Cerc de chimie

CERC DE CHIMIE

Tema: Aplicatii ale reactiilor chimice in stare solida

In prima parte a activitatii elevii vor fi familiarizati cu unele probleme privind tema de mai sus prin intermediul unui referat prezentat de un elev si apoi elevii vor obtine in laborator sticla.

La sfarsitul activitatii de cerc, elevii vor fi capabili:

O₁ - sa indice principalele aplicatii ale reactiilor chimice in stare solida;

O₂ - sa indice modul de obtinere a sticlei in laborator;

O₃ - sa aplice teoria in practica.

Referat

Tema: Aplicatii ale reactiilor chimice in stare solida

Sticlele

Sticlele sunt materiale care la temperatura normala formeaza o masa rigida cu forma proprie, rezistenta mecanica, cu duritate mare si cu spartura concoidala. La temperaturi inalte, sticlele se comporta ca lichidele subracite cu viscozitate mare.

Sticla comuna este sticla silico-calco-sodica cu compozitia aproximativa:

Na₂O .CaO.6SiO₂.

Inlocuirea Na₂O cu K₂O duce la formarea unei sticle mai rezistente la variatiile de temperatura. Sticlele de potasiu (sticla de Turingia, sticla de Boemia) au compozitia data de formula K₂O.CaO.SiO₂ si se folosesc la fabricarea sticlariei de laborator. Sticla pe baza de oxid de plumb are compozitia aproximativa: K₂O.PbO. SiO₂. Aceasta sticla se foloseste la fabricarea cristalului. Aceasta sticla are o buna rezistenta chimica si termica si se foloseste la fabricarea termometrelor si a vaselor de laborator.

Masele ceramice

Faiantele si portelanurile

Faiantele se obtin din amestecuri in diferite proportii de argila, caolin, piatra de var si feldspat care se calcineaza la temperaturi ridicate. Faianta fina se obtine din caolin, feldspat si nisip cuatos. Faiantele fac parte din sistemul oxidic SiO₂─Al₂O₃─CaO In care se mai cuprinde in diferite proportii oxid feric, oxizi alcalini si alti oxizi.

Portelanul se obtine din caolin (50%), cuart (25%) si feldspat (25%). Portelanurile fac parte din sistemul oxidic SiO₂─Al₂O₃─Me^I₂O (Me^IIO) unde Me^I = Na, K si Me^II = Ca, Ba.

Materialele refractare

Materialele refractare sunt produse ceramice care rezista la temperaturi ridicate, la actiunea diferitilor agenti agresivi (gaze, metale topite) si au proprietati mecanice bune (stabilitate la socuri termice). Ele se grupeaza:

refractare silica-argiloase si aluminoase care se folosesc la captusirea cuptoarelor de cocserie, otelarii, cuptoarelor pentru topirea sticlei, e.t.c.;

refractare magnezitice si dolomitice care se folosesc in siderurgie la vetrele si boltile cuptoarelor;

superrefractare care se folosesc la captusirea camerelor de combustie ale reactoarelor si rachetelor, la prepararea smalturilor de protectie la pistoanele motoarelor Diesel, la scuturile de intoarcere ale satelitilor.

Cimentul

Cimenturile sunt substantele care formeaza un mortar impreuna cu nisipul si care se intaresc numai in contact cu apa. Cel mai bun ciment intrebuintat astazi este cimentul tip Portland care se obtine prin calcinarea unui amestec de piatra de var si argila in proportii care sa asigure compozitia finala dorita. Compozitional, cimentul se incadreaza in sistemul oxidic: CaO─Al₂O₃─Fe₂O₃─SiO₂. Proprietatile diferitelor sortimente de ciment variaza in functie de compozitie si de tratamentul termic aplicat.

Document online: Componentele sangelui - forma si structura hematiilor Eseu: Jonctiunile celulare

Culori minerale (pigmenti), culori ceramice

Culorile minerale sau pigmentii sunt substante minerale colorate in special oxizi din care unele se gasesc in natura, iar altele se sintetizeaza. Pigmentii se folosesc la colorarea mortarurilor ,la prepararea vopselelor in ulei, la colorarea unor mase plastice, a sticlei, emailurilor, e.t.c.. In aceasta grupa sunt cuprinsi:

oxizi simpli - BaO, TiO₂, ZnO de culoare alba; Fe₂O₃ - galben; Pb₃O₄- rosu- portocaliu;

oxizi dubli - Fe₂O₃.MnO₂-brun; Co₂O₃.SiO₂-albastru; ZnO.Al₂O₃-verde.

Culorile ceramice sunt substante folosite la colorarea obiectelor din argila comuna, faianta, portelan, e.t.c.. Ca exemple de culori ceramice sunt o serie de spineli sintetizati pe cale termica din oxizi: Cr₂O₃.Al₂O_3, FeO.Al₂O₃, ZnO.Co₂O₃.

