Tlenek krzemu, czyli krzemionka

1. Tlenek krzemu (IV), czyli krzemionka

Tlenek krzemu (IV) o wzorze SiO2 to potocznie krzemionka. Jest to twarda, wytrzymała substancja stała. Nie rozpuszcza się w wodzie, a w naturze występuje jako kwarc czy też piasek. Piasek to w rzeczywistości drobne okruchy kwarcu z domieszką jakichś zanieczyszczeń żelaza, skąd charakterystyczny żółtawy (,,plażowy”) kolor piasku. Minerały, które zostały wykonane z krzemionki czy też na krzemianach cechują się dużą trwałością, wytrzymałością, a także odpornością na korozję. 

Czysta krzemionka ma kilka odmian krystalicznych (a zatem różnią się one ułożeniem atomów, natomiast ciągle na jeden atom krzemu statystycznie przypadają dwa atomy tlenu). Te odmiany (niektóre) to kwarc, trydymit czy krystobalit. 

Kończąc już te zapewne nieinteresujące Cię informacje, pomówmy o właściwościach chemicznych tlenku krzemu. Sam tlenek krzemu jest tlenkiem kwasowym, ale nie rozpuszcza się w wodzie (zawsze przypomnij sobie : Czy piasek rozpuszcza się w wodzie?). Jednak skoro jest to tlenek kwasowy, to będzie on reagował z zasadami, np. wodorotlenkiem sodu tworząc wówczas krzemiany. 

Odpowiedni rysunek:
Przewidywane spostrzeżenia:W probówce pierwszej brak zmian w drugiej osad roztwarza się.
Wniosek i odpowiednie równanie reakcji:Tlenek krzemu IV ma charakter kwasowy
SiO2 + 2KOH ⟶ K2SiO3 + H2O
Doświadczenie z tlenkiem krzemu

2. Szkło

Kiedy mamy krystaliczne ciało stałe (czyli potocznie ,,kryształ”), to atomy czy też cząsteczki, które tam się znajdują są ładnie, schludnie, regularnie upakowane/poukładane. Gdzie się nie obrócisz − tam porządek. 

Zupełnie inaczej jest w ciele amorficznym, które można nazwać właściwie pod tym względem przeciwieństwem ciała krystalicznego. Atomy czy też cząsteczki (albo i jony) są porozrzucane zupełnie bez ładu i składu. Gdzie się nie obrócisz − tam losowy chaos. Przykładem takiego ciała amorficznego jest właśnie szkło. 

Można powiedzieć, że prekursorem szkła jest kwarc, a więc odmiana tlenku krzemu (IV), która jest ciałem stałym krystalicznym, a więc cząsteczki atomy krzemu i tlenu są tam bardzo ładnie poukładane. Kiedy jednak zastosujemy bardzo wysoką temperaturę, kwarc zaczyna się topić, a atomy zaczynają się ruszać, tworząc bezładną sieć atomów, czyli szkło. Poniżej schematyczny rysunek przejścia struktury krystalicznej, uporządkowanej w bezładną sieć. 

Zestawmy jeszcze w tabeli właściwości szkła wraz z jego rodzajami i zastosowaniem. 

Właściwości szkłaRodzaje szkła i jego zastosowanie
➦ Jest to substancja bezpostaciowa, o czym już mówiliśmy (czyli nie ma uporządkowanej budowy). ➦ Jest słabym przewodnikiem elektryczności. ➦ Jest substancją o dużej odporności na czynniki chemiczne (ulega jednak trawieniu przez kwasu fluorowodorowy : HF). Szkło kwarcowe (główny składnik to oczywiście kwarc). a Cechuje się dużą odpornością na nagłe zmiany temperatury oraz działanie kwasów (zastosowanie w laboratoryjnym szkle). ➦ Szkło budowlane (po nazwie mam nadzieję domyślasz się jego zastosowania). Oprócz krzemianów, ma w sobie z reguły wapń, sód oraz potas. 
Właściwości szkła oraz jego zastosowanie.

Generalnie główną zaletą szkła jest jego przezroczystość, a główną wadą jest jego kruchość (i gwarantowane wówczas siedmioletnie pasmo nieszczęść). Obie jego cechy są Tobie doskonale znane z życia codziennego, więc to akurat nie jest coś, czego musielibyśmy się uczyć. Ważną cechą odróżniającą szkło od ciał krystalicznych jest to, że nie ma ono charakterystycznej, określonej temperatury topnienia. Wynika to oczywiście z różnicy w budowie ciała krystalicznego i szkła.

Dlatego podczas ogrzewania szkło mięknie stopniowo w jakimś tam określonym zakresie temperatur, aż w końcu staje się płynne. Właściwości szkła można modyfikować przyprawiając go dodatkami. Przykładowo zielone, butelkowe szkło to zasługa dodania związków żelaza. Tlenek glinu Al2O3 dodaje się, aby jeszcze bardziej zwiększyć odporność chemiczną.

3. A sam krzem ?

Moim zdaniem wypadałoby także cokolwiek wiedzieć na temat samego krzemu, głównie chodzi nam o zachowanie wobec kwasów i zasad. 

➤  Krzem nie ulega działaniu kwasów! Jest rozpuszczalny tylko w mieszaninie HF  +  HNO3

➤ Co jednak charakterystyczne, krzem reaguje z wodorotlenkami z utworzeniem krzemianów i wydzieleniem wodoru. 

Si  +  2NaOH  +  H2O  ⟶  Na2SiO3  + 2H2

Si  +  4NaOH   ⟶  Na4SiO4  + 2H2

Si  +  4HF     SiF4  +  H2


Leave a Reply

%d bloggers like this: