yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Хімія->Содержание->2.1.5 ЗАСТОСУВАННЯ s-МЕТАЛІВ IIА-ПІДГРУПИ ТА ЇХ СПОЛУК

Метали

2.1.5 ЗАСТОСУВАННЯ s-МЕТАЛІВ IIА-ПІДГРУПИ ТА ЇХ СПОЛУК

 

Берилій використовують для виготовлення інтерметалічних сполук – берилідів складу МеВе12 (де Ме – Ti, Nb, Ta, Mo) чи MeBe11 (де Me –  Nb, Ta), які мають високу температуру плавлення і не окиснюються навіть при нагріванні до 1200-1600оС. Крім того, берилій застосовують як легуючий компонент у багатьох сплавах, який надає їм підвищену корозійну стійкість, велику міцність і твердість. Найціннішими сплавами є берилієві бронзи, які використовують у літакобудівництві, електротехніці тощо. В атомних реакторах берилій і оксид берилію ВеО використовують як сповільнювачі і відбивачі (ОТРАЖАТЕЛИ) нейтронів. У суміші з препаратами радію Ве є джерелом нейтронів, що утворюються при дії альфа-частинок:

94Be + 42He à 126C + 10n.

Оксид берилію застосовують як хімічно стійкий вогнестікий матеріал для виготовлення тиглів і спеціальної кераміки, ВеО входить до складу деяких склоутворюючих сумішей. Сполуки берилію отруйні!

Магній в основному використовується для виробництва «надлегких» сплавів (таких як дюралімін, електрон, магналій, гідроналій, необхідних у машинобудівництві та авіації); в металургії – як розкислювач і десульфуючий агент, оскільки він відновлює оксиди і сульфіди з утворенням важкорозчинних у розплавлених металах сполук; у металотермії - для виробництва Ti, Zr, V, U та ін. Суміші порошку магнію з окисниками використовують для освітлювальних і запалювальних ракет, снарядів, у фото- і освітлювальній техніці.

Оксид магнію, або палену магнезію MgO застосовують при виробництві чистого магнію як наповнювач гуми для очищення нафтопродуктів при виготовленні вогнестійкої цегли, будівельних матеріалів.

Хлорид магнію MgCl2 використовують для одержання чистого магнію, а також у великих кількостях для виробництва магнезіального цементу, який виробляють, змішуючи попередньо прожарений MgO з 30% розчином MgCl2. При поступовому висиханні утворюються полімерні ланцюги – біла тверда маса, стійка відносно до кислот і лугів.

Кальцій вводять у сплави заліза для видалення з них вуглецю та сірки, а також використовують для добування гідриду і карбіду кальцію. Гідроксид кальцію Са(ОН)2 (вапняне молоко, або гашене вапно) застосувють як дешева розчинна основа. Хлорид кальцію завдяки його високій гігроскопічності застосовують як зневоджуючий засіб. Нітрат кальцію – мінеральне добриво.

Сульфат кальцію поряд з іншими сполуками широко використовують для виробноцтва в’яжучих матеріалів.

Застосування природних різновидів карбонату кальцію дуже поширене. Вапняк СаСО3 є вихідною сировиною для одержання важливих будівельних матеріалів – вапна і цементу, крейда використовується як мінеральний барвник і основа для полірувальних засобів, мармур – для скульптурних робіт, виготовлення електротехнічних щитів.

Стронцій та його сполуки застосовуються менше, ніж кальцій. Амальгама стронцію застосовується для добування двохвалентних сполук рідкоземельних елементів. Металевий стронцій додають до сплавів магнію, алюмінію, свинця, нікелю та міді. Сплави на основі Sr і Mg використовують для створення вакууму в термоіонних перетворювачах. Нітрати стронцію використовують у піротехниці для виготовлення сумішей, що згоряють червоним полум’ям.

Барій використовують в антифрикційних сплавах на основі свинцю у вакуумній техніці, а  в останній час – у поліграфії, де сплави на основі Ba-Pb майже зoвсім витіснили сплави Pb-Sb. Розчин Ва(ОН)2баритова вода – лабораторний реактив для відкриття СО2. Нітрат барію Ba(NO3)2 застовується у виробництві сигнальних ракет для забарвлення вогнів зеленим кольором. Солі барію на відміну від солей Са і Sr отруйні!

 

3 В’ЯЖУЧІ МАТЕРІАЛИ

 

В’яжучими матеріалами (або просто в’яжучими) називаються порошкоподібні речовини, що при контакті з водою перетворюються у пластичну масу, яка загустіває і переходить у твердий міцний стан. В'яжучі використовуються у будівельних розчинах (для скріплення цегли та інших елементів споруд), для виготовлення бетону, будівельних деталей і конструкцій.

До в’яжучих належать: вапно, гіпси, цементи.

Вапно одержують при випалюванні в шахтних пічах вапняка, який піддається термічній дисоціації із значним поглинанням теплоти

CaCO3 (to) à CaO + CO2.

Вапняк застосовують у багатьох галузях промисловості, а також у сільскому господарстві для нейтралізації закислених грунтів. Однак найчастіше вапно змішують у певній пропорції з піском і водою, отримуючи  так званий вапняний розчин

СаO + H2O à Ca(OH)2,

який поступово твердіє внаслідок кристалізації малорозчинного гідроксиду кальцію, утворення кристалічного СаСО3 (за рахунок повітряної вуглекислоти) і одночасного утворення силікатів кальцію

Ca(OH)2 + CO2 à CaCO3 + H2O,

2Ca(OH)2 + SiO2 à Ca2SiO4 + 2H2O.

