sobota, 15 czerwca 2013

Właściwości gleby i jej ochrona

Gleba - cienka, powierzchniowa warstwa litosfery, wytworzona w wyniku długotrwałego procesu wietrzenia skał, czyli działania wody, powietrza, temperatury, mikroorganizmów. Ulega ciągłym przemianom fizycznym, chemicznym i biologicznym.Jest siedliskiem niezliczonej liczby mikroorganizmów warunkujących jej żyzność. Gleba składa się z kilku warstw, ich układ to profil glebowy.

Gleba ma silne właściwości sorpcyjne, wchłania i zatrzymuje wodę, związki organiczne i jony. Dzięki temu możliwe jest odżywianie roślin. Gleba pochłania również związki toksyczne. Oczyszczając w ten sposób wody opadowe i gruntowe, zanieczyszczenia pozostają w glebie powodując jej skażenie.
 Obserwacje: Nasz papierek uniwersalny nie zabarwił się, ma odczyn bliski obojętnemu.

Odczyn gleby wpływa na kierunek zachodzących w niej procesów i wschodzących w niej roślin. Najlepsze gleby mają odczyn obojętny ph= 5,6 - 6,5. Kwaśne gleby zawierają mniej wapnia, więcej krzemionki oraz glinu i manganu. Dwa ostatnie pierwiastki Al i Mn utrudniają wchłanianie wodoru i azotu. Kwaśne gleby narażone są na rozwój pasożytów i szkodników. Gleby zobojętnia się dodając węglan wapnia, wapno palone, wapno gaszone, metakrzemian wapnia (CaSiO3)

Zakwaszone gleby powodują
- kwaśne deszcze
- rozkład materii organicznej gleby
- mitryfikacja amoniaku
- kwasowa hydroliza soli

SKŁAD GLEBY

Na skład gleby ma wpływ z jakiej skały powstała i w jakich warunkach. Każda gleba niezależnie w jakich warunkach zawiera 14 pierwiastków glebotwórczych:


  • K (potas)
  • Na (sód)
  • Ca (wapń)
  • Mg (magnez)
  • Al (glin)
  • Fe (żelazo)
  • C (węgiel)
  • Si (krzem)
  • N (azot)
  • F (fluor)
  • O (tlen)
  • S (siarka)
  • H (wodór)
  • Cl (chlor)
W skład również wchodzi CO2, H2O i powietrze.

Nawożenie gleby - za pomocą nawozów naturalnych bądź sztucznych.

Naturalne: 
  • kompost
  • popioły drzewne
  • sproszkowane skały wapienne
Sztuczne:
  • fosforowe
    • superfosfotaty Ca(H2PO4)2
  • azotowe
    • amonowe NH4Cl
    • saletry
      • norweska Ca(NO3)2
      • chilijska NaNO3
  • potasowe
    • chlorkowa KCl
    • siarczanowe K2SO4
    • saletra indyjska KNO3
Zanieczyszczenia gleby doprowadzają do jej degradacji, czyli obniżenia jej jakości. Zanieczyszczenia te spowodowane są przez:
  • ścieki (odpady komunalne)
  • odpady przemysłowe
  • zanieczyszczenia powietrza
  • nadmierne nawożenie
  • nadmierne stosowanie środków ochrony roślin
  • środki czystości (detergenty)
Rekultywacja gleby - przywrócenie skażonej glebie jej zawartości użytkowej. 
 


Szkło, cement, beton

SZKŁO

Szkło jest wytwarzane od około 2500r. p.n.e.,powstaje przez stopnienie w wysokiej temperaturze (ok. 1500 stopni C) krzemionki z dodatkiem węglanu wapnia, dolomitu (sól, CaCO3 * MgCO3), sody (Na2CO3), soli glauberskiej (Na2SO4), czy boraksu (Na2B4O7 * 10H2O), a następnie ostudzana w warunkach nie dopuszczających do krystalizacji. Wówczas powstaje bezpostaciowa substancja o nieuporządkowanej strukturze wewnętrznej. Drobiny w szkle są rozmieszczone chaotycznie, tak jak w cieczy, a;e nie przemieszczają się względem siebie - dlatego szkło bywa nazywane cieczą przechłodzoną. Zaburzenie struktury powoduje zmiany właściwości fizycznych - kruchość, brak określonej temperatury topnienia. Szkło nie mięknie w konkretniej temperaturze lecz w przedziale temperatur. Miękkie szkło daje się formować.

Proces produkcji szkła składa się z 3 etapów:

1) Topnienie surowców, a więc mielonej mieszaniny dwutlenku krzemu, sody i wapienia w temperaturze 1200 - 1400 stopni, dochodzi do rozkładu węglanów.

CaCO3 ---T.--> CaO + CO2
Na2CO3 ---T.--> Na2O + CO

Powstałe w wyniku węglanów tlenki reaguję z dwutlenkiem krzemu, powstają krzemiany:

CaO + SiO2 ---> CaSiO3
Na2O + SiO2 ---> NaSiO3

2) Etap drugi to powolne ochładzanie do temperatury formowania, czyli 1000 stopni C. Można je formować za pomocą wydmuchiwania, walcowania lub formować w prasach.

3) Wygrzewanie w temperaturze 400 stopni C, w celu zmniejszenia naprężeń mechanicznych

CEMENT

Powstaje z wyprażonych skał wapiennych z gliną i zmielonym gipsem. Po zmieszaniu z piaskiem i wodą powstaje zaprawa cementowa.

BETON

Mieszanina  cementu, piasku, wody i kruszywa (np. żwiru).

Przeróbka wapieni i gipsu

W wyniku prażenia wapieni w wysokiej tempreaturze otrzymuje się wapno palone.



Obserwacje: W probówce z wapieniem pojawia się biały proszek, a woda wapienna mętnieje.

Wniosek: Węglan wapnia pod wpływem temperatury rozkłada się.

Równianie reakcji: CaCO3 --T.--> CO2 + CaO
                            CO2 + Ca(OH)2 ----> CaCO3

Wapienniki to piece, w których przerabia się (praży) wapienie.

Tlenek wapnia i wapno palone są silnie higroskopijne (chłoną wodę z otoczenia), np. w laboratoriach do osuszania innych substancji, służy do produkcji wapna gaszonego. Reakcja tlenku wapnia z wodą jest silnie egzoenergetyczna, czyli wydzielają się duże ilości ciepła.


Obserwacje: Tlenek wapnia roztwarza się w wodzie, papierek uniwersalny zabarwia się na kolor niebieski. Probówka ogrzewa się.

Wniosek. Tlenek wapnia przereagował z wodą i utworzył z nią zasadę. Reakcja ta nosi nazwę "gaszenia wapna".

Równanie reakcji: CaO + H2O ----> Ca(OH)2

Zaprawa składa się z Ca(OH)2, piasku i H2O. Stosowana w budownictwie zaprawa wapienna nie twardnieje w obecności wody. Jej twardnienie przebiega pod wpływem dwutlenku węgla zawartego w powietrzu.
                     Ca(OH)2 + CO2 ----> CaCO3 | + H2O
                                                                   
W trakcie twardnienia zaprawy zachodzi także równanie:
Ca(OH)2 + SiO2 ----> CaSiO3 + H2O

PRZERÓBKA GIPSU

W wyniku prażenia gipsu powstaje gips palony - traci wodę.
 Gips palony jest wykorzystywany do zaprawy gipsowej. To mieszanina gipsu palonego i wody. Twardnieje na skutek przyłączania wody.

(2CaSO4 * H2O) + H2O ---> 2(CaSO2 * 2H2O)

Zaprawę gipsową wykorzystujemy:
- w medycynie (do sztywnienia kończyn)
- w budownictwie (do gipsowych tynków, wygładzania powierzchni ścian)
- do wyrobu płyt gipsowo-kartonowych
- w sztuce ( do wykonywania odlewów, np. posągów)

Twardnienie zaprawy można spowolnić dodając kwasku cytrynowego, cukru, a przyśpieszyć - dodając soli kuchennej(NaCl), KOH, K2SO4

piątek, 31 maja 2013

Surowce mineralne budowlane

Krzemionka SiO2

  1. symbol: Si
  2. numer grupy: 14
  3. numer okresu: 3
  4. liczba atomowa 14 (Z)
  5. liczba masowa 28 (A)
  6. liczba elektronów walencyjnych: 4 (numer grupy informuje)
  7. liczba powłok elektronowych: 3 (numer okresu informuje)
  8. liczba protonów w jądrze: 14 (informuje l.atomowa)
  9. liczba elektronów na powłokach: 14
  10. masa atomowa: 18u 

Si nie występuje w stanie wolnym lecz w postaci SiO2 (dwutlenku krzemu). SiO2 może występwać w przyrodzie:

- w postaci krystalicznej (kwarc)
- bezpostaciowa (krzemionka)

DOŚWIADCZENIE 1: BADANIE WŁAŚCIWOŚCI SiO2




Obserwacje: Po podgrzeniu w probówce z NaOH dwutlenek krzemu powoli roztwarza się.

