Kamienie szlachetne i ozdobne a tlenki

Polecenie 1

Czy potrafisz wymienić tlenki, które znajdują istotne zastosowanie w jubilerstwie? Czy wiesz, które z tlenków są drogocenne? Zapoznaj się z poniższą animacją i wykonaj zadania.

R1TNPFC7B6dmS1
Animacja dotyczy zastosowania tlenków metali w jubilerstwie. Omówione zostały najczęściej wykorzystywane związki do otrzymywania biżuterii.

Aby minerał można było nazwać kamieniem szlachetnym (kamieniem jubilerskim), musi charakteryzować się on odpowiednimi właściwościami. Czym wyróżniają się na tle zwykłych minerałów oraz skał kamienie szlachetne? Właściwości, które je charakteryzują, to intensywny połysk, efektowne zabarwienie lub jego całkowity brak, duża trwałość (m.in. jako odporność na czynniki atmosferyczne), a także wysoka twardość, wynosząca więcej niż 7skali Mohsa.skala twardości mohsaskali Mohsa. W przyrodzie występują w niewielkich ilościach, co powoduje, że zwykle ich ceny są bardzo wysokie. Istotna jest również trwałość – kamienie szlachetne są odporne na wietrzenie, podczas gdy niektóre kamienie ozdobne łatwo ulegają rozkładowi pod wpływem różnych czynników chemicznych, nawet niezbyt silnych.

R1EPoe30FQfvq
Ćwiczenie 1
Wybierz poprawne dokończenia poniższego zdania.

Kamieniem szlachetnym nie jest: Możliwe odpowiedzi: 1. onyks., 2. aleksandryt., 3. rubin., 4. spinel.
Ćwiczenie 2
RkbJK5Rdh2EM0
Do przedstawionych poniżej minerałów, przyporządkuj odpowiednie wzory chemiczne.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
R1US6LdHhz0KC
Do przedstawionych nazw minerałów przyporządkuj odpowiednie wzory chemiczne. hematyt Możliwe odpowiedzi: 1. A l indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, 2. S i O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, 3. A l indeks dolny dwa koniec indeksu dolnego O indeks dolny trzy koniec indeksu dolnego razy M g O, 4. Z r O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, 5. A l indeks dolny dwa koniec indeksu dolnego O indeks dolny trzy koniec indeksu dolnego razy B e O, 6. F e indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego spinel Możliwe odpowiedzi: 1. A l indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, 2. S i O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, 3. A l indeks dolny dwa koniec indeksu dolnego O indeks dolny trzy koniec indeksu dolnego razy M g O, 4. Z r O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, 5. A l indeks dolny dwa koniec indeksu dolnego O indeks dolny trzy koniec indeksu dolnego razy B e O, 6. F e indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego cyrkonia Możliwe odpowiedzi: 1. A l indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, 2. S i O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, 3. A l indeks dolny dwa koniec indeksu dolnego O indeks dolny trzy koniec indeksu dolnego razy M g O, 4. Z r O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, 5. A l indeks dolny dwa koniec indeksu dolnego O indeks dolny trzy koniec indeksu dolnego razy B e O, 6. F e indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego cymofan Możliwe odpowiedzi: 1. A l indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, 2. S i O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, 3. A l indeks dolny dwa koniec indeksu dolnego O indeks dolny trzy koniec indeksu dolnego razy M g O, 4. Z r O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, 5. A l indeks dolny dwa koniec indeksu dolnego O indeks dolny trzy koniec indeksu dolnego razy B e O, 6. F e indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego agat Możliwe odpowiedzi: 1. A l indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, 2. S i O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, 3. A l indeks dolny dwa koniec indeksu dolnego O indeks dolny trzy koniec indeksu dolnego razy M g O, 4. Z r O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, 5. A l indeks dolny dwa koniec indeksu dolnego O indeks dolny trzy koniec indeksu dolnego razy B e O, 6. F e indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego rubin Możliwe odpowiedzi: 1. A l indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, 2. S i O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, 3. A l indeks dolny dwa koniec indeksu dolnego O indeks dolny trzy koniec indeksu dolnego razy M g O, 4. Z r O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, 5. A l indeks dolny dwa koniec indeksu dolnego O indeks dolny trzy koniec indeksu dolnego razy B e O, 6. F e indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego

Kamienie, które mają niższą twardość i nie są aż tak trwałe w kontakcie z czynnikami zewnętrznymi, zwyczajowo nazywa się kamieniami ozdobnymi – nie jest to jednak sztywny podział i czasami pojawiają się od niego odstępstwa. Wysoko cenione są minerały o konkretnych właściwościach optycznych, takich jak dobre wysycenie barwą bądź wprost przeciwnie – całkowita bezbarwność i przezroczystość. Niepożądane są wszelkie zmętnienia i skazy zakłócające przepuszczalność światła; zaletą jest połysk, opalizacja czy iryzacja. Z zasady minerały mętne, wewnętrznie niejednorodne, zawierające liczne gazowe inkluzje, są odrzucane przy przeróbkach jubilerskich.

Tlenek krzemu(IV) (krzemionka) – SiO2

Minerały krzemionkowe to bogata i pospolicie spotykana rodzina, licznie występująca na kuli ziemskiej. Tlenek krzemu(IV), zwany potocznie krzemionką, jest budulcem piasku, a wzorcowym minerałem, który potrafi być niezwykle cenny, jest zbudowany z tlenku krzemu kwarc. Powstaje on z kwasu krzemowego jako tlenek krzemu – tzw. bezwodna krzemionka. Występuje w formie bezbarwnej oraz, dzięki wrostkom barwiącym, także w sporej palecie barw. Kwarce przezroczyste to np. kryształ górski, kwarc różowy, cytryn, ametyst i kwarc dymny, natomiast nieprzezroczystymi minerałami krzemionkowymi są agaty utworzone z chalcedonu – pospolitego minerału będącego odmianą skrytokrystaliczną krzemionki.

  • Kryształ górski – bezbarwna odmiana kwarcu. Jego silny połysk i przejrzystość sprawiają, że może być utożsamiany z diamentem. Jest używany do wyrobu biżuterii, a okazy z występującymi wewnątrz inkluzjami obcych minerałów, np. złota, pirytu, rutylu czy turmalinu, podwyższają jego wartość.

  • Kwarc różowy – ma duże znaczenie kolekcjonerskie jako kamień ozdobny; znalazł też zastosowanie w jubilerstwie. Rzadko tworzy kryształy, więc w takiej postaci jest wyjątkowo cenny.

  • Ametyst – odmiana kwarcu o fioletowym zabarwieniu spowodowanym obecnością domieszek żelaza. Występuje w formie szczotek krystalicznych w pustkach skalnych. Właśnie w tej formie osiąga najwyższą wartość – pełna ametystowa geoda o przejrzystych kryształach potrafi kosztować kilka tysięcy dolarów. Krystaliczna czystość, brak wewnętrznych skaz, wrostków i przebarwień podnoszą jego cenę. Najwięcej ametystów wydobywa się w Brazylii, mniejsze złoża znajdują się w Boliwii, Kanadzie i Indiach.

  • Cytryn – to żółta odmiana kwarcu, poszukiwana i ceniona zarówno przez kolekcjonerów, jak i przez jubilerów ze względu na swoją barwę. Na rynku dostępne są tańsze, sztuczne cytryny, powstałe przez wyprażanie ametystu lub kwarcu dymnego (w temperaturze 470°C brazylijski ametyst staje się jasnożółty).

  • Kwarc dymny/morion – przydymiony, cieniowany czarny kwarc. Ciemna barwa jest wynikiem oddziaływania na kwarc naturalnego promieniowania radioaktywnego.

  • Morion – czarna odmiana kwarcu, którego zabarwienie wynika z zawartości strukturalnych domieszek glinu (wraz ze wzrostem zawartości glinu wzrasta intensywność barwy). Cenione kolekcjonersko są mocno wybarwione okazy.

  • Kwarc mleczny – odmiana kwarcu, którego charakterystyczne mleczne zabarwienie jest wynikiem obecności rozproszonych kropelek cieczy oraz inkluzji wypełnionych gazami, np. dwutlenkiem węgla.

  • Kwarc niebieski – bardzo rzadka forma, której kolor wynika z obecności bezładnie ułożonych wyrostków magnetytu, rutylu, sodalitu lub wywołana jest przez inkluzje gazowe lub ciekłe. Bardzo rzadko tworzy kryształy, więc w takiej formie zyskuje na cenie. Łatwo poddaje się szlifowaniu, dlatego może być wykorzystywany w jubilerstwie.