Завдяки виділенню досить великої кількості води при твердінні вапняного розчину в побудованих спорудах довгий час зберігається вологість.

Цемент має помітну перевагу над вапняком. Крім того, що він усуває довгочасну вологість споруд, цемент характеризується здатністю затвердівати не тільки на повітрі, але й під водою.

Цемент – зеленувато-сірий порошок, що складається з суміші різних силікатів і алюмінатів кальцію – переважно складу Ca3SiO5, Ca2SiO4, Ca3(AlO3)2. Атоми Al і Si схильні до утворення гетероланцюгових полімерів, в основі яких містяться зв’язки Si-O-Si і Al-O-Al. Залежно від масового співвідношення у цементі Al і Si, він поділяється на портландцемент (силікатний) і глиноземний (алюмінатний). Цементи одержують при випалюванні тонкоподрібненої суміші вапняку і глини, багатою вмістом алюмінію. При цьому утворюються силікати і алюмінати кальцію і виділяєтся вуглекислий газ. Ретельно розмолоту після випалювання масу (клінкер) змішують з водою, внаслідок чого утворюється тістоподібна суміш, яка поступово твердіє – відбувається «тужавіння» цементу згідно із схемами:

Ca3SiO5 + 5H2O à  Ca2SiO4·4H2O  + Ca(OH)2,

Ca2SiO4 + 4H2O à  Ca2SiO4·4H2O,

Ca3(AlO3)2 + 6H2O à  Ca3(AlO3)2·6H2O.

Як видно при «тужавінні» проходять процеси гідратації, яка завершується поступовою поліконденсацією складових частин клінкеру і утворенням високомолекулярних полімерних сполук – алюмінатів і силікатів кальцію. Причому, твердість цементу продовжує зростати протягом тривалого часу, оскільки відбувається поширення процесів гідратації у глибину цементних зерен.

Гіпсипалений гіпс, або алебастр CaSO4·1/2H2O (іноді його формулу записують у подвоєній формі: 2CaSO4·H2O) і гіпсовий камінь CaSO4·2H2O, який зневоджують нагріванням до 150-180оС до складу CaSO4·1/2H2O. При змішуванні напівгідрату сульфату кальцію з водою відбувається гідратація, внаслідок чого маса твердіє та кристалізується

CaSO4·1/2H2O +H2Oà CaSO4·2H2O.

На цій властивості базується застосування гіпсу для виготовлення панелей, будівельних плит,  барельєфів, зліпків з різних предметів тощо.

 

4 ЖОРСТКІСТЬ ВОДИ

 

Важливою обставиною є те, що на відміну від карбонату кальцію СаСО3 кисла сіль – гідрокарбонат кальцію Ca(HCO3)2 – розчиняється у воді. Завдяки цьому у природі протікають цікаві процеси. Коли холодна дощова чи річкова вода, насичена вуглекислим газом, проникає під землю і попадає на вапняки, то відбувається їх поступове розчинення

Са СО3(кр.) + СО2 + Н2О à Ca(HCO3)2(р-н).

А в тих місцях, де насичена гідрокарбонатом вода виходить на поверхню землі і нагрівається соняшними промінями, проходить зворотна реакція

Ca(HCO3)2(р-н) àСа СО3(кр.)↓ + СО2 + Н2О.

Так, у природі відбувається перенесення великих мас речовини. У результаті під землею можуть утворюватися величезні провалля та перечери із сталактитами.

Природна вода, яка містить розчинені гідрокарбонати кальцію та магнію, називається жорсткою. І відповідно жорсткість – це наявність у природній воді розчиненних солей кальцію та магнію.

Присутність у воді значних кількостей солей кальцію та магнію шкодить безпечному використанню води для технічних потреб. Так, при тривалій роботі парових котлів з жорсткою водою їх стінки поступово покриваються щільною плівкою накипу, який погано проводить тепло і робота котла стає неекономічною: так, шар накипу товщиною 1мм підвищує витрата палива приблизно на 5%. З іншого боку, ізольовані від води шаром накипу стінки котла нагріваються до високих температур, покриваються тріщинами і вздуттями. При цьому вони втрачають міцність, що може призвести до вибуху. Жорсткість набагато збільшує витрачання миючих засобів при пранні і погіршує якість тканин, оскільки катіони Са2+ і Mg2+ утворюють з милами (загальний склад мил СnH2n+1COONa) нерозчинні солі вищих карбонових кислот (пластівці складу Ca(СnH2n+1COO)2↓), які осідають на випраних речах. У воді з високою жорсткістю погано розварюються овочі та м’ясо, тому що катіони кальцію утворюють з білками харчових продуктів нерозчинні сполуки. Солі магнію надають питній воді гіркого присмаку. Для запобігання зниженню органолептичних властивостей води її загальна жорсткість не повинна перебільшувати 7ммоль-екв./л.

З цих причин проблеми, пов’язані з усуненням жорсткості води, набувають практичного значення.

 

 

 

 

 

12