Wniosek: Dwutlenek krzemu nie rozpuszcza się w wodze, nie reaguje z kwasami, reaguje tylko z ługiem sodowym tworząc sół. Dwutlenek krzemu jest tlenkiem o charakterze kwasowym - nie jest tlenkiem kwasotwórczym, gdyż z wodą nie tworzy kwasu.

-/-->  - reakcja nie zachodzi

SiO+ H2O  -/-->
SiO+ HCl -/-->
SiO+ 2NaOH ---> Na2SiO4 + H2O
Na2SiO2 - metakrzemian sodu
SiO2 + 4NaOH ---> Na4SiO2 + 2H2O
Na4SiO4 - ortokrzemian sodu

Powstanie ortokrzemianu i metakrzemianu zależy od ilości i stężenia NaOH.

Wodne roztwory krzemianów to szkło wodne, służy do impregnacji drewna, czyli chroni przed paleniem się. Służy również do produkcji klejów sylikonowych. Dwutlenek krzemu niezależnie od formy krystalicznej czy bezpostaciowej jest bierny chemicznie, nie oreguje z żadnym kwasem oprócz fluorowodorowego (HF)

SiO2 + 4HF ---> SiF4 + 2H2O

Reakcja ta znalazła zastosowanie do matowienia szkła i trawienia napisów na szkle.

DOŚWIADCZENIE 2: Wykrywanie węglanu wapnia w próbce wapienia. 



Obserwacje: W probówce, która zawiera próbkę wapienia, pod dodaniu kwasu solnego wydziela się gaz.

Wniosek: W probówce tej CaCO3 roztwarza się, a wydzielający się gaz powoduje zmętnienie wody wapiennej -  Ca(OH)2, gazem tym jest CO2

Równanie reakcji:

sobota, 27 kwietnia 2013

Skały gipsowe

Głównymi składnikami skał gipsowych jest wapń (Ca).

RODZAJE SKAŁ GIPSOWYCH:

  • gips
    CaSO4 * 2H2O (siarczan (VI) wapnia - woda 1/2)
  • anhydyt
    CaSO4
Gips jest to dwuwodny siarczan (VI) wapnia lub inaczej dwuhydrat siarczanu (VI) wapnia, czli gips jest tak zwaną solą uwodnioną, tj. hydratem.

hydraty(wodziany)- to sole uwodnione, czyli wbudowaną w sieć krystaliczną wodę; wbudowana w hydrat woda nazywa się wodą krystalizacyjną.

CuCl2 * 5H2O
- chlorek miedzi (II) - woda 1/5
- pięciohydrat chlorku miedzi (II)
- pięciowodny chlorek miedzi (II)

Mg(NO3)2 * 6H2O
- azotan (V) magnezu - woda 1/6
- heksyhydrat azotanu (V) magnezu
- sześciowodny azotan (V) magnezu

DOŚWIADCZENIE 1
Uwodnione sole w czasie ogrzewania tracą wodę krystalizacyjną.



Obserwacje: Po pewnym czasie następuje zmiana koloru podgrzewanej soli z niebieskiego na biały, na ścianach probówki zbiera się para wodna.

Wniosek: Ogrzewana sól przeszła w sól bezwodną.

SKAŁY GIPSOWE

Jest to ciało półprzezroczyste, plastyczne, miękkie, słabo rozpuszcza się w zimnej wodzie, dobrze w gorącej.  W warunkach naturalnych tworzy piękne kryształy powstające w wyniku odparowywania słonych wód i jezior bądź móż, tzw. gipsowe róże pustyni. Znanych jest ponad 70 odmian gipsu. Występuje on w wielu krajach, m.in.

  • Kanadzie
  • Rosji
  • USA
  • w Polsce głównie w Sudetach
W czasie ogrzewania traci wodę tak jak inne hydraty.

SKAŁY ANHYDRYTOWE

Drugi rodzaj skał gipsowych, bezwodny siarczan (VI) wapnia. Jest to substancja krystaliczna, łatwo wchłania wodę, co powoduje znaczne zwiększenie objętości. Jego główne zastosowanie jest w:

  • przemyśle cementarnym 
  • budownictwie
  • jubilerstwie



czwartek, 25 kwietnia 2013

Skały i minerały

Skorupa ziemska- zewnętrzna, skalna warstwa ziemi, tworzą ją minerały i skały.

Minerały-to pierwiastki chemiczne w stanie wolnym i związki chemiczne pozostałe w przyrodzie bez udziału człowieka.

Skały - powstają w wyniku procesów geologicznych i są skupiskami minerałów.

Surowce skalne- to skały i minerały wykorzystywane przez człowieka dzieli się je na:
  • budowlane
  • chemiczne
  • energetyczne
  • metalurgiczne
  • zdobnicze
SKAŁY WAPIENNE WSZYSTKIE ZAWIERAJĄ WAPŃ [Ca]

  1.  symbol: Ca
  2. numer grupy: 2
  3. numer okresu: 4
  4. liczba atomowa 20 (Z)
  5. liczba masowa 40 (A)
  6. liczba elektronów walencyjnych: 2 (numer grupy informuje)
  7. liczba powłok elektronowych: 4 (numer okresu informuje)
  8. liczba protonów w jądrze: 20 (informuje l.atomowa)
  9. liczba elektronów na powłokach: 20
  10. masa atomowa: 40u 

Podstawowym minerałem, który buduje skały wapienne, jest węglan wapnia (CaCO3), nazywany kalcytem.

Skały wapienne w Polsce:
  • wyżyna Lubelska
  • Pieniny
  • Góry Świętokrzyskie
  • Tatry    
Rodzaje skał wapiennych:
  • wapień (zawiera głównie kalcyt [CaCO3]), jest skałą osadową, o barwie białej, beżowej, biało-szarej, inne barwy są zależne od domieszek związków chemicznych, mogą być czerwone, zielonkawe lub brunatne; powstają podczas strącania kalcytu, czyli  CaCO3 z wody i osadzania się go na dnie; stosowany jest w budownictwie jako kamień budowlany, służą do wyrobu cementu, wapna palonego (CaO), karbidu (CaC2), produkcji szkła, jako nawóz, topik w zakładach metalurgicznych (obniża temp. topnienia), w przemyśle papierniczym;
  • kreda-występuje na wyżynie Lubelskiej; jest najczęstszą formą kalcytu(węglanu wapnia), jest skałą osadową pochodzenia organicznego, może być biała, szara; zawiera od 70%-99% CaCO3 (węglan wapnia); używana w przemyśle ceramicznym, farmaceutycznym, papierniczym, chemicznym, farbiarstwie do bielenia materiału, jako kreda do pisania;
  •  marmur- kolejny rodzaj skały wapiennej, skała twarda, krystaliczna, przekształcona z wapieni przez ciśnienie i wysoką temp. w procesach górotwórczych, uży jako materiał budowlany, rzeźbiarski, daje się polerować;
Wszystkie skały wapienne nie rozpuszczają się w wodzie, są nieodporne na kwaśne deszcze, rozpuszczają się w wodze zawierającej dwutlenek węgla (CO2), czyli w wodzie deszczowej.

CaCO3 + CO2 + H2O ---> Ca(HCO3)

reakcja jest odwracalna:
Ca(HCO3)2  ----> CaCO3 + 2CO2 + H2O

  NA TEJ REAKCJI OPIERAJĄ SIĘ ZJAWISKA KRASOWE!

 DOŚWIADCZENIE 1
Wykrywanie skał wapiennych, czyli węglanu wapnia



Obserwacje: W probówkach, które zawierają marmur, wapień, kredę oraz skorupki jaj wydziela się gaz, w probówce z gipsem nie dzieje się nic.

Wniosek: W probówkach tych CaCOroztwarza się, wydzielający się gaz powoduje zmętnienie wody wapiennej Ca(OH)2, gazem tym jest CO2 (dwutlenek węgla).

Równanie rekacji:

Kwas solny jako najmocniejszy wyparł kwas węglowy z jego soli. Kwas węglowy jest nietrwały, rostwarza się na wodę i dwutlenek węgla.

Węglan wapnia można wykryć również za pomocą kwasu octowego.

Roztwarzanie to reakcja ciała stałego z cieczą.


DOŚWIADCZENIE 2

Obserwacje: Po pewnym czasie skorupka pokrywa się pęcherzykami gazu i roztwarza się.

Wniosek: Kwas octowy jako mocniejszy wyparł kwas z jego soli.

Równanie reakcji: