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

SiO2 + H2O  -/-->

SiO2 + HCl -/-->

SiO2 + 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:

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

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, służy 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)2 

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 CaCO3  roztwarza 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: