КОКІНСКАЯ СЕРЕДНЯ ШКОЛА
РЕФЕРАТ
з хімії на тему: «Кераміка»
Виконав: учень 9б класу Голубєв А.М.
Перевірила: Макшанцева М.А.
2003
план
Глина та каолін.
v склад
v освіту
v застосування
Види керамічних виробів.
v фарфор
v кам'яні вироби
v фаянс
v цегла
v вогнетривкі вироби
Додаток.
v приклади керамічних виробів
v вироби з порцеляни
Глина та каолін. Масу, в сухому стані землисту, м'яку, липку, а у вологому стані більш-менш пластичну, називають глиною. Вона утворюється при розкладанні гірських порід, багатих польовим шпатом. Склад глин різноманітний і залежить від видів гірських порід, в результаті руйнування яких вони утворилися. Чисто аналітичним шляхом (не враховуючи тип зв'язку) визначено головні складові глин - Al2O3, SiO2 і H2O. Раніше вважали, що каолін являє собою основну речовину глини, що різні види глини, отже, є каоліном більш-менш сильно забрудненим домішками. Однак відповідно до пізнішими даними глина і каолін - це речовини абсолютно різного характеру, навіть у тих випадках, коли вони випадково мають один і той же аналітичний склад. Цінні керамічні глини містять в значній кількості домішка каоліну; такий каолін був вимитий зі своїх первинних родовищ, а пізніше знову обложений разом з іншими коллоіднораспределеннимі мінералами, які, однак, можуть бути образователями глин і самі по собі.
В якості основної складової частини каолін містить каолинит, який представляє собою (по рентгенографическим даними) кристалічна речовина складу Al2O32SiO22H2O. Глини або зовсім не містять цього сполуки або містять його як випадкову домішка. Чистий каолін - білого кольору і відрізняється порівняно малою пластичністю. З огляду на те, що він служить сировиною для виготовлення художньої порцеляни, його називають порцелянової землею.
Глини, які часто значно перевершують каолін за своїми пластичним властивостям, служать для виготовлення гончарних виробів, фаянсу, керамічних ізделіё і майоліки. Більшість сортів глин забарвлене в жовтувато-сірі або синюваті тони, але зустрічаються також і абсолютно білі глини. Глини, багаті окисом заліза, фарбуються після прожарювання (випалу) в бурі кольору. З них виготовляють обичногліняние горщики і теракотові вироби. Формовий землею називають глину, сильно забруднену окисом заліза і піском. Така глина служить переважно для виготовлення цегли і черепиці. Глину, сильно забруднену домішками карбонатів кальцію і магнію, називають мергелем. Вона не придатна в якості сировини для керамічних виробів, проте її використовують при виробництві цементу.
Освіта глини відбувається при вивітрюванні силікатних гірських порід, яке пов'язане з їх значним механічним роздроблення (перетворення в колоїдний стан). Поряд з цим протікає підлеглий хімічний процес, а саме гідроліз більш-менш значної частини силікатів (перш за все польового шпату) з утворенням аморфних глиноземисті гелів. Останні називаються аллофанамі і, мабуть, являють собою чисті суміші гідратів окису алюмінію і двоокису кремнію або прокаолінамі - теж аморфні, містять воду силікати алюмінію. Прокаолін є, ймовірно, певним хімічною сполукою складу Al2O32SiO2. Він містить змінну кількість води, яка не пов'язана з ним хімічно, як в каолините, наточити до нього, як вода в гелях. Роздроблені тільки механічно і тому ще кристалічні складові гірських порід містяться в більшості сортів глин також переважно в коллоиднораздробленном стані.
Особливі властивості глин створюються певними складовими частинами, які мають шарувату структуру решітки, утвореної шестичленними кільцями, що складаються з тетраедрів SiO4. Ці складові частини, подібно пермутітам, відрізняються певною здатністю до катіонного обміну. До них в першу чергу відноситься каолін і споріднені з ним речовини (наприклад, галлоізіт, Al2O32SiO24H2O), монтморилоніт і деякі слюдоподобние мінерали. Все глиностворюючих мінерали мають аналогічні ґрати. Аморфні складові глин (аллофани), змішані здебільшого з кристалічними, переважно знаходяться в коллоиднораздробленном стані складовими частинами, не мають істотного значення для властивостей глин.
У той час як вивітрювання гірських порід з утворенням глин може йти в звичайних умовах атмосферного вивітрювання, освіту каоліну, як вперше показав Шварц (1933 рік), пов'язане з особливими умовами. Цьому істотно сприяють підвищена температура, підвищений тиск, присутність сильних кислот (наприклад, HCl), але не вугільної кислоти. Однак, згідно з Нолл (1935 рік), в геологічні періоди каолін міг утворитися також при низьких температурах. Дія сильних кислот сприяє утворенню каоліну, тому що при цьому прискорюється гідроліз польового шпату. Якщо виходити з продуктів гідролізу польового шпату, що не містять лугу, то можна спостерігати утворення каоліну за відсутності кислоти. Так, Нолл зміг синтезувати каолін, виходячи, наприклад, із суміші аморфною SiO2 з беміт або з байерітом при нагріванні її з водою під тиском. Якщо нагрівати суміш в присутності розчину їдкого натру, то утворюється монтмориллонит. Очевидно, освіту каолін в природі йде в тому випадку, якщо лужні і лужноземельні елементи повністю вищелочени з вихідних гірських порід; в іншому випадку утворюється монтмориллонит. Отже, освіту каоліну в природі прискорюється насамперед інтенсивним вимиванням і хорошою циркуляцією розчинів, а також завдяки кислої реакції вимивають вод.
Освіти каоліну - суто хімічний процес, який можна передати сумарним рівнянням
2K [AlSi3O8] + 7H2O = Al2 [Si2O5] (OH) 4 + 4H2SiO3 + 2KOH.
польовий шпат каолін
Каолін може виникнути безпосередньо з польового шпату, а також з прокаоліна, спочатку утвореного із польового шпату при звичайному вивітрюванні, якщо його нагрівати з водою під високим тиском. Якщо каолін нагрівати під тиском в слабко лужному середовищі (з розчином лужного карбонату), то він перетворюється в монтмориллонит Al2 [Si4O10] (OH) 2nH2O, в той час як в сильно лужному середовищі з нього виходять цеоліти.
При нагріванні каолинит спочатку отщепляет воду (10 мм рт. Ст. При 430˚). Механізм відщеплення води показує, що вода в каолините пов'язана хімічно. Зневоднений каолинит (Метакаолін) при більш сильному нагріванні спочатку розкладається на Al2O3 і SiO2; при ще більш високій температурі з нього утворюється муллит 3Al2O32SiO2 (поряд з трідіміта).
Рентгеноструктурньїм аналізом встановлено, що каолинит побудований із сітчастих площин, утворених іонами [Si2O5] 2-, між якими включено іноді по два шари з [Al (OH) 2] +. З каолинитом мають однаковий склад мінерали дікіт і накрит, що зустрічаються в багатьох сортах каоліну. Вони показують іншу, ніж каолинит, картину рентгенівської інтерференції, але, мабуть, побудовані аналогічно.
Чисту глину у вигляді порошку застосовують в медицині і називають «Bolus alba» (bvloz - грудку землі).
Керамічні вироби. Вироби, одержувані з зустрічаються в природі і штучно приготованих пластичних сумішей глини або каоліну з іншими речовинами називають «керамічними виробами» (від слова eramoz - глиняний, гончарний). Легкій формі або «пластичної» називають в'язку масу, якої при незначному тиску можна надати будь-яку форму, причому ця форма зберігається і після припинення тиску. Найважливіші керамічні вироби та їх характерні властивості наведені в таблиці 1.
Таблиця 1
Найважливіші керамічні вироби та їх властивості
Виріб Характерні властивості Фарфор Злам щільний, що просвічує, білий Кам'яні вироби Злам щільний, непросвечивающий, білий або кольоровий (сірий, жовтий, бурий) Фаянс Злам пористий, непросвечивающий, білий (або майже білий), незначна твердість у порівнянні з попереднім Гончарні вироби Злам пористий , непросвечивающий, кольоровий Цегла Пористий, порівняно крупнозернистий, зазвичай червоного кольору Вогнетривкі вироби Пористі або щільні, плавляться не нижче 1600˚
Фарфор. Фарфор був відомий в Китаї вже в найдавніші часи, а в Європі його стали виготовляти фабричним способом вперше в Мейссене (з 1710 року). Фарфор був отриманий при сильному прожарюванні ( «випалюванні») пластичних мас, виготовлених перемішуванням каоліну (порцелянової землі) з порошкоподібною польовим шпатом і кварцом з додаванням невеликої кількості води. Якщо температура випалу не надто висока, то форма виробів зберігається, тільки обсяг сильно зменшується, так як фарфор «сідає» при випалюванні. Одночасно маса ( «черепок») стає щільною (водонепроникною) і дзвінкою.
Для виготовлення твердого порцеляни зазвичай застосовують близько 50% каоліну, 25% польового шпату і 25% кварцу. При випалюванні каолін спочатку віддає конституційну воду. Потім він розкладається на Al2O3 і SiO2, які розчиняють в склоподібний размягчнним польовому шпату. При подальшому підвищенні температури польовий шпат розчиняє в зростаючих кількостях крупнокристаллический кварц. У міру того, як польовий шпат збагачується двоокисом кремнію, з нього осідає муллит, тому що зі збільшенням змісту SiO2 растворяющая здатність польового шпату по відношенню до МУЛЛИТО знижується. Тому готовий порцеляна складається з склоподібної основної маси, яка пронизана тісно сплетеними між собою голками муллита і залишилися нерозчинених зернятками кварцу (і крихітними бульбашками повітря). Як правило, випал виробляють двічі. Після першого випалу, так званого «сирого випалу», йде приблизно при 900˚, на фарфор наносять прозору глазур: отримані після сирого випалу ще пористі черепки швидко занурюють в глазурного масу - водну суспензію каоліну, глини, польового шпату і мармуру. При нагріванні з неї утворюється тугоплавкое скло. Наступним висушуванням (близько 1450˚) виробляють остаточний випал. Часто фарфор піддають ще третьому випалу в муфельній печі при червоному калі після нанесення фарб, тобто перетертого зі скипидаром мелкоізмельчённого кольорового скла. Більшою стійкістю володіють фарби для «гострого» вогню або підглазурні фарби, що наносяться на неглазуруючий черепок. Однак існує трохи фарб, для яких цей метод можливий. Остаточно відпалений без глазурі фарфор називають бісквітним. Замість процесу формування порцелянової маси, заснованого на її пластичності, порцелянову масу можна перевести в рідкий стан додавання незначної кількості луги та відлити у формі з гіпсу. В результаті поглинання води обпаленої гіпсовою формою настає швидке затвердіння фарфорового вироби. Фарфор не тільки для виготовлення домашнього посуду і художніх виробів, але також, і при тому в досить широкій мірі, для виготовлення хімічного посуду, а завдяки його електроізоляційним властивостями - для виготовлення ізоляторів.
Від звичайного або твердого порцеляни відрізняється м'який фарфор, з якого виготовляють головним чином художні вироби. У м'якому порцеляні міститься менше каоліну і відповідно до цього більше «плавнів», наприклад, польового шпату, крейди. Такий фарфор відповідно до його легкоплавкістю піддають випалу при менш високій температурі (зазвичай при 1200-1300˚). Тому легко вдається зробити його багатобарвне подглазурную розфарбовування.
Кам'яні матеріали, подібно порцеляні, є щільними дзвінкими і настільки твердими, що ні дряпаються сталлю; крім того, вони дуже стійкі по відношенню до хімічної дії. Оскільки їх виготовляють з глини, вони вимагають більш низької температури випалу, ніж твердий фарфор (1200-1300˚), не володіють такою, як фарфор, просвічуваністю і в більшості випадків мають не білий, а сірий, жовтий або коричневий колір. Їх часто покривають лише тонким шаром «сольовий» глазурі, який утворюється при випаровуванні кухонної солі, киданої в піч; завдяки цьому на поверхні такого вироби осаджується склоподібний подвійний силікат натрію. У хімічній промисловості дуже часто застосовують неглазуровані вироби з кам'яного матеріалу.
Тонкий кам'яний матеріал служить для виготовлення ваз та інших художніх виробів, в архітектурі для виготовлення рельєфів і прикраси фасадів. З кам'яного матеріалу виробляли сірі, розписані блакитною фарбою старовинні німецькі судини (кубки і т.п.). Прикладами виробів з грубого коричневого кам'яного матеріалу можуть служити водопровідні та каналізаційні труби, а також «метласькими плитки». У хімічній промисловості застосовують численні судини, виготовлені з коричневого кам'яного матеріалу: Туріллі, змійовики для охолодження, труби, ванни і ін.
Фаянс, як і порцеляна, білого або майже білого кольору, проте він м'якше, так що сталь залишає на ньому подряпини; він легше ламається, порист, тому в більшості випадків його необхідно покривати глазур'ю. Фаянс отримують з суміші глини, кварцу, луги та сурику, іноді додають ще фарбують оксиди. Фаянс обпалюють двічі: спочатку без глазурі при 1200-1300˚ (сирої випал), а потім дещо слабше з глазур (остаточний випал). З тонкого фаянсу роблять мийки, ванни для купання і т.п. Деякі сорти фаянсу часто забарвлюють титанової кислотою в блідо-кремовий колір (умивальники). Прикладами неглазурованного фаянсу служать глиняні судини, глиняні трубка і т.п.
Фаянс має брудно-сірий пористий злам. Тому його покривають глазур'ю, яка завдяки збільшенню двоокису олова має білий колір і непрозора. Раніше фаянс часто застосовували для виготовлення дешевої посуду; проте фаянс виготовлений Веджвудом в Англії, майже зовсім витіснив звичайний фаянс з домашнього вжитку. Більш тонкий фаянс придатний для художньої кераміки. За своїми властивостями фаянсу наближається майоліка, що покривається кольоровою глазур'ю.
Звичайні гончарні вироби, наприклад горщики для квітів, глиняний посуд, також мають пористий злам. На них наносять глазур, що містить здебільшого свинець; забарвлена вона зазвичай доданими до неї оксидами металів. Окис заліза дає жовту, а разом з двоокисом марганцю - коричневе забарвлення; мідь забарвлює глазур в зелений колір.
Цегла. Обпалена цегла формують з глини і потім піддають випалу. Внаслідок вмісту в глині окису заліза цеглини здебільшого вирізняються в червоний колір. Цегла має великий пористість, тому що випал ведуть при відносно низькій температурі. Сильно обпалений, щільний і дуже міцний цегла називають клінкером.
Вогнетривкі матеріали. «Вогнетривкими» називають такі матеріали, які, не плавлячи, витримують нагрівання при високій температурі (принаймні 1600˚). Найбільш вживаним вогнетривким матеріалом є шамот, який складається з суміші двох сортів глин: обпаленої до спікання, можливо більш вогнетривкої глини (власне шамот) і червоною пластичної глини (зв'язує глина). Існують особливі родовища глин, які в першу чергу йдуть на виготовлення шамоту. Шамот, який містить зазвичай близько 42-45% Al2O3 і 50-54% SiO2, перш за все застосовують для футеровки топок, високотемпературних печей і рекуператорів. Для коксових, керамічних печей і для печей сталеливарної промисловості (наприклад, печі Сіменса - Мартена) використовують в більшості випадків (вперше отриманий в Англії) динас. Його готують випалюванням грубозернистого кварцового піску, змішаного з невеликою кількістю вапняної маси або глини. Глинистий динас містить 15-17% Al2O3 і 80-83% SiO2. Він розм'якшується при 1350˚, проте плавиться тільки вище 1650˚. За вогнетривким властивостям його перевершує вапняний динас або силікатний камінь (з зміст 1,5-4% CaO, 0,3-2% Al2O3 і 94-96% SiO2), який плавиться тільки при 1700-1750˚. Його і застосовують в першу чергу в печах Сіменса - Мартена. Ще більшою вогнетривкістю мають так звані сілліманітом, які отримують випалюванням при високій температурі силлиманита, ціаніта або андалузиту (мінералів одного складу Al2 SiO5, але різного внутрішньої будови), внаслідок чого утворюється муллит, 3Al2O32SiO2, який, як уже було відзначено є складовою частиною твердого порцеляни .
З вогнетривких речовин, що не містять SiO2 або містять її в дуже невеликих кількостях, слід назвати боксит, дінамідон, магнізіт і доломіт. Високими вогнетривкими властивостями володіють магнезія, двоокис цирконію і головним чином графіт (у відсутності повітря).
Приклади виробів з кераміки
Вироби з порцеляни
Ще 300 років тому Європа и не представляла, з чого робиться фарфор - китайці намагаються оберігалі Таємницю его виготовлення. Фарфору пріпісуваліся магічні Властивості, як, например, здатність змінюваті колір, если покладаючи в Порцеляновий посуд їжа чи налита в фарфорову посудину рідина отруєна. Може бути, в цьому і полягала причина появи перших зразків китайської порцелянового посуду при дворах європейських монархів і на території Московського кремля ще в XIII - XIV ст.
1 лютого 1744 року камергер імператриці барон Микола Корф, який перебував в Стокгольмі з дипломатичним дорученням, уклав договір з якимось Христофором Гунгера, який зобов'язався «заснувати в Санкт-Петербурзі мануфактуру для продукування чистого фарфору так, як цей в Саксонії робиться».
Коло сюжетів російського порцеляни першої третини 19 століття визначається історичними подіями та світовідчуттям цього часу. Це: Вітчизняна війна 1812 року і сучасна мода, як в костюмі, так і в літературі.
література
1. «Курс неорганічної хімії», Г. Ремі, изд. «Світ», Москва, 1972.
2. «Енциклопедичний словник юного хіміка» / Упоряд. В.А. Крицман, В.В. Станція. - М .: Педагогіка, 1982.
3. «Дитяча Енциклопедія Академії педагогічних наук РРФСР», Москва, 1983.
4. «Комп'ютерна Енциклопедія Кирила і Мефодія», 2000..
розділ: хімія
Кількість знаків з пробілами: 17652
Кількість таблиць: 3
Кількість збережений: 3
... Оскільки майже всі властивості керамічних матеріалів залежать від їх структури, то зміни останньої можуть служити одним з важливих показників радіаційної стійкості кераміки при опроміненні. Радіаційна стійкість неорганічних речовин, в тому числі в складі кераміки, залежить від їх хімічного складу, типу хімічного зв'язку, кристалічної структури, а у виробах - також від щільності упаковки. ...
... між окремими типами кераміки обумовлено специфікою їх внутрішньої структури, тобто складом і співвідношенням окремих фаз, складом і структурою глазурі. Властивості кераміки Керамічні вироби і матеріали класифікують за призначенням і властивостям, по основній використовуваній сировині або фазовим складом спеченого кераміки. Залежно від складу сировини і температури випалення керамічні ...
..., надати їй витончену урбаністічним. Знаменитим став фарфор в стилі модерн, що виготовлявся на заводі в Копенгагені. У ряді країн проявилася характерна для модерна стилізація народної творчості, повернення до виробів ручного виробництва. До кераміки звертаються багато художники і скульптори. У майстернях Абрамцева кераміка набуває нових форм, новий колорит (перш за все в роботах М. А. ...
... зливу рідини. Форма зазвичай конічна або циліндрична. Ємність глечика для води до 1,5 л, для інших напоїв - до 2,5-2,7 л. Глечики можуть бути з кришкою і без неї. 2.2 Розробка керамічного питного набору "Великодній" Кожен виріб має свою специфіку, ставить свої завдання, розкриває свій неповторний задум. У даній роботі використовувалися основні форми - у всіх судинах ...
