Химия

 


 

Производство

Сырье и энергия
Сера и серная кислота
Связанный азот
Удобрения и химикаты
Силикаты
Кислоты щелочи хлор
Металлы
Алюминий
Чугун и сталь
Полупроводники
Топливо
Органический синтез
Синтетические соединения
История химии
Химия земли
Химия и научно-технический прогресс



Яндекс.Метрика

Свойства кристаллического твердого тела

Свойства кристаллического твердого тела скачкообразно меняются при точке плавления, поскольку в этом очень узком температурном интервале происходит разрушение дальнего порядка. В стеклообразном же теле нет дальнего порядка, поэтому переход в жидкость происходит в широком интервале температур.
На рисунке 22 приведены кривые изменения теплоемкости с ростом температуры кристаллического и стеклообразного оксида кремния (IV). У кристаллического вещества при достижении температуры плавления наблюдается резкое изменение значения теплоемкости. А значение теплоемкости оксида кремния (IV) стеклообразной формы с ростом температуры повышается задолго до точки плавления. Разница между значениями t0 и f, будет соответствовать значению температуры размягчения. Кристаллический и стеклообразный оксид кремния (IV) имеет одну и ту же точку плавления, после которой нарастающее значение теплоемкости жидкого вещества идентично и не зависит от того, получено оно из кристаллической формы или из стеклообразной. В стеклообразном состоянии отсутствует резкий переход от твердого состояния к жидкому.
Почему некоторые вещества могут образовывать стекла при охлаждении расплава? В расплаве имеется только ближний порядок. Чтобы при охлаждении расплава образовалась кристаллическая решетка, должен возникнуть дальний порядок. Это требует упорядочения связей между атомами и группами атомов — разрыв одних связей и упрочение других. Если связи прочные, то это упорядочение связано с большими значениями энергии активации, и поэтому оно реализуется медленно. Вязкость расплава, которая также является функцией большой прочности связей (в частности, связей Si — О в силикатных расплавах), тоже затрудняет перемещение атомов и групп атомов и препятствует установлению дальнего порядка. Поэтому при быстром охлаждении такое упорядочение не происходит, и кристаллическое тело не образуется, а возникает стеклообразное состояние.
Прозрачность стекла, благодаря которой оно находит столь широкое применение, связана именно с тем, что при его затвердевании не происходит кристаллизации. Если бы оно состояло из отдельных достаточно крупных кристаллов, то их поверхность отражала бы свет и стекло потеряло бы прозрачность.
Хотя с точки зрения оптических свойств стекло считали более или менее однородным, уже давно стали предполагать, что это не совсем так. В настоящее время имеются достаточно* убедительные доказательства того, что, например, в силикатных стеклах находятся области с разным содержанием оксида кремния (IV). Их размеры окончательно не установлены, но, по-видимому, они достигают десятков нанометров. Наличие такой неоднородности отражается на свойствах стекла, в частности на его спектрах поглощения.
Если длительное время нагревать стекло в определенном температурном интервале, то может произойти самопроизвольная кристаллизация стекла — расстекловывание. Как показывает изучение древних стеклянных изделий, этот процесс идет очень медленно и при обычной температуре; вероятно, этому способствует вода.
Если проводить кристаллизацию стекла таким образом, что образуются кристаллы, спаянные стеклообразной фазой, то можно получить материалы, сочетающие полезные свойства как стеклообразного, так и кристаллического состояния,— ситаллы. Последнее время в технике к ним проявляется большой интерес.
Обычное (так называемое оконное) стекло представляет собой смесь силикатов брутто-состава Na20-Ca0-6Si02. Это стекло получают при сплавлении с содой известняка и кремнезема. При высоких температурах менее летучая кислота (или кислотный оксид) вытесняет более летучую кислоту (или кислотный оксид), поскольку выделяется газ. Подобные процессы взаимного вытеснения кислот и кислотных оксидов при высоких температурах имеют большое значение и в промышленности, и в природе.
При достаточно высокой температуре оксид кремния (IV) может вытеснять оксид серы (VI) из сульфатов (SO3 при этом частично диссоциирует на SO2 и Ог), например:
Na2S04+Si02-»-Na2Si03+S03(S02+1/202)
Этот процесс позволяет заменить при производстве стекла сравнительно дорогую соду на более дешевый сульфат натрия. Если при этом добавляют уголь, то происходит одновременно вытеснение оксида серы (VI) и восстановление его до оксида серы (IV).
Можно также заменить соду на поваренную соль, само по себе нагревание смеси поваренной соли с кремнеземом не приводит к образованию силикатов. Но если одновременно продувать водяной пар, то хлорид натрия подвергается гидролизу.
Гидролиз при высоких температурах подчиняется иным законам, нежели гидролиз в водных растворах. При гидролизе хлорида натрия образуется гидроксид натрия, который взаимодействует с оксидом кремния (IV). В результате идет реакция:
H20+2NaCl + Si02+Na2Si03+2HCl
Так как реакция эндотермическая, повышение температуры способствует ее протеканию.
Поскольку обычное стекло — силикатная система, а кремниевая кислота слабая, то на поверхности стекла при его соприкосновении с водой происходит гидролиз. Если к растертому в порошок обычному стеклу прилить воду и раствор фенолфталеина, то последний окрашивается в малиновый цвет. Это связано с тем, что за счет гидролиза поверхностного слоя стекла в раствор переходят гидроксиды натрия и кальция. Интервал перехода окраски фенолфталеина лежит при pH 8—10, следовательно, образуется достаточно щелочной раствор.
В обычных условиях гидролиз стекла идет главным образом при первом контакте стекла с водой. Поскольку одним из продуктов этого процесса являются кремниевые кислоты, образующаяся на поверхности стекла пленка защищает его от дальнейшего действия воды. Однако в тех случаях, когда по характеру работы в растворе не должны присутствовать даже следы щелочи, пользоваться аппаратурой из обычного стекла нельзя. В этих случаях приходится использовать более дорогое кварцевое стекло, т. е. стеклообразный оксид кремния (IV).
Одним из недостатков обычного стекла является то, что оно плохо выносит перепады температур. При резком охлаждении внешний слой стекла сжимается, в его толще возникают большие механические напряжения, превышающие предел прочности, и стекло разрушается.



Меню раздела

Химия шагает в ногу
Скачок в развитии
Появление огня
Каменный век
Железный век
Бальзамирование
Алхимия
Средние века
Атомная энергетика для судов
Химия помогает овладеть энергией
Достижение научно-технического прогресса
Паровой двигатель
Технические изобретения XIX века
Успехи термодинамики
Изучение электрохимических явлений
Научно-технические и промышленные революции
В дореволюционной России
Ученые стран СНГ
Химическая наука и промышленность
Химия и глобальные проблемы современности
Сырьевая проблема
Технологии геохимически замкнутого цикла
Поверхностные залежи полезных ископаемых
Дефицит углеводородного сырья
Решение продовольственной проблемы
Мировое сельскохозяйственное производство
Удобрения
Необходимость внесения азотных удобрений
Механизм процесса фиксации азота
Направление развития удобрений
Пестициды
Химические анализы
Область применения химических средств борьбы за урожай
Химические средства борьбы с вредителями
Проблема полноценного белка в пище
Азотсодержащие добавки к кормам
Полученные биомассы путем микробиологического синтеза
Продовольственная программа России и химия
Комплексная программа химизации
Эффективность апатитового производства
Перспективы химизации
Внесение в почву азотных удобрений
Методы генной инженерии
Безотходная технология
Повышение продуктивности
Биорегуляторы
Интегрированная система защиты растений
Стратегия односторонней интенсификации
Значение селекции
Генераторы регулируемой газовой среды
Создание новых видов пищевых продуктов
Потребители органического топлива
Способы получения горючих продуктов
Производство автомобильного топлива
Конкурентоспособность электролиза
Энергия Солнца
Окисление топлива
Энергетические программы
Развитие теплоэнергетики
Долгосрочная энергетическая программа
Решение энергетической проблемы
Коррозия
Биологическая технология
Оборот отходов производства и потребления
Экологическая проблема и пути ее решения
Загрязнение
Решение проблем окружающей среды
Очистка воздуха и жидкостей
Химия создает материалы
От руды до металла
Восстановление металлов
Щелочные металлы
Благородные металлы
Хлорирующий обжиг
Гидрометаллургические методы
Путь к чистоте
Методы рафинирования металлов
Отделение металла от примесей
Зонная очистка
Интерметаллические соединения и сплавы металлов
Валентные соединения
Растворение золота и серебра в ртути
Типы сплавов цветных металлов
Химия в освоении космоса
Неорганическое материаловедение
Техника армирования цемента
Свойства кристаллического твердого тела
Коэффициент термического расширения
Композиты
Синтетические полимеры
Свойства композиционных материалов
Потребители технической керамики
Химические профессии
Химия вокруг нас
Профессии типа «человек — техника»
Аналитическая химия
Методы фотоэлектрической спектроскопии
Профессии типа «человек — природа (вещество)»
Инженеру-технологу по рекуперации вторичных материалов
Химические аспекты профессий
Работа фотографа
Профессии типа «человек — человек»
Горизонты профессий
Перспективы


 

© 2011 Химическая промышленность
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.