Skały wapienne zawierają CaCO₃. Skały wapienne odkrywamy za pomocą HCl:
\[ 2HCl + CaCO₃ \rightarrow CaCl₂ + CO₂ + H₂O \]
Reakcja CO₂ z wodą wapienną:
\[ CO₂ + Ca(OH)₂ \rightarrow CaCO₃ + H₂O \]
Skały wapienne wykorzystuje się w przemyśle do otrzymywania wapna palonego (CaO) i wapna gaszonego (Ca(OH)₂).
Proces produkcji wapna:
1. Wapień → wapno palone
\[ CaCO₃ \rightarrow CO₂ + CaO \]
*Proces:* Prażenie
2. Wapno palone → wapno gaszone
\[ CaO + H₂O \rightarrow Ca(OH)₂ \]
*Proces:* Gaszenie
Wykorzystanie wapna gaszonego:
\[ Ca(OH)₂ + SiO₂ + H₂O \rightarrow \text{zaprawa murarska} \]
Twardnienie zaprawy murarskiej pod wpływem CO₂ – zaprawa powietrzna:
\[ Ca(OH)₂ + CO₂ \rightarrow CaCO₃ + H₂O \]
Inne surowce mineralne:
- Anhydryt (CaSO₄)
- Gips krystaliczny (CaSO₄·2H₂O)
Proces produkcji gipsu:
1. Gips krystaliczny → gips palony
\[ 2(CaSO₄·2H₂O) \rightarrow 2CaSO₄ + 3H₂O \]
*Proces:* Prażenie
2. Gips palony → zaprawa gipsowa
\[ \text{Gips palony} + H₂O \rightarrow \text{zaprawa gipsowa} \]
*(Hydrauliczna, twardnieje pod wpływem wody)*
\[ 2CaSO₄·H₂O + 3H₂O \rightarrow 2(CaSO₄·2H₂O) \]
Otrzymywanie metali:
a) Metodą hutniczą – Żelazo powstaje z rudy żelaza Fe₂O₃ lub Fe₃O₄ w reakcji utleniania-redukcji. Rolę reduktora pełni koks i CO, np.:
\[ 2Fe₂O₃ + 3C \rightarrow 4Fe + 3CO₂ \]
Podobnie przebiegają procesy redukcji innych metali. Oprócz żelaza, metodą hutniczą produkuje się w Polsce także ołów, cynk i miedź.
b) Metodą elektrolityczną – Elektroliza polega na wydzieleniu się określonych substancji przy elektrodach podczas przepływu prądu przez elektrolit. Przykład elektrolizy CuCl₂:
\[ CuCl₂ \rightarrow Cu^{2+} + 2Cl^- \]
1. Kation miedzi (Cu²⁺) przy elektrodzie katodowej:
\[ Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu \]
2. Dwa aniony chlorkowe (2Cl⁻) przy elektrodzie anodowej:
\[ 2Cl^- \rightarrow Cl₂ + 2e^- \]
Rudy żelaza: Magnetyt (Fe₃O₄) i hematyt (Fe₂O₃).
Krzem:
Krzem jest półmetalem, ciałem stałym, twardym, ale kruchym, o budowie krystalicznej i szaro-fioletowej barwie. Występuje głównie jako SiO₂ (krzemionka). Krzemionka ta występuje w postaci kwarcu:
a) Bezbarwny (kryształ górski)
b) Zabarwiony na fioletowo (ametyst)
c) Na żółto
Krzemionka w postaci piasku ma zastosowanie w budownictwie jako składnik zaprawy murarskiej i cementu, do wyrobów jubilerskich, przedmiotów ozdobnych oraz do wyrobu soczewek i pryzmatów w radiotechnice i elektronice.
Produkcja szkła:
Surowce: SiO₂, soda (Na₂CO₃), wapień (CaCO₃). Zmieloną masę surowcową stapia się w specjalnych piecach w temperaturze 1200-1400°C. W tej temperaturze wapień i soda ulegają rozkładowi, wydzielając CO₂:
\[ Na₂CO₃ \rightarrow CO₂ + Na₂O \]
\[ CaCO₃ \rightarrow CO₂ + CaO \]
Powstałe tlenki reagują z SiO₂, tworząc krzemiany. Po schłodzeniu powstałej masy tworzy się bezbarwne, przezroczyste szkło. Szkło jest substancją bezpostaciową, nie posiada uporządkowanej budowy wewnętrznej i nie ma określonej (stałej) temperatury topnienia. W czasie ogrzewania szkło mięknie, tworząc bezbarwną, plastyczną masę. Masa ta po ostudzeniu krzepnie, ale nie powraca do poprzedniego kształtu. Szkło jest kruche, nie przewodzi prądu.
Po dodaniu do masy szklanej odpowiednich tlenków metali można otrzymać szkło barwne, np.:
a) Zielone – związki chromu i żelaza
b) Niebieskie – kobaltu i miedzi
c) Fioletowe – manganu
Właściwości metali:
a) Wspólne: Przewodzą prąd, mają połysk metaliczny, stan skupienia stały (z wyjątkiem rtęci), srebrzystą barwę (z wyjątkiem miedzi) oraz przewodzą ciepło.
b) Różnice: Twardość, gęstość – lekkie metale (ρ < 5 g/cm³): Ca, Na, K, Mg, Al; ciężkie metale (ρ > 5 g/cm³): Sn, Zn, Pb, Ag, Hg. Różnią się również temperaturą topnienia i aktywnością chemiczną.
Stopy metali:
Stopy metali to mieszaniny jednorodne, najczęściej składające się z samych metali stopionych w odpowiednich proporcjach. Znane są również stopy metali z niemetalami, np. stal (Fe + C). Stopy mają inne właściwości niż ich składniki. Wprowadzenie niewielkiej ilości jakiegoś pierwiastka powoduje duże zmiany, np. zmienia się twardość, odporność na kolizję, właściwości elektryczne. Wytrzymałość i twardość stopu są zazwyczaj większe, a temperatura topnienia niższa niż metali, z których powstały.