 2Si0₂ • 2Н₂0] = ЗА1₂0₃ • 2Si0₂ + 4Si0₂ + 6H₂Ot

Некоторые керамические изделия покрывают глазурью — тон­ким слоем стекловидного материала. Для этого изделие с нанесен­ным на Него слоем порошка, состоящего из кварца, полевого шпата и некоторых добавок, подвергают повторному обжигу. Гла­зурь делает керамику водонепроницаемой, предохраняет ее от за­грязнений, защищает от действия кислот и щелочей, сообщает ей блеск.

184. Цемент. К важнейшим материалам, изготовляемым сили­катной промышленностью, относится цемент, потребляемый в огромных количествах при строительных работах.

Обычный цемент (силикатцемент) получают путем обжига сме­си глины с известняком. При обжиге цементной смеси карбонат кальция разлагается на диоксид углерода и оксид кальция; по­следний вступает во взаимодействие с глиной, причем получаются силикаты и алюминаты кальция.

Цементная смесь обычно приготовляется искусственно. Но ме­стами в природе встречаются известково-глинистые породы — мергели, которые по составу как раз подходят к цементной смеси.

Химический. состав цементов выражают обычно в процентах содержащихся в них оксидов, из которых главными являются СаО, А1₂0₃, Si0₂ и Fe₂0j.

При замешивании силикатцемента с водой получается тестообразная, через некоторое время затвердевающая масса. Переход ее из тестообразного состоя­ния б твердое называется «схватыванием».

Процесс затвердевания цемента протекает в три стадии. Первая стадия за? ключается во взаимодействии поверхностных слоев частичек цемента с водой согласно схеме:

ЗСаО • Si0₂ + яН₂0 = 2СаО • Si0₂ • 2Н₂0 + Са(ОН)₂ + (п — 3)Н₂0

Из содержащегося в цементном тесте раствора, насыщенного гидроксидом кальция, последний выделяется в аморфном состоянии и, обволакивая цемент­ные зерна, превращает их в связную массу. В этом состоит вторая стадия-- собственно схватывание цемента. Затем начинается третья стадия — кристал­лизация или твердение. Частицы гидроксида кальция укрупняются, превращаясь в длинные игольчатые кристаллы, которые уплотняют массу силиката кальция. Вместе с тем нарастает механическая прочность цемента.

При употреблении цемента в качестве вяжущего материала его обычно смешивают с песком и водой; эта смесь называется це». ментным раствором.

При смешивании цементного раствора с гравием или щебнем получают бетон. Бетон — важный строительный материал; из него строят своды, арки, мосты, бассейны, жилые дома и т. п. Соору­жения из бетона с основой из стальных балок или стержней назы­ваются железобетонными.

В царской России производилось небольшое количество цемен­та. После Октябрьской революции непрерывно возрастающая потребность народного хозяйства в строительных материалах вы­звала значительный рост цементной промышленности, особенно усилившийся в последние годы, в связи с обширной программой промышленного и жилищного строительства. На цементных заво­дах нашей страны было выработано цемента:

Годы Млн. т Годы Млн. т

1913 1,8 1953 16

1940 5,8 1985 131

Кроме силикатцемента, выпускаются и другие виды цементов, в частности глиноземистый и кислотоупорный.

Глиноземистый цемент получают сплавлением тонко размолотой смеси бок­сита (природного оксида алюминия) с известняком. Этот цемент содержит В процентном отношении больше оксида алюминия, чем силикатцемент. Глав­ными соединениями, входящими в его состав, являются различные алюминать! Кальция. Глиноземистый цемент затвердевает гораздо быстрее, чем силикат­ный. Кроме того, он лучше противостоит действию морской воды. Глиноземи-* стый цемент гораздо дороже силикатцемента, поэтому он применяется в строи­тельстве лишь в специальных случаях.

Кислотоупорный цемент представляет собой смесь тонко размолотого квар< цевого песка с «активным» кремнеземистым веществом, обладающим высоко* развитой поверхностью. В качестве такого вещества применяют или трепел, подвергнутый предварительно химической обработке, или искусственно получек «ый диоксид кремния. После прибавления к указанной смеси раствора силиката к&трия получается пластичное тесто, превращающееся в прочную массу, про* тивостоящую всем кислотам, кроме фтороводорода.

Кислотоупорный цемент применяется главным образом в качестве вяжущегр вещейтва при футеровке химической аппаратуры кислотоупорными к/штками, JB ряде случаев им заменяют более дорогой свинец.

185. Кремнийорганические соединения. Для кремния известно большое число соединений, в которых атомы кремния химически связаны с атомами углерода. Эти соединения называются крем»- нийорганическими.

В 1936 г. советский ученый К. А. Андрианов разработал метод синтеза высокомолекулярных кремнийорганических соединений, положенный в основу промышленного способа получения ряда продуктов, обладающих ценными свойствами.

Андрианов синтезировал сложные эфиры веществ, являющихся производными ортокремниевой кислоты Si (ОН) 4, в которой одна, две или три гидроксильные группы заменены углеводородными радикалами, например;

СНз СНз О—СН₃

¹ I 1

СНз—Si—О—СНз СНз—Si—О—СНз СН₃—Si—О—СН₃

! I I

СНз О—СН₃ О—СН₃

При гидролизе этих эфиров должны были бы получаться соот­ветствующие гидроксилсодержащие соединения кремния, но онй тотчас же конденсируются с отщеплением молекул воды и образо­ванием поликонденсатов. Например, вещества, получающиеся при гидролизе смеси (CH₃)₂Si(OCH₃)2 и (СНз)₃5ЮСН₃, могут далее конденсироваться согласно схеме:

СНз СНз СНз СНз

|........-------....... |........................., |.................................... |

СНз—Si— Oi Н + НО i-Si—О; Н + НО!—Si—0| Н + НОSi—СН₃ —*

I '................ ^! I ''.................. I.................... I

СНз СН₃ СНз СН₃

СНз СНз СНз СНз

I Л I ¹

■—> СН₃—Si—О—Si—О—Si—О—Si—СНз + ЗН₂0 I I I I СН₃ СН₃ СНз СНз

^г При небольшой степени конденсации (если молекулы содержат около десяти атомов кремния) получаются жидкости, применяв* мые в качестве смазочных масел. К их ценным свойствам относит­ся незначительное изменение вязкости в широком интервала температур и химическая стойкость. По сравнению с обычнымй смазочными материалами, представляющими собой смеси предель*' ных углеводородов, они значительно более стойки к действию вы«соких температур.

При более высокой степени конденсации получаются смолооб* разные вещества. Вследствие прочности связей Si—О такие смоль! весьма стойки к нагреванию; они обладают также хорошими элек«троизоляционными свойствами и применяются для изоляции элек«^роироводов там, где обычная изоляция ввиду высокой температуч ры может быстро разрушаться^ На основе кремнийорганические смол получают каучукоподобные материалы, сохраняющие свою эластичность при температурах от —60 до rf 200 °С и не разрушаю­щиеся даже при 300 °С.

Дата добавления: 2015-08-21