Materiale pentru electronica si electrotehnica

Materiale electroceramice

Aceste materiale sunt folosite ca izolatori, dielectrici, condensatori, capacitati, rezistente, semiconductori. Izolatori de inalta frecventa se fabrica din sisteme de oxizice care contin dioxid de zirconiu, cum sunt: MeO.ZrO₂ (Me=Mg,Ca,Ba). Dielectricii cu constanta dielectrica mare, utilizati pentru construirea condensatoarelor se fabrica din sisteme oxidice de tipul: SrO─TiO₂, CoO─TiO₂, SrO─ZrO₂. Oxizii dubli ai metalelor tranzitionale sunt semiconductori de tip n sau p si se folosesc ca materiale de baza la fabricarea tranzistorilor.

Feritele

Feritele sunt spineli analogi ai magnetitei (FeO-Fe₂O₃). In ferite ionul Fe²⁺ din FeO este inlocuit cu ion de Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺. Feritele se folosesc in radiotehnica, televiziune, telecomunicatii, calculatoare, e.t.c.. Pentru antenele magnetice se folosesc feritele din Mn-Zn sau Ni-Zn. Din diferite ferite se confectioneaza matrice de memorie, decodificatoare, circuite logice pentru calculatoare.

Substante luminescente

Substantele luminescente sau luminoforii sunt constituiti dintr-o retea de baza cu structura cristalina bine formata care este activata cu o cantitate mica de ioni straini numiti activatori.

Luminoforii sunt folositi la construirea corpurilor de iluminat moderne a unei serii de ecrane ale aparatelor roentgen, a cinescoapelor, a aparatelor radar, e.t.c.. Luminoforii folositi in tehnica iluminatului fluorescent sunt: halofosfatul de calciu activat cu antimoniu si mangan, fluorogermanatul de magneziu activat cu mangan, vanadatul de уttriu activat cu europiu.

Luminoforii folositi la construirea cinescoapelor pentru televizoarele alb-negru si color, ecrane radar, ecrane pentru monitoare, ecrane roetgen, ecrane medicale sunt de tipul: sulfura de zinc activata cu argint, sulfura dubla de zinc si cadmiu activata cu argint, wolframatul de calciu, oxisulfura de уttriu activata cu europiu.

Lucrare practica

Obtinerea sticlei in laborator

Aparatura folosita: cuptor electric de laborator, care sa dea temperaturi ridicandu-se

pana la 700⁰C, balanta obisnuita, capsula de portelan.

Materiale (reactivi): nisip cuartos, acid boric (H₃BO₃), oxid de plumb (Pb₃O₄).

Mod de lucru:

Se pregateste amestecul necesar din care se naste sticla: 10 parti nisip cuartos, 20 parti acid boric, 70 parti de oxid de plumb. Materialele se vor cantari pe o balanta obisnuita, dupa care se amesteca foarte bine in asa fel incat sa nu mai putem deosebi cu ochiul liber portiunilor diferitilor componenti ale amestecului respectiv.

Pe fundul cuptorului se presara un strat de nisip avand grosimea de 1-2 cm, al carui rol este de a feri cuptorul de stricaciuni, in cazul cand se sparge vasul in care se topeste sticla.

Se pune pe cuptor, deasupra stratului de nisip, capsula goala si se pune cuptorul electric in priza. Dupa ce cuptorul s-a incalzit la rosu, se apuca cu clestele de laborator capsula, se trage deoparte si se aseaza pe o bucata de azbest. Cu lingurita se introduce in capsula putin cate putin amestecul format (nu se umple pana la margine capsula).

Se acopera capsula cu un capac si se pune la incalzit pana cand in capsula se obtine un strat de masa sticloasa topita, cu bule gazoase. Deasupra acestui strat se presara iar din amestec si se continua incalzirea.

Urmeaza o perioada de asteptare. Bulele gazoase care se degajau in cantitate mare incep sa-si micsoreze numarul si in sfarsit , inceteaza totul. S-a obtinut, in acest moment, o masa sticloasa, topita, transparenta. Se intrerupe curentul in cuptorul electric. In capsula se gaseste, deci, sticla: nu e de calitate superioara, dar totusi este sticla adevarata care s-a preparat in laboratorul de chimie.

Dupa ce masa sticloasa s-a racit putin se scoate capsula din cuptor cu ajutorul unor clesti avand grija sa nu se raceasca brusc, ci incet. Masa care se raceste se ingroasa treptat. Cand devine asemanatoare, in ceea ce priveste consistenta, cu mierea de albine, se introduce in capsula tinuta in pozitie inclinata capatul unui tubulet metalic sau de portelan.

Se rasuceste in amestecul fierbinte in asa fel incat masa sticloasa sa adere bine de acesta, apoi il scoatem din capsula si suflam prin el aer. La capatul tubului se formeaza o basica de sticla.

Concluzie:

Valoarea formativa a unor astfel de sedinte de cerc este determinata de cresterea ponderii activitatii independente a elevilor, de accentuarea caracterului practic-aplicativ, de formarea unor priceperi si deprinderi privind folosirea aparaturii si a ustensilelor de laborator precum si efectuarea experimentelor de dobandire a increderii in fortele proprii, rabdarii si perseverentei necesare incercarilor care duc la realizarea scopului propus.