Кремний

алканы, на воздухе самовоспламеняются, например:

2Si2H6 + 7O2 = 4SiO2 + 6H2O

Связь между атомами Si гораздо менее прочна, чем связь между углеродными

атомами, вследствие чего цепи - Si - Si - Si - и т. д. легко разрываются.

Неустойчива также связь кремния с водородом, что свидетельствует о

значительном ослаблении металлоидных свойств у кремния.

Метан устойчив к гидролизу, тогда как SiH4 и GeH4 (в нашем случае SiH4)

активно взаимодействуют с водой, причем гидролиз существенно ускоряется

щелочами:

SiH4 + 2NaOH + H2O = Na2SO4 + 4H2-^

Силан, герман и станнан являются сильными восстановителями:

SiH4 + 2AgCl = SiH3Cl + HCl +2Ag

при нагревании силаны разлагаются:

SiH4 = SI + 2H2

в результате чего можно получать металлы высокой чистоты.

Кремния галогениды, соединения кремния с галогенами. Известны галогениды

кремния следующих типов (Х-галоген): SiX4, SiHnX4-n (галогенсиланы),

SinX2n+2 и смешанные галогениды, например SiClBr3. При обычных условиях

SiF4 - газ, SiCl4 и SiBr4 - жидкости (t пл. - 68,8 и 5°C), SiI4 - твердое

тело (t пл. 124°С). Соединения SiX4 легко подвергаются гидролизу:

SiX4 + 2H2O = SiO2 + 4HX

На воздухе дымят вследствие образования очень мелких частиц SiO2;

тетрафторид кремния реагирует иначе:

3SiF4 + 2H2O = SiO2 + 2H2SiF6

Хлорсиланы (SiHnX4-n), например SiHCl3, (получается действием

газообразного HCl на Si): Si + 3HCl = SiHCl3 + H2,

при действии воды образуют полимерные соединения с прочной силоксановой

цепью Si - O - Si.

SiHCl3 + 2H2O = SiO2 + 3HCl +H2-^

Отличаясь большой реакционной способностью, хлорсиланы служат исходными

веществами для получения кремнийорганических соединений.

Соединения типа SinX2n+2, содержащие цепи атомов кремния, при Х - хлор,

дают ряд, включая Si6Cl14 (t пл. 320°С); остальные галогены образуют

только Si2X6. Получены соединения типов (SiX2)n и (SiX)n. Молекулы SiX2 и

SiX существуют при высокой температуре в виде газа и при резком охлаждении

(жидким азотом) образуют твердые полимерные вещества, нерастворимые в

обычных органических растворителях. Тетрахлорид кремния SiCl4 используется

при производстве смазочных масел, электроизоляций, теплоносителей,

гидрофобизирующих жидкостей и т. д.

Карбид кремния, карборунд SiC,соединение кремния с углеродом; один из

важнейших карбидов, применяемых в технике. В чистом виде карбид кремния -

бесцветный кристалл с алмазным блеском; технический продукт зеленого или

синего цвета. Карбид кремния существует в двух основных кристаллических

модификациях - гексагональной (a-SiC) и кубической (b-SiC), причем

гексагональная является «гигантской молекулой»,построенной по принципу

своеобразной структурно-направленной полимеризации простых молекул. Слои

из атомов углерода и кремния в a-SiC размещены относительно друг друга

по-разному, образую много структурных типов. Переход b-SiC в a-SiC

происходит при температуре 2100-2300°С (обратный переход обычно не

наблюдается). Карбид кремния тугоплавок (плавится с разложением

при2830°С), имеет исключительно высокую твердость (микротвердость 33400

Мн/м^2 или 3,34 тс/мм^2), уступая только алмазу и карбиду бора В4С;

хрупок; плотность 3,2 г/см^3. Карбид кремния устойчив в различных

химических средах, в том числе при высоких температурах.

Карборунд получают в электропечах при 2000-2200°С из смеси кварцевого

песка (51-55%), кокса (35-40%) с добавкой NaCl (1-5%) и древесных опилок

(5-10%).