Znanych jest wiele odmian, form i barw chalcedonu (skrytokrystaliczna odmiana krzemionki). Zaliczamy do nich m.in. agaty, które od czasów antycznych służyły do wyrobu pieczęci, biżuterii i naczyń. Wyrabiano z nich pierścionki, broszki, wisiorki, kolczyki, naszyjniki, guziki, przyciski do papieru, urny prochowe, figurki zwierząt i figury szachowe. Przykłady:

  • agat forteczny – wstęgi agatu o poszarpanych krawędziach;

  • agat mszysty – ma zazwyczaj jasną, jednorodną barwę najczęściej przezroczystą, a jego wnętrze podobne jest mchu, czasami przypomina również zwoje mózgu;

  • agat dendrytowy – bezbarwna lub białawo–szara, przeświecająca odmiana chalcedonu o „rysunkach” przypominających drzewa lub paprocie (dendrytach).

  • muszkowiec – jego dendryty tworzą niezwiązane ze sobą, kłębiaste zrosty, przypominające grupy siedzących much;

  • agat oczkowy – tworzy pierścienie wokół centralnego punktu, przypominając tym samym oko;

  • agat ognisty – bardzo rzadka odmiana o grze barw (iryzacja) powstającej w wyniku załamania światła na wrostkach żelaza;

  • onyks – biało‑czarny kamień warstwowany (cenna odmiana agatu);

  • agat warstwowy – tworzy się warstwami w szczelinach skał.

Korund – Al2O3

Korund jest minerałem tlenku glinu. Zawiera czasami niewielkie domieszki chromu, tytanu lub żelaza, od których zależy barwa kryształów. Już bardzo małe domieszki chromu zabarwiają korund na czerwono, tytanu na niebiesko, żelaza na żółto i brunatno (aż do barwy czarnej). Przezroczyste odmiany krystaliczne są wyjątkowo czyste pod względem składu chemicznego. Są cennymi kamieniami szlachetnymi, od dawna używanymi do celów zdobniczych, jubilerskich i kolekcjonerskich. Drobnokrystaliczne, zbite, ziarniste odmiany korundu (szmergiel) są powszechnie stosowane do celów przemysłowych jako materiał ścierny i polerski oraz jako surowiec na kamienie łożyskowe w zegarkach.

  • Rubin to jeden z najcenniejszych kamieni szlachetnych. Swoją barwę zawdzięcza domieszkom trójdodatnich jonów chromu. Jego twardość to 9 w skali Mohsa. Właściwości fizyczne rubinu zostały wykorzystane przy budowie pierwszego lasera, tzw. lasera rubinowego. Większość światowego wydobycia tych kamieni przypada na Birmę, Tajlandię, Pakistan i Afganistan. Najcenniejsze rubiny to tzw. rubiny karmazynowe, o nasyconym odcieniu czerwieni, tzw. gołębiej krwi.

RjQUEmtHxfnaB
Rubin
Źródło: StrangerThanKindness, dostępny w internecie: www.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.
Ciekawostka

Laser rubinowy był pierwszym działającym tego typu urządzeniem. Ma prostą konstrukcję, w której ośrodkiem czynnym jest ciało stałe – kryształ rubinu ukształtowany w formie walca. Jego powierzchnie czołowe są dokładnie oszlifowane i przepuszczają światło.

R1bA9YHhteFbV
Ilustracja przedstawia budowę lasera rubinowego. Ma kształt walca. Na początku jest okrągłe zwierciadło, na końcu okrągły dzielnik wiązki. Pomiędzy nimi jest pręt rubinowy. W środku pręta zaznaczono promień światła. Nad prętem w postaci pioruna zaznaczono flesz. Opisano 1. Zwierciadło , 2. Flesz , 3. Pręt rubinowy , 4. Dzielnik wiązki , 5. Promień światła
Budowa lasera rubinowego
Źródło: Tatoute, dostępny w internecie: www.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.
  • Szafir, podobnie jak rubin, należy do grupy najcenniejszych kamieni szlachetnych. Jest odmianą korundu, wykształconą w formie kryształów bezbarwnych, zielonych, koralowych, żółtych i różowych, jednak najcenniejsze i najbardziej pożądane są szafiry barwy chabrowo–bławatkowej (niebieskiej). Najważniejszym dostawcą szafirów są Indie. Kamień ten jest wydobywany także w Birmie, Tajlandii, Sri Lance, Australii, Tanzanii, Nigerii i w USA.

Hematyt – Fe2O3

Hematyt to minerał, którego nazwa pochodzi z języka greckiego, gdzie haema oznacza „krew”, a haimatites „krwisty”. Kryształy mają zazwyczaj barwę stalowoszarą/czarną o metalicznym, silnym połysku. Barwa proszku hematytowego (tzw. rysa) jest jednak czerwona i właśnie stąd wzięła się nazwa. Hematyt jest popularnym kamieniem ozdobnym o dużym znaczeniu kolekcjonerskim i jubilerskim, z którego wykonywane są rzeźby oraz biżuteria artystyczna. W epoce wiktoriańskiej wykonywana była z niego biżuteria żałobna.

RLqvVnLLGYs9h
Hematyt
Źródło: Rob Lavinsky, dostępny w internecie: www.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Rutyl – TiO2

Zazwyczaj tworzy wydłużone kryształy o pokroju słupkowym, pręcikowym, igiełkowym lub włosowatym. Czysty rutyl, spotykany w przyrodzie, jest bezbarwny, a wszelkie jego barwne odmiany wynikają z obecności jonów zanieczyszczających. W zależności od ich rodzaju, może przyjmować barwę czerwono–czarną i brunatno–czerwoną, rzadziej niebieską, zielonkawą, żółto–brązową lub czarną. Kryształy rutylu mają wartość kolekcjonerską, ale cenne stają się będąc wrostkami w innych kryształach. Rutyl w takiej formie dodaje wartości kryształowi, w którym się znajduje, głównie ze względu na przyczynienie się do oryginalnego załamywania światła, efektu kociego oka, „włosów Wenus” czy asteryzmu.

Aleksandryt – Al2O3· BeO

RSeU0Zg3QqIrR
Aleksandryt
Źródło: David Weinberg, dostępny w internecie: www.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Wyjątkowy i niezwykle cenny minerał będący tlenkiem glinu i berylu, który w zależności od oświetlenia zmienia barwę: w świetle dziennym jest zielony, w sztucznym oświetleniu czerwony (zmiana barwy wynika ze zdolności do odfiltrowywania części widma światła widzialnego), wykazuje się dużą twardością (8,5 w skali twardości Mohsa). Najcenniejsze aleksandryty pochodzą ze złóż w Rosji (obecnie już jest wyeksploatowane), Sri Lance i w Brazylii. Aleksandryt jest wykorzystywany jako kamień jubilerski i kolekcjonerski, ale kryształy (naturalne i syntetyczne) są używane w laserach oraz do produkcji elementów optycznych w statkach kosmicznych i sztucznych satelitach.

Tlenki jako suplementy diety, składniki kosmetyków, mineralne pigmenty

Minerały, w tym tlenki, od zarania dziejów aż po dzisiaj towarzyszą człowiekowi w codziennym życiu jako leki, pigmenty do farb czy do zdobienia ciała. Przykładem takiego wielofunkcyjnego tlenku jest hematyt, który w formie sproszkowanej używany był już przez człowieka pierwotnego do malowania na ścianach jaskiń. Starożytnym Egipcjanom służył do zdobienia sarkofagów, a rdzenni mieszkańcy Ameryki i Australii malowali hematytową pastą twarze, nadając im barw wojennych. Hematyt był jeszcze w czasie średniowiecza jednym z najważniejszych pigmentów, ponieważ  jego kolor był trwały, a po zmieszaniu z bielą ołowiową (węglanem ołowiu(II)), uzyskiwano szeroką gamę odcieni. Przy tworzeniu farb brano pod uwagę kolor sproszkowanego surowca (czyli barwę tzw. rysy).

R189tO1EGKBM1
Sproszkowany hematyt ma barwę czerwoną, co widać w zagłębieniach.
Źródło: DanielCD~commonswiki, dostępny w internecie: www.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Minerały o kolorowej rysie, jak np. hematyt, noszą nazwę idiochromatycznych. W tej chwili to tlenki żelaza służą do barwienia kosmetyków.

Mogą przyjmować barwę od żółtej, przez pomarańczową, czerwoną, brązową i czarną. Są to tzw. pigmenty ziemne żelazowe (ochry, ugry, umbry i sieny). Ich kolor zależy od dodatków innych pierwiastków, jak chociażby manganu. Obecnie wiele z nich uzyskuje się syntetycznie, choć pigmenty ziemne, jak nazwa wskazuje, od zarania dziejów były uzyskiwane naturalnie.

Tlenki żelaza najczęściej występują w podkładach, pudrach, korektorach bądź cieniach.

