Номер 2, страница 197 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 27. Неорганические материалы. Глава 5. Химия в жизни и обществе - номер 2, страница 197.

Условие.

2. Какой состав имеет силикатное стекло? По каким свойствам оно отличается от кварцевого стекла?

Решение.

Решение 2.

Какой состав имеет силикатное стекло?

Силикатное стекло, также известное как натрий-кальций-силикатное или обычное оконное/бутылочное стекло, представляет собой аморфный материал, полученный путем переохлаждения расплава. Его основу составляет оксид кремния(IV) ($SiO_2$), но в отличие от чистого кварцевого стекла, оно содержит значительное количество добавок, которые изменяют его свойства, в первую очередь понижая температуру плавления, что удешевляет и упрощает производство.

Основными компонентами силикатного стекла являются:

• Оксид кремния ($SiO_2$) — около 70–75%. Это основной стеклообразующий компонент, получаемый из кварцевого песка.
• Оксид натрия ($Na_2O$) — около 12–16%. Его вводят в виде кальцинированной соды ($Na_2CO_3$). Он действует как флюс (плавень), то есть понижает температуру плавления кремнезема.
• Оксид кальция ($CaO$) — около 5–12%. Его вводят в виде известняка ($CaCO_3$) или мела. Он выступает в роли стабилизатора, повышая химическую стойкость стекла и его блеск, предотвращая растворение в воде.

Иногда в состав также вводят в небольших количествах оксид магния ($MgO$), оксид алюминия ($Al_2O_3$) и другие оксиды для придания стеклу специфических свойств (например, прочности, прозрачности, цвета).

Упрощенную химическую формулу обычного силикатного стекла можно записать как $Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2$.

Ответ: Силикатное стекло состоит в основном из оксида кремния ($SiO_2$), оксида натрия ($Na_2O$) и оксида кальция ($CaO$). Его примерная формула — $Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2$.

По каким свойствам оно отличается от кварцевого стекла?

Кварцевое стекло — это однокомпонентное стекло, состоящее практически только из чистого оксида кремния ($SiO_2$, содержание > 99.5%). Силикатное стекло принципиально отличается от кварцевого по ряду ключевых свойств, что обусловлено наличием в его составе оксидов натрия и кальция.

1. Химический состав: Это главное отличие. Кварцевое стекло — это практически чистый $SiO_2$, тогда как силикатное стекло — это сложный сплав нескольких оксидов.
2. Термические свойства:
   • Температура размягчения: Кварцевое стекло имеет очень высокую температуру размягчения (около 1600–1700 °C). Силикатное стекло размягчается при значительно более низких температурах (около 700 °C), что упрощает его формовку.
   • Термическое расширение: Кварцевое стекло обладает чрезвычайно низким коэффициентом теплового расширения. Благодаря этому оно очень термостойкое и выдерживает резкие перепады температур (термический удар), не трескаясь. Силикатное стекло при быстром нагреве или охлаждении легко разрушается.
3. Оптические свойства: Кварцевое стекло прозрачно в широком диапазоне длин волн, включая ультрафиолетовую (УФ) область спектра. Обычное силикатное стекло поглощает УФ-излучение. Это свойство определяет применение кварцевого стекла в УФ-лампах, кюветах для спектрофотометров и специальной оптике.
4. Химическая стойкость: Кварцевое стекло обладает очень высокой химической инертностью по отношению к большинству веществ, включая агрессивные кислоты (кроме плавиковой, $HF$) и воду. Силикатное стекло менее стойко, особенно к действию щелочей.
5. Стоимость и производство: Производство кварцевого стекла требует значительно более высоких температур и более чистого сырья, что делает его гораздо дороже по сравнению с массовым и дешевым производством силикатного стекла.

Ответ: Силикатное стекло отличается от кварцевого более низкой температурой размягчения, большим коэффициентом теплового расширения (оно менее термостойкое), непрозрачностью для УФ-излучения, меньшей химической стойкостью и значительно более низкой стоимостью.