Chemia 1- świat pod lupą

CHEMIA

wiat pod lupklasa 1, szkoa ponadgimnazjalna

wiat pod lupOpis:Chemia jest wszechobecna w otaczajcym nas wiecie. Spotykamy si z ni nie tylko laboratorium che-micznym, ale w azience a nawet w kuchni. Wielu obserwowanych na co dzie zjawisk nie da si zro-zumie bez poznania podstaw chemii. Zachcamy Was do poznania otaczajcych nas zjawisk i proce-sw w skali w skali mikro, uwzgldniajcej zalenoci midzy waciwociami substancji a ich prak-tycznym znaczeniem. E-podrcznik do chemii uczy formuowania problemw badawczych, stawianiahipotez oraz ich weryfikacji. Liczne dowiadczenia pomog Wam nabra prawidowych nawykw ba-dawczych oraz wyksztaci umiejtno rozwizywania problemw. Proponowane badania i obserwa-cje zilustrowalimy bogatym wyborem zdj, schematw, animacji i filmw uatwiajcych samodzielnprac. Interaktywne zadania pomog za w zdobywaniu wiedzy i umiejtnoci w sposb atrakcyjny, azarazem efektywny.

Przedmiot:chemia

Autorzy:Anna Florek i Grayna Makles

Redakcja merytoryczna i metodyczna:Hanna Guliska, Gabriela Osiecka i Anna Warcho

Redakcja jzykowa:Magdalena Koziska

Redakcja techniczna:Krzysztof Jaworski, Agnieszka Lipowicz i Aleksandra Ryczkowska

Opracowanie elementw graficznych i programistycznych:Dariusz Adryan, Andrzej Bogusz, Krzysztof Jaworski, Anita Mowczan, Aleksandra Ryczkowska, Mar-cin Sadomski i Micha Szymczak

Redakcja WCAG:Izabela Mrochen

Format treci:E-podrcznik dla ucznia

Data wydania:18 lutego 2016

Typ szkoy:szkoa ponadgimnazjalna

Oznaczenia treci:treci rozszerzajce

oprawa metodyczna

ISBN 978-83-64915-69-7

E-podrcznik, po uzyskaniu akceptacji ministra waciwego do spraw owiaty i wychowania, zostadopuszczony do uytku szkolnego na podstawie art. 22 c ust. 2 i 5 Ustawy z dnia 7 wrzenia 1991roku o systemie owiaty (Dz. U. Nr 95, poz. 425 z pn. zm.). Rok dopuszczenia: 2015.

Rzeczoznawcy Ministerstwa Edukacji Narodowej:merytoryczno-dydaktyczny mgr Maria Bigos, prof. dr hab. Jan Pakojzykowy dr Monika Szymaskads. podrcznikw do ksztacenia specjalnego mgr Lech Kosowski

Spis treciRozdzia 1. Zapoznanie z przedmiotowymi zasadami oceniania i wymaganiami edukacyjnymi . . 4Rozdzia 2. Chemia dnia codziennego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.1. Wszechobecna krzemionka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.2. Szko tworzywo o dugich tradycjach i jeszcze wikszej przyszoci . . . . . . . . . . 592.3. Keramos i stiuk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812.4. Skay wapienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1072.5. Hydraty i zaprawa hydrauliczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1322.6. Odmiany wgla pierwiastkowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1512.7. Mydo w walce o czysto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1702.8. rodki czyszczce i ich wpyw na rodowisko . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1842.9. Emulsja jako ukad koloidalny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1982.10. Dziaanie niektrych substancji na czowieka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2172.11. Napoje dnia codziennego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2432.12. Fermentacje w procesach przygotowywania ywnoci . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2722.13. Konserwacja ywnoci a konsekwencje zdrowotne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2882.14. Chemia dnia codziennego podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

Rozdzia 3. Chemia dla przyszoci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

3.1. Gleba jej skad i waciwoci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3323.2. Nawozy naturalne a yzno gleby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3493.3. Zanieczyszczenia gleby i sposoby zapobiegania jej degradacji . . . . . . . . . . . . . . 3703.4. Destylacja wgla kamiennego i ropy naftowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3873.5. Liczba oktanowa. Kraking i reforming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4053.6. Alternatywne rda energii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4173.7. Trendy rozwojowe w opakowaniach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4393.8. Ekoproblemy jako konsekwencja stosowania opakowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4583.9. Wkna naturalne, sztuczne i syntetyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4833.10. Chemia dla przyszoci podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502

Sowniczek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522Rozdzia 4. O e-podrczniku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544

wiat pod lup

3

Rozdzia 1. Zapoznanie z przedmiotowymizasadami oceniania i wymaganiamiedukacyjnymi

Odkrycia w dziedzinie chemii od wiekw budziy duo emocji. Takeobecnie w laboratoriach odkrywa si wiele substancji o praktycz-nym znaczeniu. Niektre z nich z pewnoci zrewolucjonizuj wiat.Chemia jest wszdzie wok nas. Dziki niej yjemy.

Ju wiesz: czym zajmuje si chemia oraz znasz podstawy tego przedmiotu;

jaki jest podstawowy sprzt laboratoryjny i jego przeznaczenie;

co oznaczaj piktogramy ostrzegawcze na pojemnikach z odczynnikami chemicz-nymi oraz jakie zasady BHP obowizuj podczas pracy z substancjami i prepara-

tami.

Nauczysz si: bezpiecznie wykonywa dowiadczenia w pracowni chemicznej;

rozpoznawa interesujce substancje stosowane w yciu w codziennym;

okrela korzystny i negatywny wpyw rnych substancji na zdrowie czowiekai rodowisko;

ocenia rol chemii we wspczesnym wiecie.

1. Chemia jako nauka: cisa, przyrodnicza

i eksperymentalna

Ju w gimnazjum dowiedzielicie si, e chemia to nauka, ktra zajmuje si badaniem skadu i bu-

dowy substancji, ich przemianami oraz warunkami, w jakich one zachodz. Natur i waciwoci

substancji analizuje rwnie fizyka. Te dwie nauki wzajemnie si przenikaj i podobnie jak mate-

matyka s zaliczane do przedmiotw cisych. Chemii nie wyobraamy sobie take bez powizania

jej z biologi i geografi. Chemicy zajmuj si bowiem wieloma wanymi kwestiami dotyczcymi

ludzkiego ycia, jak i caego wiata. Podstaw rozwoju tej nauki jest eksperyment, ktry fascynu-

Zapoznanie z przedmiotowymi zasadami oceniania i wymaganiami edukacyjnymi

4

je, pobudza wyobrani, ale moe rwnie powodowa zagroenie naszego zdrowia i ycia. Za-

nim zaczniesz swoj kolejn przygod z chemi, zapoznaj si z regulaminem pracowni chemicz-

nej i z przepisami BHP.

Ilustracja 1. Regulamin pracowni chemicznej

Ilustracja 2. Przepisy BHP dotyczce wykonywania dowiadcze chemicznych


5

CiekawostkaJak Ira Remsen (amerykaski chemik, ktry y na przeomie XIX i XX w.) opowiada

o swoim pierwszym spotkaniu z chemi

Czytajc podrcznik chemii, natrafiem na zdanie Kwas azotowy dziaa na mied. M-

czyo mnie czytanie takich pustych fraz, ale postanowiem zobaczy, co to oznacza.

Mied znaem jako tako, poniewa w uyciu byy miedziane centy. W gabinecie dok-

tora, gdzie przesiadywaem, widziaem na stole butelk podpisan kwas azotowy".

Nie znaem jego szczeglnych waciwoci, ale byem dny wiedzy, a duch przy-

gody by ze mn. Dla dobra nauki byem nawet gotw powici jedn z monet.

Otworzyem wic butelk oznaczon kwas azotowy", nalaem troch cieczy na mie-

dziaka i przygotowaem si do obserwacji. Ale c to za dziwo ujrzaem? Cent zmie-

ni si i nie bya to maa zmiana. Zielonkawoniebieska ciecz pienia si i dymia nad

centem oraz stoem. Powietrze w otoczeniu zabarwio si na kolor ciemnoczerwo-

ny. Wyrosa wielka, barwna chmura. Bya nieprzyjemna i duszca. Jak miabym to

zatrzyma? Sprbowaem pozby si tego paskudztwa przez zebranie go i wyrzuce-

nie przez okno, ktre w wczeniej otworzyem. Poznaem wwczas inny fakt kwas

azotowy dziaa nie tylko na mied, ale rwnie na palce. Bl doprowadzi do kolej-

nego niezaplanowanego eksperymentu. Wytarem palce o spodnie i nastpio od-

krycie kolejnego faktu substancja ta dziaa te na spodnie. Nawet dzisiaj mwi

o tym z oywieniem. Wwczas bya to dla mnie rewelacja. Wywoaa ona potrzeb

dowiedzenia si czego wicej o tym szczeglnym rodzaju dziaania. Jedynym spo-


6

sobem poznania go byo eksperymentowanie, praca w laboratorium... (Kurier Che-

miczny)

Polecenie 1.1Na opakowaniach wielu artykuw kupowanych w sklepach znajduj si piktogramy. Ktry

z poniszych znakw powinien znajdowa si na opakowaniu rodka do czyszczenia toalet,

a ktry na buteleczce lakieru do paznokci?

Piktogramy znajdujce si czsto na opakowaniach rnych towarw

Wskazwkarodki do czyszczenia toalet mog zawiera np. stone kwasy, a gwnym skadni-

kiem lakieru do paznokci jest ester (octan etylu).

Majc podstawow wiedz na temat przeprowadzania dowiadcze, wykonajmy prosty ekspery-

ment pt.: Chemia czy magia"?

Dowiadczenie 1

WANE

Dowiadczenie to wykona na lekcji nauczyciel.


7

PROBLEM BADAWCZY:

Badanie odwracalnoci procesw zachodzcych pomidzy glukoz i bkitem mety-

lenowym w rodowisku zasadowym.

HIPOTEZA:

Powtarzajca si zmiana barwy roztworu to wynik procesw odwracalnych, ktre zachodz

w tym ukadzie.

CO BDZIE POTRZEBNE:

woda destylowana, stay wodorotlenek sodu, glukoza, bkit metylenowy, kolba miarowa o pojemnoci 100 cm3, waga laboratoryjna, 2 naczyka wagowe, 2 yki, lejek, pipeta Pasteura, cylinder miarowy.

INSTRUKCJA:

Na wadze laboratoryjnej odwa ok. 1 g wodorotlenku sodu i 4 g glukozy.1.

Do kolby miarowej o pojemnoci 100 cm3 wprowad ok. 75 cm3 wody destylowanej,

dodaj wczeniej odwaone substancje. Kolb zamknij korkiem i zamieszaj, a rozpusz-

cz si wsypane odczynniki.

2.

Nastpnie powoli dodawaj kilka kropli bkitu metylenowego, a roztwr przyjmie nie-

biesk barw, ktra jednak po chwili zanika.

3.

Chcc ponownie uzyska niebieskie zabarwienie, potrznij kolb.4.

Barwa jest nietrwaa, ale poprzez potrzsanie naczyniem moesz wielokrotnie zmie-

nia barw roztworu.

5.


8

PODSUMOWANIE:

Ilustracja 3. ZMIANY BARWY ROZTWORU W KOLBIE


9

*Glukoza w rodowisku zasadowym redukuje bkit metylenowy, a sama si utlenia. Produk-

ty tego procesu s bezbarwne. Potrzsanie naczyniem doprowadza tlen z powietrza, co po-

woduje, e odtwarza si bkit metylenowy, wic ponownie pojawia si niebieskie zabarwie-

nie roztworu.

Obserwowana zmiana barwy roztworu to wynik dwch procesw, ktre zachodz w prze-

ciwnych kierunkach.

Nagranie wideo 1. CHEMIA CZY MAGIA

Film na epodreczniki.pl


10

http://www.epodreczniki.pl/reader/c/169412/v/30/t/student-canon/m/iwzG8sLf1B#iwzG8sLf1B_1450170288396_0

2. Chemia w yciu codziennym

Rok 2011 zosta nazwany, przez Zgromadzenie Oglne Organizacji Narodw Zjednoczonych Mi-

dzynarodowym Rokiem Chemii. Celem ONZ byo uwiadomienie ludzkoci, e chemia jest nieod-

czn czci naszego ycia. Praktycznie wszystko, co nas otacza, ma z ni co wsplnego. Orga-

nizm kadego z nas to niezwyke laboratorium chemiczne. Przez cay dzie czowiek ma kontakt

z rnymi substancjami i procesami zarwno w domu, szkole, jak i w pracy, podczas podry czy

te w trakcie wypoczynku. Haso, ktre towarzyszyo obchodom roku 2011, brzmiao: Chemia na-

sze ycie, nasza przyszo i cho od tego czasu mino kilka lat, to jest ono nadal aktualne. Chemia

odgrywa bardzo wan rol we wszystkich gaziach przemysu wpywajcych na postp cywiliza-

cyjnych. Chemia ycia codziennego bdzie przedmiotem naszych rozwaa na tym etapie kszta-

cenia. Przed nami 6 dziaw tematycznych.

Ilustracja 4. Tematyka podrcznika do chemii


11

Dzia I

Czy surowce mineralne, ktre pozyskujemy z Ziemi, mog nas jeszcze czym zaskoczy? wiat, ja-

ki znamy, nie istniaby bez betonu, stali, aluminium, szka czy tworzyw sztucznych. O wglu, wyst-

pujcym w postaci diamentu czy grafenu, moe ju syszelicie, a jeli nie, to z pewnoci poznacie

ten pierwiastek na lekcji chemii. Wiele odkry, bez ktrych nie wyobraamy sobie wspczesnej

cywilizacji, zawdziczamy wanie chemikom. Czy syszelicie kiedy o metodzie hodowli kryszta-

w Jana Czochralskiego? Do jej odkrycia doszo, jak to czsto bywa, przez przypadek. Profesor

Czochralski przez pomyk zanurzy stalwk swojego wiecznego pira w tyglu z roztopion cyn

i okazao si, e wiszca na kocu stalwki cienka ni skrystalizowanego metalu bya w caoci jed-

nolitym krysztaem (monokrysztaem). Jego pomys, opracowany w 1916 roku, to najstarszy i do

dzisiaj jedyny znany sposb na otrzymywanie tego typu materiaw.

Monokryszta krzemu

CiekawostkaMetoda opracowana przez Czochralskiego staa si fundamentem wspczesnego

przemysu elektronicznego, poniewa wykorzystuje si j w procesie produkcji

wszystkich ukadw scalonych. Nie bdzie przesady w stwierdzeniu, e wanie to

odkrycie wyprzedzio swoj epok historyczn. Bez ukadw z krzemu nie byoby:

telewizorw, komputerw, telefonw, tabletw, zegarkw elektronicznych itd.

Krzem sta si materiaem XX wieku. I pomyle, e o tym wynalazku zadecydowa

przypadek!


12

A co si stanie, jeli przez przypadek do roztworu siarczanu(VI) miedzi(II), w ktrym zanurzono fo-

li aluminiow, wsypiemy nieco soli kuchennej (chlorku sodu)?

Dowiadczenie 2

PROBLEM BADAWCZY:

Badanie wpywu chlorku sodu na reakcj siarczanu(VI) miedzi(II) z glinem.

HIPOTEZA:

Glin jest metalem bardziej aktywnym od miedzi, wic powinien wypiera mied z roztworu

CuSO4(aq).

CO BDZIE POTRZEBNE:

roztwr siarczanu(VI) miedzi(II), folia aluminiowa, chlorek sodu, zlewka, cylinder miarowy, yeczka.

INSTRUKCJA:

Do zlewki nalej ok. 20 cm3 roztworu siarczanu(VI) miedzi(II) i w kawaek folii alumi-

niowej, tak aby wystawaa ponad naczynie. Obserwuj, czy zachodz jakie zmiany.

1.

Nastpnie do roztworu dodaj szczypt chlorku sodu. Czy teraz widoczne s jakie

zmiany?

2.


13

PODSUMOWANIE:


14

Po zanurzeniu folii aluminiowej do roztworu siarczanu(VI) miedzi(II) nie obserwujemy ad-

nych objaww reakcji chemicznej. Glin jest metalem bardziej aktywnym od miedzi, ale na po-

wietrzu pasywuje. Na jego powierzchni tworzy si cienka ochronna warstwa zwizkw gli-

nu, ktra uniemoliwia dalsz reakcj chemiczn. Jednak dodatek chlorku sodu, a waciwie

jonw chlorkowych prowadzi do zniszczenia tej powoki na folii aluminiowej i glin zaczyna

gwatownie reagowa (roztwarza si), przeprowadzajc jony miedzi w metal. Niebieski roz-

twr siarczanu(VI) miedzi(II) ciemnieje, po czym na dnie zlewki gromadzi si ciemnoczerwo-

ny osad wytrconej metalicznej miedzi.

Nagranie wideo 2. AROCZNY ROZTWR


Dzia II

Jak czsto sigasz po rodki myjce lub czyszczce? Czy moesz sobie wyobrazi, jak wygldaoby

nasze ycie bez substancji zapachowych? Ju w staroytnoci pachnida miay wysok cen i robiy

zawrotn karier. We wspczesnym wiecie spotykamy niezliczenie wiele zapachw. Uwaa si,

e zapachy mog na nas silnie oddziaywa, wprawiajc w odpowiedni nastrj. Prawdopodobnie

aromat kawy pobudza i usuwa zmczenie, wo cytryny i fioka wspomaga koncentracj, a sam

fioek wonny korzystnie wpywa na szybko uczenia si. Aromaterapia jest stosowana w medy-

cynie, np. ostatnio do wspomagania procesw wybudzania ludzi ze piczki. Zapachy uatwiaj

komunikacj w wiecie zwierzt. Przykadem moe by bombikol pierwszy z opisanych chemicz-

nie feromonw, wydzielany przez samice jedwabnika morwowego i wabi samce ju z odlegoci

ok. 10 kilometrw.


15


CiekawostkaHistoria odkrycia bombikolu to opowie o niezwykej pomysowoci, determinacji

i pracowitoci. Niemiecki biochemik Adolf Butenandt w 1959 roku po raz pierwszy

wyizolowa ten zwizek organiczny, zaliczany do alkoholi. Substancj t Butenandt

pozyska z ponad 500 000 eskich osobnikw jedwabnika morwowego, otrzymu-

jc zaledwie 6,4 mg tego zwizku. Samiec wyczuwa samic, gdy 1 czsteczka bom-

bikolu przypada na trylion czsteczek powietrza.

Wzr kreskowy bombikolu i jedwabnik morwowy (posta dorosa)

*Wzr kreskowy (w formie uproszczonej) to bardzo czsto stosowany w chemii or-

ganicznej sposb zapisu zwizku chemicznego z pominiciem symboli wgla i wo-

doru znajdujcych si w gwnym szkielecie zwizku organicznego.

Polecenie 1.2Oblicz, ile czsteczek bombikolu znajdowao si w 6,4 mg prbki, ktr otrzyma Bute-

nandt, skoro trylion czsteczek tego zwizku ma mas ok. 410-4 g? Czy zapach jest waci-woci fizyczn, czy raczej waciwoci chemiczn substancji?

WskazwkaTrylion to liczba o wartoci 1018. Waciwoci fizyczne okrela si na podstawie zja-

wisk fizycznych, a waciwoci chemiczne wynikaj z zachodzcych reakcji chemicz-

nych.


16

Dzia III

O tym, jak wane jest, bymy byli zdrowi, nie trzeba nikogo przekonywa. Wiemy rwnie, e sub-

stancje chemiczne mog zarwno leczy, jak i wywoywa rne choroby. Wspczesna farmacja

oraz nowoczesna kuchnia to dwie dziedziny, ktre czy dbao o zdrowie. Hipokrates, uznawany

za ojca medycyny, powiedzia: Twoje poywienie powinno by lekarstwem, a twoje lekarstwo powinno

by poywieniem. Te sowa uzmysawiaj, jak istotny wpyw wywiera odywianie na jako naszego

ycia. Dotyczy to nie tylko osb zmagajcych si z otyoci oraz takimi jednostkami chorobowymi

jak np. fenyloketonuria czy cukrzyca, ale take tych, ktrzy tej zalenoci na co dzie nie zauwaa-

j.

CiekawostkaOsobom chorym na cukrzyc podaje si insulin i zaleca odpowiedni diet. Insu-

lina jest hormonem biakowym wytwarzanym przez komrki trzustki. Hormon ten,

regulujcy zawarto glukozy we krwi, zosta odkryty przez Kanadyjczykw: leka-

rza, fizjologa Fredericka Brantinga i jego asystenta Charlesa Besta. Wyizolowali

oni insulin z trzustki krowiej i po oczyszczeniu podali j po raz pierwszy 22 stycz-

nia 1922 roku 14-letniemu chopcu, ratujc mu ycie. Od 1982 roku insulin pro-

dukuje si syntetycznie. W 2013 roku na wiecie odnotowano ok. 382 miliony osb,

ktre zmagaj si z cukrzyc, dlatego zalicza si j do chorb cywilizacyjnych. Dia-

gnostyka tej choroby opiera si gwnie na wynikach badania krwi, w ktrej ozna-

cza si stenie glukozy. Do powszechne jest take oznaczanie poziomu tego cu-

kru w moczu. A w jaki sposb mona wykry t substancj w pracowni chemicznej?

Dowiadczenie 3

PROBLEM BADAWCZY:

Wykrywanie obecnoci glukozy w roztworze.

HIPOTEZA:

Glukoza daje pozytywny wynik w prbie lustra srebrowego.

CO BDZIE POTRZEBNE:

roztwr glukozy, odczynnik Tollensa, czyli amoniakalny roztwr tlenku srebra(I),


17

fabrycznie nowa probwka (lub dokadnie odtuszczona), ania wodna, trjng, siatka ceramiczna, termometr, palnik.

INSTRUKCJA:

PODSUMOWANIE:

Do fabrycznie nowej lub dobrze odtuszczonej probwki wprowad ok. 2 cm3 roztwo-

ru glukozy i dodaj nieco odczynnika Tollensa.

1.

Probwk umie w ani wodnej i ogrzewaj przez kilkanacie minut w temperaturze

ok. 80C.2.


18

Po zmieszaniu wszystkich odczynnikw roztwr jest bezbarwny. Po chwili ogrzewania mie-

szaniny w ani wodnej probwka pokrywa si srebrzyst powok (lustrem srebrnym). Taki

przebieg procesu potwierdza obecno glukozy (cukru redukujcego) w roztworze.

Nagranie wideo 3. Prba lustra srebrowego


Dzia IV

rodki chemiczne odgrywaj ogromn rol w rolnictwie. Pestycydy pomagaj niszczy szkodniki,

chwasty, owady, grzyby, mog dziaa odstraszajco lub wabico na zwierzta, uatwiaj usuwanie

lici, jak i przyczyniaj si do ich wysuszania przed zbiorem oraz zmniejszania nadmiernej iloci

kwiatw w sadownictwie. Ponadto stosowanie nawozw powoduje zasilanie gleby w rne ma-

kro- i mikroelementy. Oczywicie z wszystkich tych rodkw rolnicy powinni korzysta zgodnie

z podanymi zasadami dozowania, sporzdzania roztworw o okrelonym steniu oraz ich wza-

jemnego mieszania.

Polecenie 1.3Oblicz, ile gramw saletry amonowej (NH4NO3) naley odway, by uzyska tyle samo azo-

tu, ile znajduje si w 40 g mocznika, czyli zwizku o wzorze: CO(NH2)2?


19


WskazwkaNajpierw oblicz, jaka ilo gramw azotu znajduje si w podanej iloci mocznika.

CiekawostkaPierwszy rodek owadobjczy na du skal zaczto stosowa od poowy XIX wieku.

Bya to tzw. ziele paryska (ziele szwajnfurcka). Substancj t wykorzystywano

gwnie do walki ze stonk ziemniaczan, ale jednoczenie stosowano j do farbo-

wania tkanin na kolor zielony. Obecnie jest uywana w przemyle stoczniowym, ja-

ko rodek bakteriobjczy do konserwacji drewna.

Stonka ziemniaczana pospolity szkodnik upraw ziemniakw

Dzia V

Czytajc ten podrcznik, dowiesz si jak chemicy przez lata przyczyniali si do rozwoju energetyki

i transportu, otrzymujc coraz bardziej wydajne paliwa, doskonalc rda energii oraz materiay,

z ktrych buduje si samochody, samoloty czy statki kosmiczne. Co zrobi ludzko, gdy sko-

cz si paliwa kopalne? Czy rozwizaniem bdzie wykorzystanie gazu ze z upkowych, czy te

energetyka pody w cakiem innym kierunku?


20

Dowiadczenie 4

WANE

Dowiadczenie to wykona na lekcji nauczyciel.

PROBLEM BADAWCZY:

Sprawdzenie, czy reakcja perhydrolu z manganianem(VII) potasu jest procesem eg-

zoenergetycznym.

HIPOTEZA:

W reakcji perhydrolu z manganianem(VII) potasu wydziela si dua ilo energii.

CO BDZIE POTRZEBNE:

kolba stokowa (erlenmajerka) lub zlewka, cylinder miarowy, yka, perhydrol, krysztaki manganianu(VII) potasu.

INSTRUKCJA:

Do kolby stokowej nalej ok. 40 cm3 perhydrolu (30-procentowego roztworu H2O2)

i ostronie wprowad kilka krysztakw mangnianu(VII) potasu (KMnO4).

1.

Po przeprowadzeniu dowiadczenia ostronie sprawd doni temperatur kolby.2.


21

PODSUMOWANIE:

Ilustracja 5. Chemiczna lokomotywa

*Nadtlenek wodoru, bdcy skadnikiem perhydrolu, redukuje manganian(VII) potasu do

tlenku manganu(IV), zgodnie z rwnaniem reakcji:

2KMnO4 + 3H2O2 2MnO2 + 2KOH + 2H2O + 3O2

Powstajcy tlenek manganu(IV) jest katalizatorem reakcji rozkadu H2O2:

2H2O2

MnO2

2H2O + O2

Reakcja ta jest silnie egzoenergetyczna, co powoduje gwatowne wrzenie roztworu i odparo-

wanie powstajcej wody.

Nagranie wideo 4. Czy energia powstaje tylko w procesie spalania materiaw?


22



23


Dzia VI

W wielu miejscach nasza planeta wyglda jak wielkie wysypisko mieci. Kupujemy coraz wicej

i czsto s to towary, z ktrych korzystamy tylko przez krtki czas. Przykadem mog by artykuy

spoywcze w opakowaniach jednorazowego uytku, jak i zawarto naszej szafy z odzie, gdy

prbujemy nady za cigle zmieniajc si mod. Czciej wybieramy wyroby z tworzyw sztucz-

nych, ktre dziki duej konkurencji na rynku s dla nas coraz atrakcyjniejsze, cho niekorzystnie

wpywaj na rodowisko naturalne. Kto zastanawia si nad tym, ile odpadw codzienne si wy-

rzuca? Co zrobi z t gr mieci? Zalegaj one nie tylko w pobliu duych aglomeracji miejskich

czsto trafiaj te do mrz i oceanw. Zgromadzilimy ich cakiem sporo take w przestrzeni ko-

smicznej.

Dzikie wysypisko mieci

CiekawostkaCzy wiesz, e zuyty telefon komrkowy moe by rdem wartociowych surow-

cw przemysowych? W aparacie telefonicznym na produkcj stykw zuywa si za-

ledwie 24 mg zota, ale ju w 40 telefonach znajduje si go tyle, co w jednej tonie ru-

dy, z ktrej pozyskuje si ten pierwiastek. Firmy, ktre zajmuj si przetwarzaniem

telefonw, podaj, e z jednej tony telefonw mona otrzyma a 140 kg miedzi, ok.

3,5 kg srebra, ponad 300 g zota, 130 g palladu, 3 g platyny i inne metale.


24

3. Chemia jako nauka z przyszoci

Nauka chemii w szkole ponadgimnazjalnej pozwoli wam lepiej zrozumie otaczajcy wiat, uatwi

dokonywanie wyborw co do produktw uywanych w yciu codziennym oraz przyczyni si do

wzrostu wraliwoci ekologicznej. Szwajcarski chemik Richard Robert Ernst, dziki ktremu w me-

dycynie mona diagnozowa wiele chorb metod rezonansu magnetycznego, powiedzia: Prze-

mys chemiczny jest dzisiaj filarem ludzkiej cywilizacji i kultury. Bez przemysu chemicznego spoeczno

ludzka, w obecnych i przyszych formach, jest nie do pomylenia. Te sowa, w pewnym sensie, pod-

krelaj, e chemia tworzy otaczajcy nas wiat.

Podsumowanie

Chemia to nauka, ktra zajmuje si badaniem skadu i budowy substancji, ich przemian orazwarunkw, w jakich zachodz.

Naley przestrzega regulaminu pracowni chemicznej, poniewa wiele stosowanych tam sub-stancji moe stwarza zagroenie zdrowia i ycia czowieka.

Wykonywanie dowiadcze chemicznych wymaga znajomoci kart charakterystyki substancjioraz przepisw BHP.

Nieodzown pomoc podczas nauki tego przedmiotu jest ukad okresowy pierwiastkw che-micznych.

Praca domowa

Uzasadnij stwierdzenie, e soda oczyszczona (NaHCO3) to zwizek o wszechstronnym

zastosowaniu.


25

14.11.1891

Alliston/Ontario (Kanada)

21.02.1941

Ponis mier w wyniku katastrofy

lotniczej (lot do Anglii)

Data urodzenia:

Miejsce urodzenia:

Data mierci:

Miejsce mierci:

27.02.1899

West Pembroke/Ontario (Kanada)

31.03.1978

Toronto

Data urodzenia:

Miejsce urodzenia:

Data mierci:

Miejsce mierci:

Sowniczek

Biogram

Frederick Banting

Z wyksztacenia lekarz (specjalizowa si w pediatrii). Pracowa rwnie jako

wykadowca farmakologii na Uniwersytecie w Toronto. Jego najwikszym osi-

gniciem byo w 1922 roku odkrycie insuliny (wsplnie ze swoim asystentem

Charlesem Bestem), za co w 1923 roku otrzyma Nagrod Nobla.

Biogram

Charles Herbert Best

Kanadyjski fizjolog, wspodkrywca insuliny w 1922 roku. Po II wojnie wiato-

wej pracowa jako naukowy ekspert w wiatowej Organizacji Zdrowia (WHO).


26

24.03.1903

Bremerhaven-Wesermnde (Niemcy)

18.01.1995

Monachium (Niemcy)

Data urodzenia:

Miejsce urodzenia:

Data mierci:

Miejsce mierci:

23.10.1885

Kcynia (Polska)

22.04.1953

Pozna (Polska)

Data urodzenia:

Miejsce urodzenia:

Data mierci:

Miejsce mierci:

DefinicjaBHP skrt okrelajcy zbir zasad i przepisw dotyczcych bezpieczestwa

i higieny pracy, a take niezalena dziedzina wiedzy zajmujca si okrela-

niem warunkw pracy

Biogram

Adolf Butenandt

Niemiecki biochemik, ktry w swojej pracy naukowej zajmowa si gwnie ba-

daniem nad hormonami pciowymi i substancjami wabicymi u owadw. Za

badania nad hormonami pciowymi i syntez hormonw ludzkich w 1939 ro-

ku otrzyma Nagrod Nobla (wsplnie z chorwackim chemikiem Leopoldem

Ruik).

Biogram

Jan Czochralski


27

14.08.1933

Winterthur (Szwajcaria)

Data urodzenia:

Miejsce urodzenia:

By znanym chemikiem i metalurgiem, twrc szeregu nowych metod badaw-

czych i patentw (np. stop zwany metalem B, ktry znalaz zastosowanie w ko-

lejnictwie). Najwikszym jego osigniciem byo opracowanie metody otrzy-

mywania monokrysztau krzemu. Uchwa Sejmu RP rok 2013 zosta nazwany

Rokiem Jana Czochralskiego.

Biogram

Richard Robert Ernst

Chemik, ktrego najwikszym osigniciem by rozwj metody bada za po-

moc magnetycznego rezonansu jdrowego, za co w 1991 roku otrzyma Na-

grod Nobla.

Definicjaferomony zwizki chemiczne wydzielane i wyczuwane przez zwierzta i ro-

liny w celu przekazywania informacji (komunikacji)

Definicjainsulina hormon peptydowy majcy podstawowe znaczenie w przemianie

cukrw, biaek i tuszczw

Definicjamonokryszta ciao krystaliczne odznaczajce si jednakow orientacj sieci

krystalicznej, niezalenie od wielkoci krysztau


28

10.02.1846

Nowy Jork (USA)

04.03.1927

Carmel/Kalifornia (USA)

Data urodzenia:

Miejsce urodzenia:

Data mierci:

Miejsce mierci:

Definicjapasywacja proces przeprowadzania substancji w stan pasywny; proces pa-

sywacji dotyczy gwnie metali, pokrywajcych si szczeln powok, ktra

chroni je przed dalszymi reakcjami w danym rodowisku oraz izoluje metal

od substancji, ktre go otaczaj

Definicjaperhydrol ok. 30-procentowy wodny roztwr nadtlenku wodoru (H2O2)

Biogram

Ira Remsen

Po ukoczeniu medycyny nie podj pracy na stanowisku lekarza, ale wyjecha

do Niemiec, gdzie studiowa chemi. W roku 1879 zaoy czasopismo nauko-

we (American Chemical Society), ktre redagowa przez 35 lat. Najwikszym

jego osigniciem byo odkrycie w tym samym roku, wsplnie z Constantinem

Fahlbergiem, sacharyny (sztucznego rodka sodzcego, ktry jest 300500 ra-

zy sodszy od sacharozy).

Definicjasurowce mineralne skay i mineray wykorzystywane przez czowieka w r-

nych dziedzinach ycia


29

Zadania

Zadanie 1.1-6

Aplikacja na epodreczniki.pl

Bibliografia

Podsiada Magorzata, brak, "Kurier Chemiczny" 1991, nr 1.


30


Rozdzia 2. Chemia dnia codziennego

2.1. Wszechobecna krzemionka

Czy wiesz, e piasek na play, naszyjnik z ametystw, szklany wazo-nik czy wiatowody maj ze sob wiele wsplnego? czy je jedenz najpospolitszych zwizkw chemicznych na Ziemi tlenek krze-mu(IV). Jak drog musi przeby piasek, zanim przemieni si w wieleuytecznych przedmiotw?

Ju wiesz: e tlenek krzemu(IV) ma wzr sumaryczny SiO2;

wyrnia si tlenki kwasowe, zasadowe i obojtne;

e pooenie pierwiastka chemicznego w ukadzie okresowym zaley od budowyjego atomu;

e wikszo pierwiastkw chemicznych wystpujcych w przyrodzie to mieszani-ny izotopw.

Nauczysz si: bada i opisywa waciwoci fizyczne i chemiczne tlenku krzemu(IV);

wymienia wystpujce w przyrodzie odmiany SiO2 i okrela ich zastosowanie;

wyjania, dlaczego szka kwarcowego uywa si do produkcji tygli laboratoryj-nych i lamp stosowanych w medycynie do leczenia m.in. chorb skry (gwnie

uszczycy i trdziku);

uzasadnia sposb przechowywania kwasu fluorowodorowego.

Chemia dnia codziennego

31

1. Wystpowanie tlenku krzemu(IV) w przyrodzie

Najbardziej zewntrzna i najlepiej poznana warstwa skalna Ziemi to skorupa ziemska. Tylko 11

pierwiastkw wystpuje w niej w iloci wikszej ni 0,1%, co stanowi a 99,895% masy tej czci

kuli ziemskiej.

Nagranie wideo 1. Udzia krzemu w budowie skorupy ziemskiej


Drugim po tlenie najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej jest krzem,

a tlenek krzemu(IV), zwany zwyczajowo krzemionk, jest rwnie powszechny jak woda. Krze-

mionka to podstawowy skadnik piasku, ska i gleb. W przyrodzie spotykamy j zarwno w posta-

ci krystalicznej, o uporzdkowanej strukturze wewntrznej (jako kwarc, trydymit i krystobalit), jak

i w formie bezpostaciowej, czyli amorficznej (w przypadku np. agatw, opali, jaspisu, onyksu, zie-

mi okrzemkowej). Odmiany te charakteryzuj si brakiem uporzdkowanej struktury wewntrz-

nej.

Ilustracja 1. Wystpowanie tlenku krzemu(IV) w przyrodzie

Wszechobecna krzemionka

32

http://www.epodreczniki.pl/reader/c/169412/v/30/t/student-canon/m/iWebXdSiXt#iWebXdSiXt_1449822406784_0

Krysztay kwarcu niezalenie od postaci, w jakiej wystpuj, zachwycaj swoj barw. Dlatego

znajduj zastosowanie jako kamienie ozdobne i jubilerskie. Bezbarwna odmiana kwarcu zwana

jest krysztaem grskim (od greckiego krystallos dawniej oznaczajcego ld). Zabarwione odmia-ny krystaliczne to np.: przezroczysty ametyst (ktrego fioletow barw wywouje domieszka ela-

za), ciemnobrunatny kwarc, tzw. dymny, ty cytryn, kwarc rowy (ktry swoj barw zawdzi-

cza domieszkom tytanu i manganu).

Agat jest wyjtkowo oryginalnym mineraem nie ma na wiecie dwch identycznych okazw.

To jeden z najadniejszych i najciekawszych kamieni. Gwn jego ozdob s przepikne, naprze-

mianlege, rnobarwne warstewki. Opal to kamie, ktry przyciga uwag pikn gr barw. Na-

zwa onyks, z greckiego pazur, nawizuje do twardoci, wygldu i ostrych krawdzi tego minerau.

Jaspis dziki zwizkom elaza moe by zabarwiony na kolor czerwony, brzowy, ty lub zielony.


33

Galeria 2.1.1 WYBRANE ODMIANY KRZEMIONKI

1. 2.

3. 4.


34

5. 6.

7. 8.

9. 10.

11. 12.


35

13. 14.

15. 16.


36

17. 18.

19.

OpisyOpisy ilustrilustracji:acji:

1. Kryszta grski

2. Kryszta grski

3. Ametyst

4. Ametyst

5. Kwarc dymny (zadymiony)

6. Kwarc dymny (zadymiony)

7. Cytryn

8. Cytryn

9. Kwarc rowy

10. Kwarc rowy

11. Agat

12. Agat


37

13. Opal

14. Opal

15. Jaspis

16. Jaspis

17. Onyks

18. Onyks

19. Ziemia okrzemkowa

2. Waciwoci fizyczne tlenku krzemu(IV)Dowiadczenie 1

Badanie waciwoci fizycznych krzemionki

PROBLEM BADAWCZY:

Jakie waciwoci fizyczne wykazuje podstawowy skadnik piasku?

HIPOTEZA:

Tlenek krzemu(IV) to twarda, nierozpuszczalna w wodzie substancja staa, ktra nie przewo-

dzi prdu elektrycznego.

CO BDZIE POTRZEBNE:

tlenek krzemu(IV) w postaci piasku kwarcowego, woda, zlewki, bagietka, kawaek szyby, 2 elektrody grafitowe, drucik, bateria, arwka.

INSTRUKCJA:

Niewielk ilo tlenku krzemu(IV) podziel na 3 porcje.1.


38

PODSUMOWANIE:

Tlenek krzemu(IV) jest substancj sta, krystaliczn, nie rozpuszcza si w wodzie. Ze wzgl-

du na du trwao wiza midzy krzemem i tlenem kwarc jest mineraem twardym.

W 10-stopniowej skali twardoci Mohsa twardo szka okiennego wynosi 5-6, a kwarcu

7. Po zamkniciu obwodu, w ktrym umieszczono piasek, arwka si nie zawiecia, czyli

tlenek krzemu(IV) nie przewodzi prdu elektrycznego.

Skala twardoci Mohsa

Nagranie wideo 2. Waciwoci fizyczne tlenku krzemu(IV)


Pierwsz z nich umie w zlewce, nalej wod i zawarto zamieszaj bagietk.2.

Drug cz krzemionki wykorzystaj do sprawdzenia, czy substancja ta rysuje szko.

W tym celu przesu piasek palcami po kawaku szyby.

3.

Trzeci porcj wprowad do zlewki, w ktrej naley umieci dwie elektrody, poczo-

ne drucikiem z arwk i z bateri, zamykajc obwd elektryczny.

4.


39


3. Waciwoci chemiczne tlenku krzemu(IV)Dowiadczenie 2 [DO WYKONANIA POD NADZOREM OSOBY DOROSEJ]

Badanie waciwoci chemicznych krzemionki

PROBLEM BADAWCZY:

Jakie waciwoci chemiczne wykazuje podstawowy skadnik piasku?

HIPOTEZA:

Tlenek krzemu(IV) to substancja o maej aktywnoci chemicznej i charakterze kwasowym.

CO BDZIE POTRZEBNE:

tlenek krzemu(IV) w postaci piasku kwarcowego, woda, stony roztwr wodorotlenku sodu, stony kwas solny, probwki, korki, apa do probwek, palnik gazowy, wkraplacze, yka.

INSTRUKCJA:

PODSUMOWANIE:

Tlenek krzemu(IV) nie reaguje z wod ani z kwasem solnym, nawet po ogrzaniu. Roztwa-

rza si pod wpywem wodorotlenku sodu, co mona opisa rwnaniem reakcji:

Zanim przystpisz do wykonania tego dowiadczenia, za okulary i rkawice ochron-

ne.

1.

Do trzech probwek wprowad piasek kwarcowy.2.

Do pierwszej probwki dodaj wod, do drugiej wprowad stony roztwr wodoro-

tlenku sodu, a do trzeciej stony kwas solny.

3.

Zatkaj probwki korkiem i zamieszaj ich zawarto.4.

Odkorkuj probwki i ogrzewaj je w pomieniu palnika.5.


40

SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O

Tlenek krzemu(IV) to tlenek kwasowy, o maej aktywnoci chemicznej. Ponadto (czego nie

mielimy ju okazji zaobserwowa) analogiczne przemiany zachodz podczas stapiania tlen-

ku krzemu(IV) z wodorotlenkami, tlenkami zasadowymi i solami, np.:

SiO2 + Na2CO3temp.

Na2SiO3 + CO2

Nie reaguje z kwasami, za wyjtkiem kwasu fluorowodorowego:

SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O

Nie rozkada si pod wpywem wysokiej temperatury, ale moe wwczas reagowa z nielicz-

nymi pierwiastkami, np.:

wglem

SiO2 + 2Ctemp.

Si + 2CO magnezem

SiO2+ 2Mgtemp.

Si + 2MgO

Te reakcje chemiczne wykorzystuje si do otrzymywania krzemu.


41

Nagranie wideo 3. Badanie waciwoci chemicznych tlenku krzemu(IV)


Polecenie 2.1.1Ktre etapy obserwowanego dowiadczenia stwarzaj zagroenie dla eksperymentatora?

Dlaczego?

WskazwkaKtre substancje uywane podczas dowiadczenia maj waciwoci rce? Dlaczego

naley zwraca uwag na to, w ktr stron ma by skierowany wylot probwki?

4. Zastosowanie tlenku krzemu(IV)

Ju od najdawniejszych czasw ludzie wykorzystywali niezwyke waciwoci krzemionki. Minera

zwany krzemieniem dziki swojej twardoci suy do krzesania ognia. Jest upliwy, a jego odamki

maj ostre krawdzie, dlatego by wykorzystywany przez ludzi paleolitu jako surowiec do produk-

cji narzdzi kamiennych. Dzi krzemie jest surowcem wykorzystywanym w przemyle ceramicz-

nym i uywanym do produkcji farb. Powoki z farb krzemianowych s trwae, odporne na wilgo

i maj du odporno mechaniczn. S cakowicie niepalne i odporne na rozwj mikroorgani-


42


zmw. Z krzemienia pasiastego ze wzgldu na rzadko jego wystpowania, walory estetyczne

i odpowiedni twardo powstaj oryginalna biuteria oraz ozdoby.

Galeria 2.1.2 ZASTOSOWANIE KRZEMIENIA

1. 2.

3. 4.


43

5.


1. Krzemie

2. Narzdzia z krzemienia

3. Krzemie pasiasty

4. Biuteria z krzemienia pasiastego

5. Ozdoba z krzemienia pasiastego

Stopiony kwarc przy powolnym chodzeniu tworzy tzw. szko kwarcowe, z ktrego wytwarza si

m.in. lampy w solariach, salach szpitalnych, wiatowody, tygle laboratoryjne. Krysztay kwarcu

maj waciwoci piezoelektryczne. Gdy umiecimy je w zmiennym polu elektrycznym, wwczas

krysztay te kurcz si i rozszerzaj, emitujc ultradwiki. Ultradwiki umoliwiaj uzyskanie ob-

razw rnych obiektw, co wykorzystano w sonarach do lokalizacji gr lodowych, awic ryb, jak

i w medycynie do badania USG. Krysztay kwarcu su te do produkcji niezwykle dokadnych

zegarw oraz zapalniczek i zapalarek ze wzgldu na zjawisko piezoelektryczne, polegajce na

powstawaniu adunkw elektrycznych na powierzchni tego krysztau, w skutek napre mecha-

nicznych. Jako kamie ozdobny jest stosowany w jubilerstwie. W przemyle optycznym uywa si

go do wyrobu soczewek i pryzmatw.


44

Galeria 2.1.3 ZASTOSOWANIE KWARCU

1. 2.

3. 4.


45

5. 6.

7. 8.

9. 10.


1. Solarium

2. Naczynia laboratoryjne ze szka kwarcowego

3. wiatowody

4. Zegarek kwarcowy

5. Zapalniczka piezoelektryczna

6. Zapalarka piezoelektryczna

7. Pryzmat ze szka kwarcowego

8. Soczewka kwarcowa w obiektywie fotograficznym

9. Biuteria z ametystem

10. Biuteria z kwarcu rowego


46

Galeria 2.1.4 ZASTOSOWANIE PIEZOELEKTRYCZNOCI

1. 2.


1. Sonar

2. Badanie USG

Piasek jest podstawowym skadnikiem zaprawy murarskiej i cementu oraz surowcem do produk-

cji wyrobw ceramicznych, a take rnych rodzajw szka, np.: okiennego, ozdobnego, wodnego.

Ponadto z piasku otrzymuje si krzem i jego stopy, wytwarza karborund (SiC twardy materia

szlifierski).


47

Galeria 2.1.5 ZASTOSOWANIE PIASKU

1. 2.

3. 4.


48

5. 6.

7.


1. Zaprawa murarska

2. Cement

3. Pytki ceramiczne

4. Szko

5. Szko wodne i ogrd chemiczny

6. Karborund

7. Krzem


49

CiekawostkaSodowe szko wodne zostao wynalezione przed okoo 6000 laty przez mieszka-

cw Teb staroytnego miasta w grnym Egipcie. To stony wodny roztwr krze-

mianu sodu z dodatkiem wodorotlenku sodu, ktry zapobiega hydrolizie. Do po-

owy XIX wieku nie znaleziono zastosowania dla tej substancji, wic popada ona

w zapomnienie. Dzisiaj szko wodne peni wiele funkcji, np.: suy do wyrobu klejw

i kitw kwasoodpornych oraz ognioodpornych, wykorzystywanych w budownic-

twie. Produkuje si z niego ywice silikonowe, uywa si go do produkcji proszkw

do prania, farb, a nawet jako dodatku do ywnoci. Jest skutecznym rodkiem do

impregnacji drewna i tkanin. Szko wodne umoliwia tworzenie tzw. chemicznych

ogrodw, w ktrych chemiczne rolinki "wyrastaj" w mgnieniu oka.

Nagranie wideo 4. Badanie palnoci materiaw pokrytych szkem wodnym



50


Nagranie wideo 5. Krzemianowy podwodny ogrd



51


5. Krzem pierwiastek ycia i elektroniki

Waciwoci fizyczne i chemiczne krzemu

Krzem to substancja staa o barwie ciemnoszarej i metalicznym poysku. Tworzy krysztay podob-

ne do krysztaw diamentu. Jest pprzewodnikiem. To pierwiastek twardy (6,5 w skali Mohsa)

i kruchy. Ma wysok temperatur topnienia (1863 K), podczas ktrego zmniejsza swoj objto,

podobnie jak woda. Jest mao aktywny chemicznie. Nie reaguje z wod ani z kwasami, z wyjtkiem

kwasu fluorowodorowego. W temperaturze pokojowej krzem reaguje tylko z fluorem, tworzc

czterofluorek krzemu SiF4. Po ogrzaniu wchodzi w reakcje z innymi fluorowcami, z tlenem i azo-

tem, dziki czemu w temperaturach ok. 1000 K powstaj tlenek SiO2 i azotek Si3N4, a w tempera-

turach powyej 2300 K reaguje m.in. z wglem, tworzc wglik. W wysokich temperaturach reagu-

je take z metalami, tworzc krzemki np. Mg2Si. W roztworach zasad krzem roztwarza si z wy-

dzieleniem wodoru.

Ilustracja 43. Krzem


52

Ilustracja 44. Waciwoci chemiczne krzemu

Otrzymywanie krzemu

W warunkach laboratoryjnych mona otrzyma krzem z krzemionki, redukujc j magnezem. Na

skal przemysow krzem jest produkowany przez praenie krzemionki, wgla i elaza w piecu

elektrycznym. Do zapocztkowania tych procesw potrzebna jest wysoka temperatura ponad

2273 K. Wydzielony krzem uwalnia si od domieszek tlenku magnezu oraz resztek substratw

przez kolejne traktowanie spieku kwasem solnym, a nastpnie fluorowodorem. W przemyle

elektronicznym potrzebny jest bowiem krzem o wysokiej czystoci.

Zastosowanie krzemu

Krzem wkroczy na aren elektroniki na pocztku lat pidziesitych ubiegego wieku. Kiedy

w 1947 r. zosta skonstruowany germanowy tranzystor ostrzowy, uznano go za jedno z najwik-

szych osigni XX wieku. Dzi tranzystory s coraz mniejsze, szybsze i mniej energochonne.

Obecnie krzem suy do produkcji pprzewodnikowych ukadw scalonych, wafli do wytwarzania

chipw krzemowych, kolektorw sonecznych, aroodpornych pytek, ktrymi pokrywa si po-

wierzchnie statkw. Ponadto krzem stosuje si jako dodatek stopowy, gdy poprawia waciwoci

kwasoodporne stali. Stopy krzemu z glinem s uywane do odleww. Z kolei dietetycy nazywaj

go pierwiastkiem zdrowia i dugowiecznoci.


53

CiekawostkaKilogram to jedyna jednostka SI, dla ktrej podstaw definicji jest okrelony przed-

miot, a nie odwoanie si do staych fizycznych. Nowy wzorcowy kilogram ma by

doskonalszy od obecnie uznawanego, wykonanego w ksztacie walca ze stopu pla-

tyny z irydem. Ma to zagwarantowa jego powizanie ze sta Avogadra. Do jego

wykonania wybrano krzem. Regularny ukad atomw w takim krysztale pozwoli na-

ukowcom z gry ustali, e krzemowa kula o masie 1 kilograma bdzie miaa red-

nic 93,75 mm. Dwa takie wzorce w tzw. projekcie Avogadro wykonano w Au-

stralii.

Galeria 2.1.6

1. 2.


1. Wysoko i rednica wzorca kilograma z Svres Wysoko irednica wzorca kilograma z Svres to 39 mm

2. Nowy wzorzec kilograma Najdoskonalsza materialna kula na wiecie (mo-nokryszta krzemu)

Podsumowanie

Tlenek krzemu(IV) wystpuje w przyrodzie w postaci krystalicznej, gwnie jako kwarc, orazbezpostaciowej jako opal i ziemia okrzemkowa.

Tlenek krzemu(IV) to ciao stae, krystaliczne, bezbarwne, nierozpuszczalne w wodzie aniw innych popularnych rozpuszczalnikach. To substancja o wysokiej temperaturze topnienia

i duej twardoci.

Tlenek krzemu(IV) wykazuje ma aktywno chemiczn; nie rozkada si pod wpywem wy-sokiej temperatury, nie reaguje z wod, kwasami (wyjtkiem jest kwas fluorowodorowy), po

ogrzaniu reaguje z tlenkami i wodorotlenkami metali oraz z nielicznymi pierwiastkami, np.

z wglem, magnezem. Zalicza si go do tlenkw o charakterze kwasowym.


54

Praca domowa

1 Uzupenij puste miejsca w rwnaniach reakcji chemicznych. Pamitaj o wspczyn-

nikach stechiometrycznych.

2 Na pla czsto zabieramy aparat fotograficzny. Dlaczego powinnimy zakada

oson na obiektyw?

3 W yciu codziennym spotykamy si czsto z rnorodnym zastosowaniem zwizkw

krzemu. O wielu z tych zastosowa bya ju mowa, ale temat nie zosta jeszcze wyczer-

pany. Chcc uzupeni to zagadnienie, odpowiedz na pytanie: jakie zwizki krzemu mo-

na wykorzysta:

SiO2 + temp.

K4SiO4 + 2H2Oa.

+ NaOHtemp.

Na2SiO3+ H2Ob.

+ Ctemp.

Si + 2COc.

SiO2 + HF + d.Si + KOH + H2O K2SiO3 + e.

do produkcji soczewek kontaktowych i szamponw?Wskazwka: Materia ten a-

two si odksztaca, umoliwia swobodne oddychanie oczu i wosw, soczewki

z niego wykonane nie wysychaj, a wosy maj adny poysk;

a.

jako osony termiczne w pojazdach kosmicznych?Wskazwka: Oprcz duej twar-

doci tego zwizku (9,5 w skali Mohsa) jego dodatkow zalet jest wysoka odpor-

no termiczna;

b.

do otrzymywania rodka suszcego, ktry umieszcza si np. w kartoniku z buta-

mi?Wskazwka: Jego porowata struktura tworzy olbrzymi powierzchni, dziki

czemu ma on doskonae waciwoci osuszajce;

c.

do tworzenia m.in. warstwy izolacyjnej w skafandrach kosmonautw czy te jako

wypenienie termoregulacyjne w samolotach?Wskazwka: Substancje o najmniej-

szym dla cia staych wspczynniku przewodnictwa ciepa, a take o najmniejszej

dla cia staych gstoci.

d.


55

9.08.1776

Turyn (Wochy)

9.07.1856

Turyn (Wochy)

Data urodzenia:

Miejsce urodzenia:

Data mierci:

Miejsce mierci:

Sowniczek

Biogram

Amedeo Avogadro (znany te jako

Amadeo Avogadro)

Karier zawodow rozpocz jako prawnik. Nastpnie zosta profesorem fizyki

matematycznej. Avogadro stwierdzi, e rwne objtoci wszystkich gazw,

w tych samych warunkach temperatury i cinienia, zawieraj jednakowe liczby

czsteczek (prawo Avogadra). Jego hipoteza bya kluczem do rozwizania wie-

lu problemw, przed ktrymi stany nauki chemiczne XIX wieku. Liczba

NA = 6,02 1023, zwizan z definicj mola, jednej z podstawowych jednostekukadu SI, nazwano od nazwiska uczonego liczb Avogadra.

Definicjakrzemionka tlenek krzemu(IV)

Definicjamineray naturalne, jednorodne skadniki skorupy ziemskiej o charakte-

rystycznym skadzie i specyficznych waciwociach fizycznych; wikszo

z nich jest czci cia krystalicznych o uporzdkowanej budowie wewntrz-

nej, w ktrej atomy i jony zajmuj cile okrelone miejsce, tworzc sie prze-

strzenn; mineray cz si ze sob w formy zwane skaami


56

29.01.1773

Gernrode (Niemcy)

29.09.1839

podczas podry do Agordo (Wochy)

Data urodzenia:

Miejsce urodzenia:

Data mierci:

Miejsce mierci:

Biogram

Carl Friedrich Christian Mohs

Studiowa chemi, matematyk i fizyk na Uniwersytecie w Halle, a take mi-

neralogi na Akademii Grniczej we Freibergu. W 1802 roku przenis si do

Austrii, gdzie zajmowa si badaniem i klasyfikacj mineraw. Najwikszym,

najbardziej znanym i powszechnie wykorzystywanym do dzi osigniciem

Mohsa jest zaproponowana przez niego w 1812 r. dziesiciostopniowa skala

twardoci mineraw (skala Mohsa). Pozwala ona okrela stopie odporno-

ci mineraw twardszych na zarysowania przez mineray bardziej mikkie.

Definicjapodzia ska ze wzgldu na sposb powstawania


57

Definicjaskala twardoci Mohsa skala twardoci mineraw opracowana przez nie-

mieckiego fizyka i chemika Friedricha Mohsa w roku 1812; dziesiciostop-niowa skala stosowana do okrelania stopnia odpornoci twardszych mine-

raw na zarysowania przez materiay bardziej mikkie; pozwala okreli, kt-

ry minera od innego, ale nie okrela, o ile jest twardszy

Definicjaskaa naturalny zesp jednego lub wielu rnych mineraw powstay

w wyniku rnych procesw geologicznych lub kosmologicznych, tworzcy

podstawowy skadnik skorupy ziemskiej

Zadania

Zadanie 2.1.1-7



58


2.2. Szko tworzywo o dugich tradycjach i jeszczewikszej przyszoci

Codziennie, poczwszy od spojrzenia przez okno, posugujesz siwyrobami ze szka, gdy si obudzisz. A czy potrafisz okreli, ileprzedmiotw w twoim domu jest wykonanych z tego materiau? Dla-czego szko mimo upywu tylu lat nadal nas fascynuje? Dlaczegowraca si do szklanych opakowa? Czy mona sobie wyobraziwspczesn cywilizacj bez szka?

Ju wiesz: e wglany po dugotrwaym ogrzewaniu ulegaj rozkadowi;

e niektre tlenki zasadowe reaguj z tlenkami kwasowymi, tworzc sole (jedyneprodukty tej reakcji).

Nauczysz si: bada waciwoci szka;

wymienia rodzaje szka;

opisywa proces produkcji szka;

uzasadnia zastosowanie rnych rodzajw szka.

Szko tworzywo o dugich tradycjach i jeszcze wikszej przyszoci

59

1. Czym jest szko?

Szko jest materiaem bezpostaciowym, ktrego gwnym skadnikiem jest tlenek krzemu(IV).

Otrzymuje si je w wyniku topienia piasku kwarcowego, wglanu wapnia i wglanu sodu w tem-

peraturze ok. 1500C. Szklist mas ochadza si, bez krystalizacji. Rozmieszczenie podstawowychelementw strukturalnych szka rni si od struktury kwarcu i przypomina raczej rozmieszczenie

drobin w cieczy. W odrnieniu jednak od cieczy drobiny te nie maj moliwoci swobodnego

przemieszczania si z powodu duej lepkoci tego materiau. Szko ma struktur bezpostacio-

w.

Nagranie wideo 1. Czym jest szko?



60

http://www.epodreczniki.pl/reader/c/169412/v/30/t/student-canon/m/iEgE7gJkjR#iEgE7gJkjR_1450255940701_0

Nagranie wideo 2. Czym jest szko?



61


2. Proces produkcji szka

Szko jest pierwszym i najpopularniejszym tworzywem sztucznie wytworzonym przez czowieka.

Szka krzemianowego uywa si do wyrobu szyb, szklanych naczy i urzdze optycznych. Pod-

stawowymi surowcami do jego produkcji s: piasek kwarcowy (SiO2), wapie (CaCO3) i soda (

Na2CO3). Cennym dodatkiem jest stuczka szklana.

Nagranie wideo 3. Znaczenie stuczki w procesie produkcji szka


Do podstawowej masy szklanej dodaje si czsto takie tlenki, jak np. tlenek glinu (zwiksza wa-

ciwoci mechaniczne, chemiczne i termiczne szka), tlenek cynku (powoduje wzrost odpornoci

szka na nage zmiany temperatury przez obnienie wspczynnika rozszerzalnoci cieplnej), tle-

nek boru (zwiksza szybko topienia, uatwia klarowanie oraz zmniejsza skonno masy szkla-

nej do krystalizacji). Dokadnie odwaone, zmielone i wymieszane surowce ogrzewa si w piecu

szklarskim (wielka wanna wyoona ogniotrwa glin) do temperatury 1200-1500C. W tak wyso-kiej temperaturze wglany ulegaj rozkadowi:

CaCO3temp.

CaO + CO2 i Na2CO3

temp.

Na2O + CO2

Powstae tlenki metali reaguj z tlenkiem krzemu(IV), tworzc mieszanin krzemianw:

CaO + SiO2 CaSiO3 i Na2O + SiO2 Na2SiO3


62


Gorc mas szklan ochadza si do temperatury ok. 1000C, wwczas uzyskuje ona lepko od-powiedni dla wybranej metody formowania.

Nagranie wideo 4. Metody formowania szka


Gotowe wyroby ogrzewa si do temperatury okoo 500C i wolno ochadza. Etap ten, nazywanyodpraniem, ma na celu usunicie napre wewntrznych. Po odpreniu niektre wyroby ze

szka s zdobione. Dotyczy to np. szka krysztaowego. Zdobnicy za pomoc specjalnych urzdze

i tarczy diamentowych wykonuj oryginalne obienia (szlify), a grawerzy rcznie tworz niepowta-

rzalne obrazy (grawery). Wychodzone wyroby szklane poddaje si procesowi uszlachetniania na

zimno, dziki ktremu staj si jeszcze bardziej byszczce. Zanim wyrb szklany trafi na sklepo-

w pk, jest poddawany kontroli jakoci, pakowany, foliowany, magazynowany lub od razu wy-

syany do odbiorcy.

Polecenie 2.2.1Wymie zasady recyklingu szka.


63


WskazwkaDlaczego szklane opakowania segreguje si w rnych pojemnikach albo oddziel-

nych workach? Jakich przedmiotw ze szka nie wolno wrzuca do tych pojemnikw/

workw? Dlaczego?

Nagranie wideo 5. Historia produkcji szka



64


Aplikacja 1. Produkcja szka paskiego (technika float)



65


3. Waciwoci szka

Szyby okienne, szklanki, talerzyki i inne naczynia, szyby samochodowe czy rne ozdoby to za-

ledwie kilka przykadw szka uywanego na co dzie. Specjalnego szka uywa si do produkcji

wielkich luster teleskopowych i mikroskopw lub np. kabin prysznicowych. W cianach budynkw

montuje si szko budowlane i szklane cegy, a w kominkach szko aroodporne. Szko kulo-

odporne jest wytrzymae na uderzenia pociskw, np. z karabinw maszynowych. O waciwo-

ciach szka decyduj rne czynniki, ktre mona zmienia, tworzc nowe produkty. Nale do

nich: skad szka, jego struktura, powierzchnia oraz rodzaje cienkich warstw nanoszonych na t

powierzchni. W yciu codziennym najczciej korzystamy ze szka bezbarwnego. Barwne szko

mona otrzyma przez dodanie do masy szklanej (w czasie jej topienia) zwizkw metali cikich,

tj.: elaza, chromu, manganu, niklu, miedzi i innych.

Aplikacja 2. Barwy szka


Dowiadczenie 1

Badanie wybranych waciwoci fizycznych szka

PROBLEM BADAWCZY:

Jakie waciwoci fizyczne wykazuje szko?


66


HIPOTEZA:

Szko charakteryzuje si ma odpornoci na rne czynniki mechaniczne i zmiany tempe-

ratury. Nie przewodzi prdu elektrycznego i ciepa.

CO BDZIE POTRZEBNE:

rurki szklane, cega, kawaek grubej tkaniny, motek, palnik, zlewka z zimn wod, paska bateria, arwka w oprawie, przewody z zaciskami typu krokodylki.

INSTRUKCJA:

PODSUMOWANIE:

Szko bezbarwne dobrze przepuszcza wiato. Wykazuje du odporno na ciskanie, lecz

niewielk wytrzymao na rozciganie, zginanie i uderzenie. Wskutek uderzenia rozpada si

na nieregularne kawaki o ostrych krawdziach. Szko mona stosunkowo atwo zarysowa.

Nie wykazuje cile okrelonej temperatury topnienia, ale miknie w pewnym przedziale

temperatur i wwczas z atwoci moe zmieni ksztat. Podczas ogrzewania szka pomie

palnika barwi si na to. O obecnoci zwizkw jakiego pierwiastka wiadczy ta barwa? Po

zanurzeniu gorcej rurki w zimnej wodzie szko pka na drobne kawaki, co oznacza, e w je-

go wewntrznej strukturze powstay due naprenia. Szko jest izolatorem elektrycznym,

a take zym przewodnikiem ciepa. Jego przewodnictwo cieplne jest ok. 500 razy mniejsze

ni miedzi.

Rurk szklan owi szczelnie tkanin, a nastpnie sprawd wytrzymao tej rurki na

ciskanie, rozciganie i zginanie. Po j na cegle i uderz motkiem. Przyjrzyj si otrzy-

manym kawakom szka, porwnaj ich wielko i zwr uwag na krawdzie.

1.

Jeden z kocw szklanej rurki ogrzej w pomieniu palnika, po czym zanurz go w zlewce

z zimn wod.

2.

Szklan rurk umie w pomieniu palnika i po chwili sprawd, czy daje si j zgi

i rozcign. Zwr uwag na zmian barwy pomienia podczas ogrzewania.

3.

Zbuduj obwd elektryczny, skadajcy si z: paskiej baterii, arwki w oprawie, prze-

wodw elektrycznych zakoczonych krokodylkami. Umie w nim szklan rurk. Ob-

serwuj, czy po zamkniciu obwodu pynie prd elektryczny, czyli czy arwka zawieci-

a si, czy te nie.

4.


67

Nagranie wideo 6. Badanie przewodnictwa prdu przez szko



68


Polecenie 2.2.2Jakie warunki musi spenia szko uyte do budowy takiego obiektu, jaki powsta nad Ka-

nionem Kolorado? Jest to szklana platforma w ksztacie podkowy, wystajca 20 metrw po-

za krawd urwiska. Dlaczego przed wejciem na t platform naley zaoy specjalne

ochraniacze na buty?

Ilustracja 1. Szklana platforma nad Wielkim Kanionem Kolorado

WskazwkaDlaczego na platformie moe przebywa docelowo maksymalnie 20 osb? Przypo-

mnij sobie dowiadczenie z poprzedniej lekcji, podczas ktrego porwnywalimy

twardo szka okiennego i kwarcu. Jak twardo w 10-stopniowej skali twardoci

Mohsa wykazuje szko (okienne), a jak kwarc?

CiekawostkaWytrzymao szka na ciskanie jest bardzo wysoka. Wynosi 1000 N/mm2, czyli

1000 MPa, co oznacza, e rozbicie szeciennej szklanej kostki o dugoci krawdzi

rwnej 1 cm wymaga obcienia rzdu 10 ton.


69

Dowiadczenie 2 [DO WYKONANIA POD NADZOREM OSOBY DOROSEJ]

Badanie reaktywnoci szka

PROBLEM BADAWCZY:

Badanie odpornoci szka na dziaanie wody, kwasw i wodorotlenkw.

HIPOTEZA:

Szko jest materiaem odpornym na dziaanie wody, kwasw i wodorotlenkw.

CO BDZIE POTRZEBNE:

kawaki potuczonego szka (z poprzedniego dowiadczenia), 4 przezroczyste pojemniki z polipropylenu, kwas solny, stony roztwr wodorotlenku sodu, roztwr kwasu fluorowodorowego, woda.

INSTRUKCJA:

PODSUMOWANIE:

Z chemicznego punktu widzenia szko jest materiaem odpornym na dziaanie wody, wodo-

rotlenkw i kwasw. Jedynie kwas fluorowodorowy i stone roztwory zasad mog reagowa

z powierzchni szka, powodujc jego zmatowienie.

Polecenie 2.2.3Dlaczego szklanego pojemnika, w ktrym przechowujemy wodorotlenek sodu, nie naley

zamyka szklanym korkiem?

Do kadego z czterech pojemnikw wrzucamy kawaki szka.1.

Do pierwszego pojemnika dodajemy wod, do drugiego stony roztwr wodoro-

tlenku sodu, do trzeciego ok. 10% kwasu solnego, a do czwartego roztwr kwasu

fluorowodorowego.

2.

Pojemniki zakrcamy i pozostawiamy badane prbki na kilka dni.3.


70

WskazwkaKtry zwizek chemiczny jest podstawowym skadnikiem szka? Z ktrymi tlenkami

reaguj wodorotlenki?

4. Rodzaje szka i jego zastosowanie

Szko jest materiaem znanym i stosowanym od dawna, a jednoczenie nowoczesnym z coraz

wiksz przyszoci. Ze wzgldu na skad chemiczny wyrnia si szko: sodowe, potasowe,

borowo-krzemowe, oowiowe krysztaowe, kwarcowe. Kady rodzaj szka ma okrelone waci-

woci i wynikajce z nich zastosowanie.

Nagranie wideo 7. Charakterystyka szka ze wzgldu na skad



71


CiekawostkaInnym rodzajem szka krysztaowego jest tzw. czeski kryszta. Jest to szko sodowo-

potasowe z wysz zawartoci tlenku potasu ni sodu. Gwnymi surowcami sto-

sowanymi przy produkcji takiego szka s: piasek szklarski, soda, pota (wglan po-

tasu), wapie i tlenek baru. Duy wspczynnik zaamania wiata i wysoka jako

tego szka powoduj, e jest ono uywane do wytwarzania ozdobnych naczy i ele-

ganckiej biuterii.

Polecenie 2.2.4Wyjanij, dlaczego wyroby z czeskiego krysztau maj o wiele mniejsz mas ni wyroby

wykonane ze szka krysztaowego?

WskazwkaKtre tlenki s gwnymi skadnikami czeskiego krysztau, a ktre szka krysztao-

wego? Porwnaj gstoci pierwiastkw tworzcych te tlenki.


72

Ze wzgldu na przeznaczenie wyrnia si szko budowlane (szko paskie szyby, zbrojone, har-

towane, wat szklan, szko wodne), techniczne (szko optyczne, laboratoryjne, elektrotechniczne,

sanitarne, owietleniowe), gospodarcze (krysztaowe, naczynia aroodporne, szko stoowe) i opa-

kowania szklane.Szko okrelane jako bezpieczne to: szko hartowane, laminowane z foli lub kle-

jone, zbrojone i inne (wzmacniane chemicznie, foliowane, szyby ognioodporne).

Dynamiczny rozwj techniki w pierwszej poowie XIX wieku wywoa konieczno dostarczenia dla

przemysu szkie charakteryzujcych si wysok wytrzymaoci mechaniczn, odpornoci che-

miczn i odpornoci na zmiany temperatury, odpowiedni twardoci powierzchniow, wsp-

czynnikiem rozszerzalnoci cieplnej itp. Obecne wymagania stawiane wyrobom szklanym s

znacznie wiksze. Produkuje si m.in. szko refleksyjne, elektroprzewodzce, ceramiczne, nieprze-

zroczyste, samoczyszczce. Ze szka produkowane s wyroby takie, jak np. pustaki szklane czy

wena szklana. Wknami ze szka wzmacnia si tworzywa sztuczne. Powstaje wwczas materia

zwany kompozytem, stosowany do budowy karoserii samochodowych.

Nagranie wideo 8. Charakterystyka szka bezpiecznego


CiekawostkaSzko samoczyszczce to szko elewacyjne wyposaone w bardzo trwa powok

z tlenku tytanu(IV). Wskutek oddziaywania promieni UV nagromadzone na po-

wierzchni szka zanieczyszczenia organiczne ulegaj rozpadowi, a zabrudzenia mi-

neralne trac swoj przyczepno. Osabione zanieczyszczenia zostaj z atwoci


73


zmyte z powierzchni szyb w czasie deszczu. Samoczyszczenie nie oznacza, e

szko nie wymaga w ogle mycia, zwaszcza w strefach o duym zanieczyszczeniu.

Polecenie 2.2.5Opisz, jak dziki szybom mona chroni zdrowie, ycie i mienie.

WskazwkaJak zmniejszy czstotliwo dwikw, na ktre s bardzo wraliwe nasze uszy

(10005000 Hz)? Co zrobi, aby okna nie byy sabym punktem naszego mieszkania?

Z jakiego szka s wykonane szyby w samochodach? Jakie szko jest montowane

w piekarnikach i kominkach, a jakie w oknach wystawowych? Jakiego szka powin-

no si uywa do budowy ewakuacyjnych klatek schodowych?

Od wiekw szko goci w naszych domach nie tylko za spraw szklarzy, ktrzy montowali i nadal

wprawiaj szyby w oknach, ale take dziki rnym naczyniom i przedmiotom wykonanym ze

szka. Im bardziej nowoczesne wntrze, tym wicej szklanych elementw. Wzrasta te skala zasto-

sowania tego materiau w budownictwie.

Ilustracja 2. Rodzaje szka i jego zastosowanie


74

Galeria 2.2.1

1. 2.

3. 4.


75

5. 6.

7. 8. 9.


76

10. 11.

CiekawostkaLustro fenickie (w jzyku potocznym nazywane lustrem weneckim) to odmiana lu-

stra, ktre odbija cz wiata, a cz przepuszcza. Jest to szyba pokryta cienk

warstw metalu, zazwyczaj umieszczona midzy dwoma pomieszczeniami jedno

z nich jest przyciemnione, a drugie jasno owietlone. Osoby znajdujce si w ja-

sno owietlonym pomieszczeniu widz wasne odbicie. Natomiast w ciemnym po-

mieszczeniu wiato przechodzce przez lustro ma znacznie wiksze natenie ni

to odbite, zatem osoby znajdujce si w nim mog swobodnie obserwowa janiej-

sze pomieszczenie jak przez szyb. Dla wzmocnienia efektu lustra fenickiego uy-

wa si czasem szyb przyciemnianych. Najbardziej znane zastosowanie tego typu

szka to okazanie wiadkom osb podejrzanych. Rnica w nateniu owietlenia

midzy jednym a drugim pomieszczeniem powinna wynosi 8 : 1, dziki temu uzy-

skamy podany efekt z jednej strony lustro, a z drugiej zwyke okno.

Nagranie wideo 9. Lustro fenickie


77


Podsumowanie

Szko to materia bezpostaciowy otrzymywany przez stopienie mieszaniny piasku, wglanusodu i wglanu wapnia oraz stuczki. Do masy szklanej wprowadza si rwnie dodatkowe

substancje, ktre maj wpyw na waciwoci szka.

O szerokim zastosowaniu szka w technice i w rnych dziedzinach ycia decyduj jego wa-ciwoci, takie jak np.: dua twardo, przezroczysto, niska przewodno cieplna i elek-

tryczna, dua odporno chemiczna, brak ogranicze co do ksztatu.

Ze wzgldu na skad chemiczny wyrnia si szko: sodowe, potasowe, borowo-krzemowe,oowiowe, kwarcowe, wodne.

Rodzaje szka wyrniane ze wzgldu na jego przeznaczenie: budowlane, techniczne, gospo-darcze, opakowaniowe.

Rodzajami tzw. szka bezpiecznego s: zbrojone, hartowane, klejone, laminowane i inne.

Praca domowa

1 Korzystajc z dostpnych rde informacji, uzasadnij tez: "Nowoczesne szko bu-

dowlane stwarza wiele moliwoci i moe zaspokoi oczekiwania nawet bardzo wyma-

gajcego klienta". W uzasadnieniu uwzgldnij waciwoci i wynikajce z nich zastoso-

wanie szka refleksyjnego, nieprzezroczystego, piankowego, polikrystalicznego. Czym

charakteryzuj si szyby zespolone?


78


2 Gsto szka wynosi 2,5 g/cm3. Jak mas ma tafla szka paskiego o powierzchni

1m2 i gruboci 4 mm?

Sowniczek

Definicjaciao bezpostaciowe (amorficzne) ciao stae, ktre nie ma budowy krysta-

licznej, charakteryzujce si chaotycznym rozmieszczeniem atomw (czste-

czek), podobnie jak w cieczach, z t jednak rnic, e atomy (czsteczki) w

tym przypadku nie mog si swobodnie porusza

Definicjaizolator elektryczny materia, ktry nie przewodzi prdu elektrycznego

Definicjapiszczel szklarska narzdzie uywane przez szklarza (hutnika) do formowa-

nia szka; ma ksztat dugiej, do cienkiej rurki; na jednym kocu znajduje si

nabel, na ktry nabiera si z pieca roztopion mas szka; na drugim kocu

jest ustnik, przez ktry wydmuchuje si nabran mas

Definicjaprzewodnik elektryczny materia, ktry dobrze przewodzi prd elektryczny

Definicjasurowce szklarskie piasek, soda, wapie, stuczka szklana oraz rodki bar-

wice

Definicjaszko tworzywo o nieuporzdkowanej strukturze, otrzymywane w wyniku

schodzenia stopionej mieszaniny piasku kwarcowego, wapienia i sody

Definicjaszko float szko paskie produkowane metod floatowania", czyli rwno-

miernego rozlewania masy szklanej na powierzchni stopionej cyny


79

Definicjawena szklana materia stosowany do izolacji termicznej i akustycznej,

otrzymywany w wyniku topienia w temperaturze 1000C piasku kwarcowe-go, stuczki szklanej z dodatkiem ska takich jak: dolomit, wapie; roztopiony

surowiec poddaje si procesowi rozwkniania, a do otrzymanych wkien

dodaje si spoiwo (np. ywice)

Definicjazestaw szklarski mieszanina surowcw, z ktrych powstaje masa szklarska

Zadania

Zadanie 2.2.1-5



80


2.3. Keramos i stiuk

Rozgldajc si wok, moemy dostrzec rne obiekty budowlane.Czy wiesz, z jakich surowcw je zbudowano? Czy materiay stosowa-ne wspczenie w budownictwie bardzo rni si od tych z epokifaraonw? Czy glina i cegy to dzisiaj przeytki? Jakie materiay obec-nie dominuj w architekturze?

Ju wiesz: e w budownictwie wykorzystuje si skay wapienne i gipsowe oraz produkty ich

termicznego rozkadu;

e kwane opady uszkadzaj m.in. pomniki i elementy budowli wykonanychz marmuru i wapieni.

Nauczysz si: wymienia surowce uywane do produkcji wyrobw ceramicznych, cementu i be-

tonu;

opisywa procesy technologiczne produkcji cegie, wyrobw porcelanowych i ce-mentu;

klasyfikowa wyroby ceramiczne ze wzgldu na ich waciwoci;

rozrnia przedmioty wykonane z gliny i z betonu.

1. Glina

Do najstarszych materiaw budowlanych zaliczaj si: drewno, kamie i glina skaa osadowa,

powszechnie wystpujca w przyrodzie. Najwaniejsze skadniki gliny powstaj w procesie che-

micznego wietrzenia skaleni. Proces ten przedstawia rwnanie reakcji chemicznej:

Keramos i stiuk

81

Glina pocztkowo suya do wyrobu naczy i przedmiotw codziennego uytku (garncarstwo),

ale z czasem staa si gwnym surowcem do produkcji cegie i innych wyrobw ceramicznych.

Nazwa wyroby ceramiczne pochodzi od greckiego keramos, tzn. ziemia, glina. Proces produkcjimateriaw ceramicznych polega na dokadnym wymieszaniu odpowiednich surowcw (gwnie:

gliny, piasku kwarcowego oraz skaleni) z wod, formowaniu, wysuszeniu i wypaleniu. Niektre wy-

roby ceramiczne s szkliwione. Najszlachetniejszym tworzywem ceramicznym jest porcelana. Do

produkcji porcelany uywa si najlepszych gatunkw gliny (kaolinu), charakteryzujcych si bia

lub lekko kremow barw. Gwnym skadnikiem glinki porcelanowej jest minera o nazwie kaoli-

nit.

Aplikacja 1. Rodzaje wyrobw ceramicznych


Nagranie wideo 1. Terakotowa Armia

Keramos i stiuk

82

http://www.epodreczniki.pl/reader/c/169412/v/30/t/student-canon/m/iuoXrM4oHb#iuoXrM4oHb_1450257683138_0


Keramos i stiuk

83


CiekawostkaW miar wzrostu wiadomoci ekologicznej glina jako materia budowlany znajduje

coraz wicej zwolennikw. Naukowcy badaj zaskakujce waciwoci tego surow-

ca, a architekci coraz mielej z niego korzystaj, odkrywajc go na nowo. Trudno

dziwi si karierze gliny (i ceramiki budowlanej), gdy jest to budulec o fantastycz-

nych waciwociach, ktry we wntrzach tworzy zdrowy i przyjazny czowiekowi kli-

mat. Z gliny mona zbudowa praktycznie cay dom, wykorzystujc j do: murowa-

nia, tynkowania, rzebienia, konstruowania stropw i kopu, stawiania z niej cian

nonych i dziaowych, budowy piecw, robienia cegie i posadzek, a nawet wodood-

pornych dachwek. Wspczenie glina stanowi surowiec wyjciowy do produkcji

rnorodnych materiaw budowlanych.

2. Porcelana

Porcelana to najszlachetniejsza odmiana ceramiki. Zostaa wynaleziona w VII wieku przez Chi-

czykw, ktrzy doskonalc przez wieki swj warsztat pracy, osignli mistrzostwo techniczne. Do

Europy pierwsze wieci o chiskiej porcelanie dotary ok. XIII wieku, dziki weneckiemu podrni-

kowi Marco Polo, ktry w swych podrach dotar a do Chin. W trakcie pobytu w Pastwie rod-

ka oglda byszczc ceramik i jej wygld kojarzy mu si z niewielkimi muszlami may mor-

skich (po wosku porcello winka, po acinie genus porcellana), ktrych gadka, pprzezroczystaskorupa przypominaa wanie cianki porcelanowych naczy. Europejczykom udao si otrzyma

porcelan dopiero na pocztku wieku XVIII.

Keramos i stiuk

84

Galeria 2.3.1

1. 2.

Chiska porcelana fascynowaa chyba wszystkie cywilizacje, ktre si z ni zetkny. Wielki rozgos

zyskaa dziki legendzie goszcej, e porcelanowe naczynia rozpadaj si po kontakcie z trucizn

podan w potrawie lub napoju. Midzy innymi z tego wanie powodu wiele osb zabiegao o po-

siadanie zestawu z porcelany.

Keramos i stiuk

85

Ilustracja 3. Zalety i wady porcelany

Polecenie 2.3.1Wyjanij, jak odrni filiank wykonan z porcelany od filianki fajansowej.

WskazwkaPorwnujc obie filianki, zwr uwag na to, ktra z nich jest cisza. Ktre z tych

naczy przy lekkim uderzeniu w krawd wydaje ton wysoki, a ktre niski? Ktra

z filianek lepiej przepuszcza wiato?

Keramos i stiuk

86

Dowiadczenie 1

Odrnianie porcelany od fajansu za pomoc

atramentu

PROBLEM BADAWCZY:

W jaki sposb mona odrni porcelan od fajansu?

HIPOTEZA:

Porcelana i fajans to tworzywa ceramiczne o rnej porowatoci, a tym samym o rnej na-

sikliwoci.

CO BDZIE POTRZEBNE:

wyroby lub kawaki przedmiotw wykonanych z porcelany oraz z fajansu, atrament, strzykawka, ciereczka, woda.

INSTRUKCJA:

PODSUMOWANIE:

Prba z atramentem pozwala odrni porcelan od fajansu poprzez zbadanie nasikliwoci

obu materiaw, gdy fajans charakteryzuje si czerepem porowatym, a porcelana ma cze-

rep nieporowaty (tzw. spieczony). Tworzywem szlachetniejszym jest porcelana, cechujca si

brakiem nasikliwoci. Jeli powstaje plama, ktr trudno usun wod, to przedmiot z pew-

noci jest fajansem. Porcelana jest biaa i szkliwi si j szkliwem przezroczystym. Gdy stu-

czemy ulubion filiank, nienobiay kolor nieszkliwionych jak i pokrytych szkliwem kawa-

kw potwierdzi, e zostaa ona wykonana z porcelany. Fajans ma barw kremow. Aby wy-

Na nieszkliwiony fragment przedmiotu wykonanego z porcelany nanie jedn kropl

atramentu.

1.

Na nieszkliwiony fragment przedmiotu wykonanego z fajansu rwnie nanie jedn

kropl atramentu.

2.

Po chwili sprawd, czy powsta plam atwo, czy trudno usuwa si za pomoc wody

z obu przedmiotw.

3.

Jeli dysponujesz kawakami porcelany i fajansu, to zwr uwag na kolor widoczny na

przekroju czy jest on nienobiay, czy te kremowy.

4.

Keramos i stiuk

87

robom fajansowym nada bia barw, pokrywa si je szkliwem o odpowiednio dobranym

skadzie.

CiekawostkaPorcelan kiedy nazywano biaym zotem, poniewa bya bardzo ekskluzywnym

towarem, na ktry mogli sobie pozwoli tylko najbogatsi. Jej warto niejednokrot-

nie przekraczaa ceny zota. Nic wic dziwnego, e wielu ceramikw prbowao od-

kry sekret produkcji porcelany. Nie byo to jednak takie proste. 28 marca 1709 ro-

ku udao si to, majcemu zaledwie 27 lat, alchemikowi Johannowi Friedrichowi

Bttgerowi, zatrudnionemu przez Augusta II Mocnego. Alchemik wykona pierwszporcelanow czark, uywajc glinki kaolinowej. Pilnie strzeona tajemnica chi-

skich mistrzw zostaa odkryta. August II Mocny, zachwycony wynalazkiem, jeszcze

w 1710 roku postanowi otworzy pierwsz fabryk porcelany w Europie, a konkret-

nie w Drenie. Dwa miesice pniej manufaktur przeniesiono jednak do zamku

Albrechtsburg, pooonego na wysokim, skalistym wzgrzu w Mini. Pooenie to

miao da gwarancj zachowania tajemnicy produkcji masy porcelanowej. Odtd

Minia staa si stolic europejskiej porcelany. Friedrich Bttger myla o ucieczcez tego mrocznego miejsca, poniewa zamanie sekretu chiskich mistrzw nie przy-

nioso mu sukcesu finansowego. Krl jednak dowiedzia si o jego planach i wtrci

Bttgera do lochu w twierdzy Knigstein, gdzie nikomu niepotrzebny i zapomniany,zmar dziesi lat po swoim wielkim odkryciu.

Galeria 2.3.2 TECHNOLOGIA PRODUKCJI PORCELANY

1. 2.

3. 4.


1. Technologia produkcji porcelany




Keramos i stiuk

88

3. Cegy

Cegy byy budulcem imperiw i wielkich cywilizacji. Budowano z nich witynie, kilkunastopitro-

we minarety i ttnice yciem staroytne miasta. Najstarsze lady uycia surowej cegy pochodz

z VI tysiclecia p.n.e. z Azji. Obok kamienia i drewna cegy byy podstawowym materiaem budow-

lanym w staroytnej Mezopotamii. Pniej o nich zapomniano i zastpiono nowoczesnymi ma-

teriaami betonem i metalem. W XX wieku uwaano je za przeytek. Jednak powrciy w wielkim

stylu w czasach nam wspczesnych, jako materia budowlany oraz element dekoracyjny gw-

nie w nowoczesnych wntrzach, np. w loftach.

Keramos i stiuk

89

Polecenie 2.3.2Odpowiedz na pytanie: czy cega jest materiaem ekologicznym?

WskazwkaJakie materiay wykorzystuje si do produkcji cegie? Czy podczas produkcji tego bu-

dulca powstaj jakie odpady? Na czym polega recykling cegie? Jak to jest moliwe,

e jeszcze dzi podziwiamy wykonane z tego materiau obiekty pochodzce z czasw

rzymskich?

Ilustracja 8. Rodzaje cegie

Keramos i stiuk

90

Polecenie 2.3.3Wyjanij, czy ma to znaczenie, jak ceg wykorzystamy do budowy: szamotow czy klin-

kierow, pen czy z otworami. Jakie cegy nadaj si do budowy cian nonych, a jakie sto-

suje si do stawiania cian dziaowych?

WskazwkaDlaczego cegy szamotowe nadaj si do budowy wntrza pieca hutniczego czy ko-

mina elektrociepowni, a nie stosuje si ich do budowy cian domu? Dlaczego z wy-

robw dronych nie wolno budowa fundamentw, cian piwnic oraz cian, w kt-

rych przebiegaj przewody dymowe, spalinowe i wentylacyjne? Zwr uwag rw-

nie na to, e typowa pena cega ceramiczna way 3,2 kg, a cega dziurawka zaled-

wie 2,5 kg.

Keramos i stiuk

91

Nagranie wideo 2. Technologia produkcji cegie


Keramos i stiuk

92


4. Wapno

Wapno gaszone, czyli Ca(OH)2, jest materiaem towarzyszcym czowiekowi od tysicleci. Sto-

sowanie przez tysiclecia (a do naszych czasw) wapna jako spoiwa w budownictwie wiadczy

o nieprzemijajcych zaletach tego materiau. Obecnie wapno jest te stosowane do otrzymywania

stiukw, czyli dekoracyjnej masy skadajcej si z zaprawy wapiennej, gipsowej lub mieszanej

(wapienno-gipsowej) oraz proszku lub piasku marmurowego. Stiuk by materiaem dekoracyjnym

stosowanym powszechnie przez architektw w staroytnym Rzymie do wykonywania tynkw, rze-

b i sztukaterii. Czsto imitowa duo droszy i trudniejszy w obrbce marmur.

5. Cement

Cement to najwaniejszy materia budowlany o charakterze spoiwa, otrzymywany w cementow-

niach ze zmielonych ska wapiennych (ska zawierajcych wglan wapnia), glin bogatych w uwod-

nione krzemiany i glinokrzemiany oraz gipsu krystalicznego. Obecnie najczciej uywa si, sto-

sowanego od 1824 roku, cementu portlandzkiego, ktrego skad chemiczny opracowa angielski

murarz Joseph Aspdin. Kolor otrzymanego cementu przypomina wynalazcy kamie budowlany,

wydobywany w okolicach Portlandu, std nazwa cement portlandzki". Obecnie jest on stosowa-

ny do przygotowywania zapraw cementowych i cementowo-wapiennych.

Keramos i stiuk

93

Dowiadczenie 2

Przygotowanie zapraw budowlanych o rnym

skadzie

PROBLEM BADAWCZY:

Jakie znaczenie ma wybr rodzaju zaprawy stosowanej podczas budowy?

HIPOTEZA:

Rny skad zapraw budowlanych ma wpyw na zakres ich stosowania.

CO BDZIE POTRZEBNE:

2 zlewki, yeczka, bagietka, tryskawka z wod, 2 nakrtki (lub inne przedmioty mogce peni rol formy), piasek, cement, wapno hydratyzowane.

INSTRUKCJA:

PODSUMOWANIE:

wieo przygotowana zaprawa cementowa po kilku dniach jest bardzo twarda i krucha oraz

ma gadk powierzchni. Mniejsz twardo i krucho wykazuje zaprawa cementowo-wa-

pienna, ktra jest bardziej porowata. Obie zaprawy potrzebuj na stwardnienie kilku dni.

Opisane waciwoci kadej z zapraw decyduj o zakresie ich stosowania w trakcie budowy.

Do zlewki wsyp 4 yeczki piasku i 1 yeczk cementu. Mieszajc zawarto naczynia

bagietk, dodawaj tyle wody, aby utworzya si plastyczna masa.

1.

Otrzyman zapraw wypenij form i odstaw j na kilka dni, obserwujc czas tward-

nienia uzyskanej spoiny. Oce jej twardo i krucho.

2.

Do drugiej zlewki wsyp 9 yeczek piasku, 2 yeczki wapna hydratyzowanego i 1 y-

eczk cementu. Mieszajc zawarto naczynia bagietk, dodawaj tyle wody, aby

utworzya si mieszanina o konsystencji gstego ciasta.

3.

Otrzyman zapraw wypenij form i odstaw j na kilka dni, obserwujc czas tward-

nienia uzyskanej spoiny. Oce jej twardo i krucho.

4.

Keramos i stiuk

94

Polecenie 2.3.4Ktrej zaprawy: cementowej czy cementowo-wapiennej uywa si do tynkowania i jako

spoiwa do cegie, a z ktrej wykonuje si czci budynkw naraone na due obcienia

i cige dziaanie wody? Z czego wynika wybr zaprawy z tych przypadkach?

WskazwkaKtra z tych zapraw ma wiksz twardo? Ktra spoina jest mniej odporna na dzia-

anie wody: gadka czy porowata?

Nagranie wideo 3. Technologia produkcji cementu


Keramos i stiuk

95


Nagranie wideo 4. Rodzaje zapraw budowlanych


6. Beton

Ju ponad 200 lat p.n.e. Rzymianie stosowali materia, ktry otrzymywali przez zmieszanie wapna,

tucznia ceglanego z ulem paleniskowym i kamieniem, nazywajc go betunium. W wiekach red-nich materia ten zosta zapomniany. Na nowo doceniono go po wynalezieniu cementu portlandz-

kiego. Dzisiejsza masa betonowa powstaje po zmieszaniu kruszywa naturalnego (drobnoziarni-

stego, np. piasku o frakcji do 2 mm, lub gruboziarnistego, np. wiru) albo kruszywa sztucznego

(np. ula), cementu i wody w odpowiedn

Education

Chemia 1- świat pod lupą