SiO2 + 3C = SiC + 2CO

Благодаря высокой твердости, химической устойчивости и износостойкости

карборунд широко применяется как абразивный материал (при шлифовании), для

резания твердых материалов, точки инструментов, а также для изготовления

различных деталей химической и металлургической аппаратуры, работающей в

сложных условиях высоких температур. Карборунд, легированный различными

примесями, используется в технике полупроводников, особенно при повышенных

температурах. Интересно использование карборунда в электротехнике - для

изготовления нагревателей высокотемпературных электропечей сопротивления

(силитовые стержни), грозоразрядников для линий передачи электрического

тока, нелинейных сопротивлений, в составе электроизолирующих устройств и

т. д.

Кремний, как и углерод, образует монооксид SiO и диоксид SiO2. Оба

соединения в отличие от оксидов углерода представляют собой тугоплавкие

твердые вещества с каркасной структурой.

Пары монооксида SiO образуются при нагревании кремнезема с кремнием при

1300°С и конденсируются в черно-коричневый порошок, на воздухе медленно

окисляющиеся до SiO2.

SiO2 + Si = SiO

SiO2 + C = SiO + CO

Монооксид кремния обладает хорошими диэлектрическими характеристиками и

механической прочностью и поэтому применяется для создания изолирующих и

защитных слоев в полупроводниковых устройствах.

Оксид SiO является сильным восстановителем, например:

2SiO2 + 4AgClO4 + 12HF = 4Ag + 4HClO4 +2H2 [SiF6] + 2H2O

Наиболее характерным и устойчивым соединением кремния является кремневый

ангидрид, обычно называемый кремнеземом.

Кремнезем встречается как в кристаллическом, так и в аморфном виде.

Кристаллический кремнезем находится в природе главным образом в виде

минерала кварца. Прозрачные, бесцветные кристаллы кварца, имеющие форму

шестигранных призм с шестигранными пирамидами на концах, носят название

горного хрусталя. Горный хрусталь, окрашенный примесями в лиловый цвет,

называется аметистом, а в буроватый - дымчатым топазом. Но чаще кварц

встречается в виде сплошных, полупрозрачных масс, бесцветных или

окрашенных в разные цвета. Одной из разновидностей кварца является

кремень.

Кварц входит также в состав многих сложных горных пород, например гранита,

гнейса и др.

Из мелких зерен кварца состоит обыкновенный песок. Чистый песок - белого

цвета, но чаще песок бывает окрашен соединениями железа в желтый или

красноватый цвет.

Кристаллический кремнезем очень тверд, не растворим в воде и плавится

только в пламени гремучего газа или в электрической печи, превращаясь в

бесцветную жидкость. При охлаждении этой жидкости получается прозрачная

стекловидная масса аморфного кремнезема, по виду, совершенно, сходная с

обыкновенным стеклом.

Аморфный кремнезем распространен в природе гораздо меньше, чем

кристаллический.

Из аморфного кремнезема построены панцири некоторых низших водорослей.

Скопления таких панцирей образуют местами довольно большие залежи и

известны под названием трепела или инфузорной земли, которая, между

прочим, применяется для приготовления динамита.

Искусственным путем кремнезем получается в виде белого аморфного

легкоподвижного порожка при прокаливании кремневой кислоты.

H2SiO3 = SiO2 + H2O

При высокотемпературном (t>1000°C) восстановлении SiO2 простыми веществами

(металлами, углеродом, водородом) образуется кремний:

SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO

SiO2 + 2H2 = Si + 2H2O

а при избытке восстановителя - силициды:

Si + 2Mg = Mg2Si

SiO2 + 3C = SiC + 2CO-^

Оксид кремния (VI) проявляет кислотные свойства при взаимодействии с

растворами и расплавами щелочей, с основными оксидами и карбонатами:

SiO2(аморфн.) + 4NaOH(конц.) = Na4SiO4 +2H2O

SiO2 + NaOH = Na2SiO3 + H2O

SiO2 (аморфн.) + 2Na2CO3(конц.) = Na4SiO4 + 2H2O

SiO2 + CaO = CaSiO3

Все формы SiO2 химически устойчивы к воздействию кислот, но растворяются

(кроме стишовита) в плавиковой кислоте HF с образованием комплексной

гаксафторокремниевой кислоты H2[SiF6]:

SiO2 + 6HF(р.) = H2[SiF6] + 2H2O

SiO2 + 4HF(г.) = SiF4 + 2H2O

Никакая другая кислота на действует подобным образом на окисел типичного

металлоида. Обрабатывая кремнезем плавиковой кислотой, можно полностью

превратить его в газообразное соединение кремния.

Диоксид кремния используется в производстве строительных материалов и

стекла, кварц в пьезоэлементах, преобразующих электрический сигнал в

механический и наоборот. Стеклообразный SiO2 идет на изготовление

химической аппаратуры, применяется в радио - и оптоэлектронике как

генератор частоты и как материал оптических световодов, в производстве

цемента, бетонов, огнеупоров. Недавно на основе диоксида кремния было

синтезировано семейство мезопористых молекулярных сит с

высокоупорядоченной структурой пор и чрезвычайно высокой (до 1000 м^2/кг)

удельной поверхностью.

Кремневые кислоты и их соли.

Кремневый ангидрид является кислотным окислом, которому соответствует

кремневая кислота H2SiO3, аналогичная угольной. Соли кремневой кислоты

называются силикатами.

Силикаты калия и натрия получаются при сплавлении кремнезема с едкими

щелочами или карбонатом калия и натрия, например:

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O

SiO2 +K2CO3 = K2SiO3 +CO2

Образующиеся при этом сплавы имеют вид стекловидных масс и в отличие от

всех остальных силикатов растворяются в воде. Поэтому силикаты калия и

натрия получили название растворимого стекла.

Растворимое стекло применяется для пропитывания дерева и тканей, чтобы

предохранить их от пожара и от гниения, для приготовления различных

замазок и клея. Растворимым стеклом пользуются также в качестве

наполнителя в мыловаренном производстве.

При действии соляной или серной кислоты на раствор Na2SiO3 или K2SiO3

получается свободная кремневая кислота, которая, в зависимости от

концентрации взятых растворов, или выделяется из раствора в виде

студенистого осадка (иногда при этом вся жидкость превращается в студень),

или остается в растворе в коллоидном состоянии.

Реакцию образования кремневой кислоты можно выразить следующим уравнением:

Na2SiO3+ 2HCl = H2SiO3 +2NaCl

Выделяющийся из раствора студенистый осадок кремневой кислоты содержит

огромное количество воды, которая может быть удалена нагреванием. Однако

таким путем никакой определенной кислоты, состав которой можно было бы

выразить формулой, получить не удается: осадок постепенно теряет воду,

пока, наконец, при прокаливании не превратится в чистый безводный

кремневый ангидрид. Полагают, что кремневый ангидрид образует много

различных кремневых кислот, отличающихся подобно фосфорным кислотам

различным содержанием воды. На существование их указывает большое число

разнообразных солей, которым соответствуют кислоты: H2SiO3 (SiO2 + H2O);

Н4SiO4 (SiO2 + 2H2O); Н4Si3O8 (3SiO2 + 2H2O) и т.д.

Эти кислоты называются поликремневыми (многокремневыми) кислотами. Состав

их может бвть выражен общей формулой тSiO2 *п H2O, где т и п - целые

числа.

Пока с достоверностью установлено существование трех кислот -

ортокремневой Н4SiO4, метакремневой H2SiO3 и двуметакремневой Н2Si2O5. Так

как простейшая из ркемневых кислот - метакремневая, то ее формулой обычно

пользуются в тех случаях, когда при реакции выделяется кремневая кислота.

Если из студенистого осадка кремневой кислоты удалить большую часть воды

(не доводя его, однако, до полного обезвоживания), то получается твердая,

белая, слегка просвечивающая масса, адсорбционной способностью. Такой

продукт изготовляется в настоящее время на заводах под названием

силикагель и имеет разнообразное применение. Он очень хорошо поглощает

различные газы и пары, а также действует как сильный катализатор при

многих реакциях. Силикагель применяется еще в качестве основы для

нанесения катализаторов при получении серной кислоты контактным методом.

Кремневая кислота очень слабая, поэтому Na2SiO3 и K2SiO3 в растворах

сильно гидролизованы и обнаруживают щелочную реакцию.

Соли кремниевой кислоты - силикаты - чрезвычайно распространены в природе.

Как уже упоминалось, земная кора состоит главным образом из кремнезема и

различных силикатов. К природным силикатам принадлежат полевые шпаты,

слюды, глина, асбест, тальк и многие другие минералы. Силикаты входят в

состав целого ряда горных пород: гранита, гнейса, базальта, различных

сланцев и т.д. Многие драгоценные камни, как, например, изумруд, топаз,

аквамарин, представляют собой хорошо образованные кристаллы природных

силикатов.

Состав природных силикатов выражается в большинстве случаев довольно

сложными формулами. Ввиду сложности этих формул, а также недоказанности

существования соответствующих поликремневых кислот принято писать их

несколько иначе, чем обычные формулы солей.

Дело в том, что всякую соль кислородной кислоты можно рассматривать как

соединение кислотного окисла с основным (или даже с двумя основными

окислами, если это двойная соль). Например, СаСО3 можно рассматривать как

соединение СаО СО2, Al2(SO4)3 - как соединение Al2O3 и 3SO3 и т. д. На

этом основании при изображении состава силикатов обыкновенно пишут

отдельно формулы кремневого ангидрида и всех окислов, образующих силикат,

не сливая их в одну формулу соли.

Приведем формулы некоторых природных силикатов:

Каолин Al2O3 *2SiO2*2H2O или H4Al2Si2O9

Слюда белая К2О*3Al2O3*6SiO2*2H2O или H4К2Al6Si6O24

Асбест СаО*3MgO*4SiO2 или CaMg3Si4O12

Больше всего распространены в природе так называемые алюмосиликаты, т.е.

силикаты, содержащие алюминий. Самыми важными из них являются полевые

шпаты.

В состав полевых шпатов кроме окислов кремния и алюминия входят еще окислы

калия, натрия и кальция. Обыкновенный полевой шпат, или ортоклаз, содержит

окись калия; состав его выражается формулой К2О*Al2O3*6SiO2. Преобладающий

цвет полевых шпатов - белый или красный. Они встречаются как сплошными

залежами, так и в составе сложных горных пород.

К алюмосиликатам относятся также довольно известные минералы - слюды,

отличающиеся способностью раскалываться на тонкие, гибкие листочки. Слюды

имеют очень сложный состав и наряду с кремнием и алюминием содержат

водород, калий или натрий, некоторые содержат также кальций, магний и

железо. Обычная белая слюда, большие прозрачные пластинки которой

вследствие тугоплавкости применяются для закрывания отверстий в различных

печах, является силикатом калия и алюминия. Слюды, содержащие много железа

и магния, имеют черный цвет. Отдельно слюды встречаются не часто, но зато

входят в состав очень многих сложных горных пород. Из кристалликов кварца,

полевого шпата и слюды состоят самые распространенные сложные горные

породы - граниты и гнейсы.

На поверхности земли минералы и горные породы, соприкасаясь с атмосферой и

подвергаясь механическому и химическому действию воды и воздуха,

постепенно изменяются и разрушаются. Это разрушение, обусловленное

совместной деятельностью воды и воздуха, носят название выветривания.

Особенное значение имеет разложение полевых шпатов, например ортоклаза

таким образом, что К2О отщепляется и, соединяясь с СО2, дает поташ К2СО3;

отщепляется также часть SiO2, а остаток соединяется с водой и образует

новый силикат - каолин, или глину.

Разложение ортоклаза можно выразить следующим уравнением:

К2О*Al2O3*6SiO2 + СО2 +2H2O = К2СО3 + 4SiO2 + Al2O3 *2SiO3*2H2O

Подобно полевым шпатам, но более медленно, разлагаются слюды.

Процесс превращения полевых шпатов и других алюмосиликатов в глину или

каолин называется каолинизацией. Так как полевые шпаты очень

распространены, то этим путем в природе образуются огромные количества

глины.

Совершенно чистая глина (каолин) встречается сравнительно редко. Она имеет

белый цвет и ценится как материал для приготовления фарфора. Богатые

залежи каолина имеются во многих местах Союза, особенно в южной его части.

Лучший каолин получают из месторождений Глуховского района УССР.

Обыкновенная глина содержит много примесей, окрашивающих ее в

желтовато-бурый или синеватый цвет. Некоторые сорта глин, интенсивно

окрашенные окислами желез, применяются в качестве минеральных красок (охра

и др.)

Применение. Силикатная промышленность.

Соединения кремния играют важную роль в народном хозяйстве. Кремнезем и

природные силикаты служат исходными материалами при производстве стекла,

керамиковых изделий, фарфора и фаянса, строительных и вяжущих материалов.

Все эти производства составляют большую отрасль народного хозяйства,

носящую название силикатной промышленности.

Стекло. При нагревании смесей многих силикатов друг с другом или с

кремнеземом получаются прозрачные аморфные сплавы, называемые стеклами.

Основное свойство всякого стекла, играющее главную роль при производстве

стеклянных изделий, заключается в том, что, будучи расплавлено, оно при

охлаждении не сразу затвердевает, а постепенно густеет, делается вязким и,

наконец, превращается в твердую однородную прозрачную массу.

Многие другие свойства стекла в значительной степени зависят от его

состава. Изменяя не только составные части стекла, но и их относительные

количества, можно получать стекла, обладающие, совершенно, различными

свойствами.

Обыкновенное оконное стекло, а также стекло, из которого приготовляется

большая часть стеклянной посуды, употребляемой в домашнем обиходе, -

бутылки, стаканы и т. п., состоит, главным образом, из силикатов натрия и

кальция, сплавленных с кремнеземом. Состав такого стекла приблизительно

выражается формулой Na2O*CaO*6SiO2. Исходными материалами для его

получения служат, однако, не сами силикаты, а белый песок, сода и мел.

Смесь этих веществ сплавляют в регенеративных печах, которые нагреваются

обыкновенно при помощи генераторного газа. При плавлении происходят

следующие реакции:

CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + СО2 ;

Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2.

Часто соду заменяют сульфатом натрия и углем. Уголь восстанавливает Na2SO4

в Na2SO3 ,который, вступая в реакцию с песком, образует Na2SiO3:

2Na2SO4 + 2SiO2 + С = 2Na2SiO3 + 2SO2 + СО2

Стеклянные изделия приготовляются выдуванием, литьем, прессованием и

вытягиванием. Выдувание стеклянных изделий еще недавно производилось

исключительно силой легких рабочего и представляло очень тяжелой труд. Но

в последнее время техника стеклоделия сделала большие успехи, и теперь

существуют машины, механически изготовляющие простейшие стеклянные

предметы, например бутылки, а также машины для непосредственного получения

листового стекла путем вытягивания из вязкой стекломассы бесконечной

стеклянной ленты.

Если при «варке» стекла, заменить соду поташом, то получается так

называемое богемское стекло, состоящее из силикатов калия и кальция. Оно

более тугоплавко, чем обыкновенное оконное стекло, и применяется для

особого сорта химической посуды, способной выдерживать более сильное

нагревание. При сплавлении кремнезема с поташом и окисью свинца получается

светлое тяжелое стекло, называемое хрусталем и содержащее силикаты калия и

свинца. Такое стекло обладает большой лучепреломляющей способностью и при

шлифовке приобретает сильный блеск; из него делают оптические стекла и

художественную посуду.

Большое влияние на свойства стекла оказывает замена части кремнезема

борным ангидридом В2О3. Прибавление борного ангидрида увеличивает

твердость стекла, делает его более стойким по отношению к химическим

воздействиям и менее чувствительным к резким изменениям температуры. Из

такого стекла изготовляется высококачественная химическая посуда.

Применяемый при варке обыкновенного стекла песок часто содержит примесь

соединений железа, сообщающих стеклу некрасивую зеленую окраску. Лучшим

средством ее уничтожения является прибавка к сплавляемой массе ничтожных

количеств селена, вызывающих розовое окрашивание. Дополнительные цвета -

розовый и зеленый - дают в совокупности белый. Аналогично действует и

двуокись марганца.

Иногда в сплавляемую стеклянную массу специально прибавляют те или иные

вещества для получения окрашенных стекол. Так, например, окись хрома Cr2O3

сообщает стеклу зеленую окраску, двуокись марганца - красновато-лиловую,

закись кобальта - синюю и т. д. В большинстве случаев цвет стекла зависит

от образования окрашенных силикатов (железа, марганца, кобальта и др.). Но

иногда он вызывается тем, что прибавленное вещество находится в стекле в

чрезвычайно мелко раздробленном состоянии. Так, например, от прибавления

ничтожного количества золота стекло приобретает рубиново-красный цвет,

который обуславливается присутствием в стекле мельчайших, не видимых даже

в микроскоп, частиц золота, выделяющихся при медленном охлаждении

расплавленного стекла. Рубиновые стекла пропускают только красные лучи и

поэтому применяются при фотографических процессах, требующих красного

освещения.

Стекло обычно причисляют к веществам, не растворимым в воде. Однако при

продолжительном действии воды на обыкновенное натриевое стекло вода

отчасти извлекает из него силикат натрия. Если, например, взболтать

истертое в порошок стекло с водой, а затем прибавить несколько капель

фенолфталеина, то жидкость ясно окрашивается в розовый цвет, обнаруживая

щелочную реакцию (вследствие гидролиза Na2SiO3).

В последнее время в различных отраслях промышленности, особенно в

химических производствах и технике освещения, начинает широко применяться

стекло, приготовленное прямо из расплавленного в электрической печи

кварца.

Кварцевое стекло обладает многими важными преимуществами перед

обыкновенным стеклом. Так как точка плавления кварца лежит около 1500°, то

кварцевое стекло можно смело подвергать действию высокой температуры, -

оно при этом ни чуть не размягчается. Кварцевое стекло гораздо прочнее

обыкновенного и выдерживает довольно сильные удары. Оно пропускает

ультрафиолетовые лучи, которые обыкновенное стекло задерживает. Но самым

ценным качеством кварцевого стекла является его крайне ничтожный

коэффициент расширения. Это значит, что при нагревании или охлаждении

объем его почти не изменяется. Поэтому предметы, сделанные из кварцевого

стекла, можно сильно накалить и затем быстро опустить в холодную воду: они

не растрескиваются.

Понятно, что благодаря таким ценным качествам кварцевое стекло имеет много

применений. Различными изделиями из кварцевого стекла - тиглями, чашками,

колбами, трубками - пользуются как в химической промышленности, так и в

лабораториях. В технике освещения кварцевое стекло применяется для

изготовления электрических ртутных ламп, свет которых содержит много

ультрафиолетовых лучей. Ртутными лампами пользуются в медицине, для

научных целей и особенно при киносъемках. Наконец, кварцевое стекло

начинают применять в художественной промышленности. Путем соответствующей

обработки ему можно придать блеск, подобный блеску перламутра. Из такого

стекла выделывают художественную посуду, колпаки для ламп и пр.

Однако широкому распространению кварцевого стекла препятствует пока его

высокая цена, связанная с необходимостью применения высокой температуры

при его изготовлении.

Керамика. Под словом керамика или керамическая промышленность понимают

производство различных изделий из глины. Керамика охватывает производство

кирпича, черепицы, огнеупорных материалов, гончарной посуды, гончарных

труб, изразцов (грубая керамика), а также производство фарфора и фаянса

(тонкая керамика). Все, эти производства основаны на способности глины,

давать с водой пластическое тесто, которое после обжигания превращается в

твердую пористую массу, не размокающую в воде.

Для повышения механической прочности изделий к глине добавляют различные

вещества, из которых главными являются кварц и полевой шпат.

Керамические изделия формируют из влажной глины или механическим путем,

или вручную на гончарных станках, затем высушивают на воздухе или в

специальных сушилках и обжигают в печах. При обжигании улетучивается вода,

как та, на которой была замешаны глина, так и входящая в состав молекул

глины, вследствие чего глина становится пористой, несколько спекается и

превращается в силикат алюминия 3Al2О3*2SiO2.

Низкосортные керамические изделия, как-то: кирпичи, дренажные трубы,

черепицу, цветочные горшки и т. п., готовят на кирпичных заводах. Эти

изделия выделываются из низкосортных глин, обжигаются при относительно

низкой температуре (не выше 1000°), пористы и могут впитывать много воды.

Так же изготовляется простая гончарная посуда. Чтобы сделать посуду

водонепроницаемой, ее покрывают глазурью. Для этого в обжигательную печь

бросают поваренную соль, пары которой вступают в реакцию с частью

кремнезема, находящегося в изделиях, и последние покрываются стекловидным

слоем легкоплавкого силиката.

Лучшие сорта керамики и фаянс делают из более чистых, не содержащих

железа, сортов глины и обжигают при более высокой температуре. Глазурь

наносится путем покрытия уже обожженных изделий легкоплавкими смесями, в

состав которых могут входить различные вещества (полевой шпат, борная

кислота, двуокись олова и др.), и повторного обжигания в печи.

Фарфоровые изделия формируются из чистого, предварительно отмученного

каолина, смешанного приблизительно с таким же количеством кварца и

полевого шпата. Обжигание ведется при высокой температуре около 1200°.

После первого обжига изделия погружают в кашеобразную смесь тонко

размолотого полевого шпата и воды, в которой они покрываются слоем

полевого шпата, после чего снова помещают их в печь. При повторном

обжигании нагревают до такой высокой температуры (около 1400°), при

которой полевой шпат в глазури и в основной массе плавится, почти целиком

заполняя поры.

Полученные таким образом изделия отличаются полупросвечивающей основной

массой и плотной блестящей глазурью.

Цемент. Одним из важнейших материалов, изготовляемых силикатной

промышленностью, является цемент, потребляемый в огромных количествах при

всевозможных строительных работах.

Цемент получается путем прокаливания глины с известняком СаСО3. Для этого

названные вещества предварительно тщательно перемешиваются в сухом или

сыром виде, а затем подвергаются сильному обжиганию.

При обжигании цементной смеси карбонат кальция разлагается на углекислый

газ и окись кальция, которая вступает в реакцию с глиной, причем

получаются силикаты и алюминаты кальция. В последних окись алюминия играет

роль слабого кислотного окисла.Обжигание цемента производится в настоящее

время в особых вращающихся цилиндрических печах. Такая печь представляет

собою огромную железную трубу, расположенную слегка наклонно и выложенную

изнутри огнеупорным материалом. С одного конца в печь поступает цементная

смесь, а с другого - вдувается горящая угольная пыль или распыленная

нефть. Благодаря наклону и вращению печи смесь постепенно передвигается

навстречу пламени к нижнему концу печи и выходит из него в виде мелких

зерен так называемого цементного клинкера. Клинкер легко разламывается в

тонкий серовато-зеленый порошок, который поступает в продажу под названием

портландского цемента.

Цементная смесь обыкновенно приготовляется искусственно из известняка и

глины. Но местами в природе встречаются известково-глинистые породы -

мергели, которые по составу как раз подходят к цементной смеси. Подобный

мергель, применяемый для обжига на цементном заводе, находится, например,

на побережье Черного моря близ Новороссийска.

Химический состав цементов выражают обычно в процентах содержащихся в них

окислов, из которых главными являются СаО, Al2O3, SiO2 и Fe2O3. Весовое

отношение окиси кальция к остальным трем окислам называется гидромодулем

цемента и характеризует его технические качества. Для иллюстрации приводим

среднее содержание главных составных частей в различных сортах

портландского цемента:

СаО………….62% Fe2O3………….2,5%

SiO2.................22% MgО…………..2,5%

Al2O3………..7, 5% Na2SO3………..1, 5%

При замешивании цемента с водой получается тестообразная, через некоторое

время отвердевающая масса. Переход ее из тестообразного состояния в

твердое носит название «схватывания».

На чем основан процесс схватывания, до сих пор в точности не известно. Из

существующих теорий наибольшим распространением пользуется теория Ле -

Шателье. Согласно теории Ле-Шателье главную роль в твердении цемента

играют входящие в его состав трехкальциевый силикат 3СаО*SiO2 и

трехкальциевый алюминат 3СаО*Al2O3. При действии воды на трехкальциевый

силикат происходит гидролиз:

2(3СаО*SiO2) +9H2O = 2СаО*2SiO2* 5H2O + 4Са(ОН)2.

Часть образующейся извести вступает в реакцию с трехкальциевым алюминатом

по уравнению:

Са(ОН)2 + 3СаО*Al2O3 + 11H2O = 4СаО*Al2O3*12H2O.

Эти две реакции и составляют по Ле-Шателье сущность процесса схватывания,

который сводится таким образом к поглощению воды и образованию

гидратированных соединений. Дальнейшее твердение цемента Ле-Шателье

объясняет тем, что образовавшиеся соединения дают пересыщенные растворы,

из которых они выделяются в виде тонких нитевидных кристаллов, опутывающих

кристаллы извести наподобие войлока и придающих прочность затвердевшей

массе.

Кроме портландского цемента довольно часто применяют романский цемент. Он

содержит меньше СаО, чем портландский, обжигается при более низкой

температуре, но зато и уступает портландскому по своим качествам.

В последнее время стали изготовлять новый сорт цемента - бокситный, или

глиноземистый цемент. Исходным материалом при его получении служит боксит

- природная окись алюминия. Глиноземистый цемент содержит в процентном

отношении меньше СаО, но больше Al2O3, чем портландский. Главными

соединениями, входящими в его состав, являются различные алюминаты

кальция. Глиноземистый цемент затвердевает гораздо быстрее, чем

портландский, что дает большую экономию времени в жилищном и дорожном

строительстве. Кроме того, он лучше противостоит действию морской воды.

10

Страницы: 1, 2