Mavzu: Shisha ishlab chiqarishda ishlatiladigan kimyoviy birikmalar

3. Kremniy, uning olinishi, xossalari, oksidlari,
silikat kislota va uning tuzlari.
Tabiatda uchrashi. Kremniy kisloroddan keyin Yerda eng ko`p tarqalgan element. U yer po`stlog`i massasining 27,6 % ni tashkil etadi. Tabiatda asosan SiO<sub>2</sub> va silikat kislotaning tuzlari–silikatlar holida uchraydi. Kremniy birikmalari o`simlik va hayvonlar organizmida bo`ladi.
Olinishi. Sanoatda kremniy elektr pechlarda SiO<sub>2</sub> ni koks bilan qaytarish orqali olinadi: SiO<sub>2</sub> + 2C = Si + 2CO
Laboratoriyalarda qaytaruvchilar sifatida Mg yoki Al lardan foydalaniladi:
SiO<sub>2</sub> + 2Mg = Si + 2MgO 3SiO<sub>2</sub> + 4Al = 3Si + 2Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Eng toza kremniy kremniy tetraxloridni rux bug`lari bilan qaytarish orqali olinadi: SiCl₄ + 2Zn = Si + 2ZnCl₂
Fizik–kimyoviy xossalari. Kristall kremniy–shishadek yaltiroq, to`q kulrang modda. Kremniy juda mo`rt, zichligi 2,33 g/sm³. Ko`mir kabi qiyin suyuqlanadi. Kremniy uchta barqaror izotopdan–<sup>28</sup>Si (92,27 %), <sup>29</sup>Si (4,68 %) va <sup>30</sup>Si (3.05 %) lardan tarkib topgan.
Kremniy odatdagi sharoitda ancha inert, bevosita ftor bilan reaksiyaga kirishadi: Si + 2F<sub>2</sub> = SiF<sub>4</sub>
Kislotalar bilan ta`sirlashmaydi, lekin u ishqoriy metallarning gidroksidlarida erib, silikat hamda vodorod hosil qiladi:
Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂↑
Elektr pechda yuqori haroratda qum bilan koks aralashmasidan kremniy karbid SiC (karborund) olinadi: SiO₂ + 2C = SiC + CO₂
Kremniyning metallar bilan hosil qilgan birikmalari silitsidlar deyiladi. Silitsidga HCl ta`sir ettirilganda kremniyning vodorodli birikmasi–silan SiH<sub>4</sub> olinadi. Silan–qo`lansa hidli zaharli gaz, havoda o`z-o`zidan alangalanib ketadi.
Si + 2Mg = Mg₂Si Mg₂Si + 4HCl = 2MgCl₂ + SiH₄↑
SiH₄ + 2O₂ = SiO₂ + 2H₂O
Maydalangan kremniy kislorod bilan qizdirilganda yonnib, kremniy (IV)–oksid hosil qiladi: Si + O₂ = SiO₂
Yuqori haroratlarda kremniy ko`pcilik metallarni ularning oksidlaridan qaytaradi.
Kremniy (IV)–oksid qumtuproqham deyiladi. Bu qiyin suyuqlanadigan qattiq modda, tabiatda ikki xil ko`rinishda keng tarqalgan:
1) kristall qumtuproq–kvars minerali va uning har xil turlari (tog` billuri, xalsedon, agat, yashma, kremen) holida bo`ladi; kvars qurilishda va silikat sanoatida keng ko`lamda foydalaniladigan kvarsli qumlarning asosini tashkil etadi;
2) amorf qumtuproq tarkibi SiO<sub>2</sub>•nH<sub>2</sub>O bo`lgan opal minerali holida bo`ladi; uning tuproq shaklidagilari diatomit, trepel (infuzor tuproq); suvsiz sun`iy amorf qumtuproqqa silikagel misol bo`la oladi, u natriy metasilikatdan olinadi:
Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> + 2HCl = 2NaCl + H<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> H<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> = H<sub>2</sub>O + SiO<sub>2</sub>
1710 <sup>0</sup>C da kvars suyuqlanadi. Suyuqlangan massa tez sovitilganda kvars shisha hosil bo`ladi. Kengayish koeffitsiyenti kichik, shuning uchun cho`g` holigacha qizdirilgan kvars shisha suv bilan tez sovitilganda darz ketmaydi. Undan laboratoriya shisha idishlari va ilmiy tadqiqotlar uchun asboblar tayyorlanadi.
Kimyoviy xossalari jihatidan SiO₂ kislotali oksidlar qatoriga kiradi. U qattiq ishqorlar, asosli oksidlar va karbonatlar bilan birga suyuqlantirilganda silikat kislotaning tuzlari hosil bo`ladi:
SiO<sub>2</sub> + 2NaOH = Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> + H<sub>2</sub>O SiO<sub>2</sub> + CaO = CaSiO<sub>3</sub>
SiO<sub>2</sub> + Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> = Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> + CO<sub>2</sub>
Kremniy (IV)–oksid bilan faqat ftorid kislotagina reaksiyaga kirishadi, shu reaksiya yordamida shishaga ishlov beriladi:
SiO<sub>2</sub> + 4HF = SiF<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>O
Suvda SiO<sub>2</sub> erimaydi va suv bilan reaksiyaga kirishmaydi. Shining uchun silikat kislota silikat kislota tuzlariga kislotalar ta`sir ettirib olinadi:
Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃ + 2NaCl K₂SiO₃ + H₂SO₄ = H₂SiO₃ + K₂SO₄
H₂SiO₃–juda kuchsiz kislota, suvda kam eriydi. Qizdirilganda karbonat kislota kabi oson parchalanadi. Ikki asosli kislota bo`lgani sababli bosqich bilan dissotsilanadi: H<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> = H<sub>2</sub>O + SiO<sub>2</sub>
H<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> ↔ H<sup>+</sup> + HSiO<sub>3</sub><sup>-</sup> HSiO<sub>3</sub><sup>-</sup> ↔ H<sup>+</sup> + SiO<sub>3</sub><sup>2-</sup>
Silikat kislotaning tuzlari silikatlar deyiladi, masalan, CaSiO<sub>3</sub> yoki CaO•SiO<sub>2</sub>–kalsiy silikat, Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> yoki Na<sub>2</sub>O•SiO<sub>2</sub>–natriy silikat.
R<sub>2</sub>O•SiO<sub>2</sub> tarkibli silikatlar (bunda R<sub>2</sub>O–Na<sub>2</sub>O yoki K<sub>2</sub>O) eruvchan shisha deyiladi, ularning suvdagi konsentrlangan eritmalari esa suyuq shisha deb ataladi.
SiO<sub>2</sub> + Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> = Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> + CO<sub>2</sub> SiO<sub>2</sub> + 2NaOH = Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> + H<sub>2</sub>O
Yer qobig`i SiO₂ bilan turli xil silikatlardan tarkib topgan. Tabiiy silikatlarning tarkibi va tuzilishi murakkab bo`ladi. Ba`zi tabiiy silikatlarning tarkibi quyidagicha: dala shpati K₂O•Al₂O₃•6SiO₂, asbest 3MgO•2SiO₂•H₂O, slyuda K₂O•3Al₂O₃•6SiO₂•2H₂O, kaolinit Al₂O₃•2SiO₂•2H₂O
Tarkibida Al₂O₃ ham bo`ladigan silikatlar alyumosilikatlar deyiladi. Tog` jinslari va yer yuzasidagi minerallar harorat, so`ngra namlik va karbonat angidrid ta`sirida nuraydi, yani asta-sekin yemiriladi. Masalan, dala shpatining yemirilishi:
K₂O•Al₂O₃•6SiO₂ + 2H₂O + CO₂ = Al₂O₃•2SiO₂•2H₂O + K₂CO₃ + 4SiO₂
Yemirilishning asosiy mahsuloti kaolinit–oq gilning asosiy tarkibiy qismi. Tog` jinslarining nurashi natijasida gil, qum va tuzlarning qatlamlari hosil boo`ladi.