RIdQk5WxiTRew
Tlenki żelaza służą do barwienia kosmetyków.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Glinki bardzo często można spotkać w składzie rozmaitych maseczek do twarzy, ze względu na ich szczególne właściwości oczyszczające. Składają się one z mieszanek różnych tlenków, a ich aplikacja na ciało ma na celu usunięcie zanieczyszczeń, nadmiaru sebum, poprawienie mikrokrążenia, a tym samym odżywienie i poprawienie ogólnego stanu skóry.

Nazwa minerału

Wzór chemiczny

Zawartość masowa %

krzemionka

SiO2

66

tlenek glinu

Al2O3

23,5

tlenek żelaza(III)

Fe2O3

0,8

tlenek potasu + tlenek sodu

K2O+Na2O

0,5

tlenek magnezu

MgO

0,3

tlenek wapnia + tlenek tytanu(IV)

CaO+TiO2

0,5

Indeks górny Tabela 1. Skład mineralny glinki białej (Źródło: www.yournaturalside.eu/glinki‑jako‑cenny‑skladnik‑kosmetyczny) Indeks górny koniec

Tlenek krzemu(IV) jest jednym z najczęściej stosowanych tlenków w kosmetykach, np. kremach czy pudrach matujących. Odpowiednio rozdrobniona krzemionka wchłania sebum oraz pozytywnie wpływa na procesy regeneracji i gojenia się skóry. Krzem odznacza się także właściwościami przeciwzapalnymi.

Tlenek glinu to biały proszek, który nie rozpuszcza się w wodzie. Podobnie jak tlenek krzemu(IV), ma bardzo dobre właściwości chłonne oraz zmniejszające wydzielanie potu, dlatego często pojawia się w składzie rozmaitych pudrów czy zasypek oraz właśnie środków przeciwpotowych. Jednak teraz coraz częściej klienci szukają dezodorantów bez aluminium. Bardzo popularne jest też stosowanie w kosmetykach tlenku cynku, jako składnika antybakteryjnego, czy tlenku tytanu(IV), jako naturalnego filtra UV.

R6L93QJAXIG4I
Tlenek krzemu(IV) jest jednym ze składników kremów matujących. Usuwa nadmiar sebum i pozytywnie wpływa na procesy regeneracji i gojenia się skóry.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Tlenek wodoru – ciecz bezcenna dla całej planety

Myjąc zęby czy podlewając trawnik, rzadko myślimy o tym, że tlenek wodoru (oksydan), który właśnie zużywamy, jest cennym surowcem. Tymczasem w XXI w. jego deficyt może być najpoważniejszym problemem świata. Zasoby bezpiecznej do picia wody kurczą się błyskawicznie. Wody słodkie stanowią zaledwie niecałe 3% masowe wszystkich zasobów wód na Ziemi.

Zachodzące zmiany klimatu, które coraz wyraźniej dają o sobie znać, są jednym z czynników (obok intensywnej antropopresji) zmniejszania się zasobów wody słodkiej, co z kolei wpływa na zwiększanie kosztu jej pozyskania. Najsilniej problemy te odczuwane są przez kraje najbiedniejsze, ale nie tylko one borykają się z deficytami tego cennego tlenku. Większość krajów na świecie cierpi na niedobór wody. Zaledwie kilkanaście państw posiada tzw. wodne nadwyżki – jest to np. Norwegia, która ze względu na stosunkowo niewielkie zaludnienie i klimat umiarkowany chłodny, ma odpowiednie zapasy wody pitnej. Najgorsza sytuacja panuje w Afryce i niektórych krajach Azji. Według naukowców, pierwsze niedobory wody w Europie zaczną być odczuwalne już w 2050 roku.

Ciekawostka

Przykładem złego zarządzania zasobami wodnymi jest historia Jeziora Aralskiego (zwanego także Morzem Aralskim). W latach 60. ubiegłego wieku władze ZSRR zdecydowały, że na pustynnych terenach, znajdujących się w pobliżu jeziora, powstaną plantacje bawełny. Zbudowano sieć kanałów nawadniających, których wykonanie było niestaranne. Woda, która miała być dostarczona do plantacji w znacznej części uciekała z kanałów ze względu na nieszczelność. Uzyskanie gigantycznych plonów wpłynęło na systematyczne powiększanie plantacji, a tym samym pobór coraz większej ilości wody. Z początku nie dostrzegano problemu, jednak po upływie zaledwie 50 lat, okazało się, że jezioro, które klasowało się na czwartym miejscu wśród największych jezior Świata, prawie całkowicie wyschło.

Coraz mniejsza ilość wody wpłynęła na wzrost zasolenia. Woda przestała być zdatna do picia, a słodkowodne gatunki ryb wymarły. Przesuwająca się linia brzegowa spowodowała upadek rybołówstwa w Aralsku i wzrost bezrobocia. Miasto, niegdyś położone nad jeziorem, znalazło się 100 kilometrów od lini brzegowej.

W Polsce średnio każdy z nas zużywa codziennie ok. 150190 l wody pitnej, a Amerykanie zużywają jej nawet do 500 l na dobę. Wodą do picia podlewamy ogródki, myjemy samochody, pierzemy i zmywamy naczynia. Także każda z gałęzi przemysłu zużywa jej gigantyczne ilości. Tymczasem statystyczny Afrykanin ma do swojej dyspozycji niecałe 50 litrów wody dziennie, a najmniej zamożni mieszkańcy krajów rozwijających się często jedynie 510 l. To tyle, ile zużywamy przy jednym pociągnięciu za spłuczkę czy myjąc zęby przez dwie minuty z lekko odkręconym kranem.

W Polsce od kilku lat w okresie letnim spotykamy się z problemem niedoboru wody. W celu ograniczenia jej zużycia, Samorządy zachęcają do zaprzestania lub ograniczenia podlewania i zraszania trawników, klombów i ogrodów. Skutkiem niedoboru wody jest postępujące pustynnienie województwa łódzkiego. Jednocześnie dochodzić będzie do powodzi w dolinach Warty, Pilicy i Bzury.

Ponad miliard ludzi nie ma dostępu do wody zdatnej do picia, a prawie trzy miliardy żyje w złych warunkach sanitarnych.

2050 r. liczba mieszkańców naszej błękitnej planety przekroczy 9 miliardów. Tymczasem zdatnej do spożycia wody niestety nie przybywa.

RZnEaDOPiIYlM
Zmniejszona powierzchnia Morza Aralskiego
Źródło: NASA, dostępny w internecie: www.wikipedia.org, domena publiczna.

Tlenki jako źródło metali - redukcja tlenków metali za pomocą glinu

Proces, w którym tlenki zostają zredukowane za pomocą glinu nazywa się aluminotermią. Reakcja polega na zmieszaniu tlenku metalu (np. tlenku żelaza(III), tlenku chromu(III), tlenku manganu(IV) czy tlenku wanadu(V)) ze sproszkowanym glinem, a w jej wyniku otrzymuje się czysty metal (żelazo, chrom, mangan czy wanad) oraz tlenek glinu. Podczas reakcji wydziela się duża ilość energii w postaci ciepła.

tlenek metalu+glinmetal+tlenek glinu+energia

Reakcje te są więc silnie egzotermiczne. Temperatura dochodzi do 3000°C, co sprawia, że powstające w reakcji metale ulegają stopieniu i występują w postaci płynnej. Dochodzi wówczas do gwałtownej redukcji tlenku metalu do czystego metalu oraz utlenienia glinu do jego tlenku. Mieszankę sproszkowanego tlenku metalu i glinu nazywa się termitem lub mieszanką termitową, a proces – reakcją termitową.

Jedną z najpopularniejszych mieszanek termitowych jest sproszkowany glin z tlenkami żelaza. W reakcji termitowej wykorzystuje się dwa rodzaje tlenków żelaza: tlenek żelaza(III) oraz tlenek żelaza(II, III).

  • Jeżeli termit sporządzony jest z użyciem tlenku żelaza(III), to zachodzi następująca reakcja:

Fe2O3+2 Al2 Fe+Al2O3+energia

której standardowa molowa zmiana entalpii reakcji wynosi ΔH°=-848 kJmol.

  • Jeżeli termit sporządzony jest z użyciem tlenku żelaza(II, III), czyli FeO·Fe2O3, to zachodzi następująca reakcja:

3 Fe3O4+8 Al9 Fe+4 Al2O3+energia

której standardowa molowa zmiana entalpii reakcji wynosi ΔH°=-3396 kJmol.

Reakcje te mogą zachodzić samoistnie, ale często doprowadza się je do temperatury zapłonu, wynoszącej około 1000°C, aby reakcje zachodziły szybciej. W tym celu dodaje się do mieszaniny inicjator, najczęściej Mg, K lub S, i zapala się mieszaninę. Proces aluminotermii wykorzystuje się również do otrzymania metali, takich jak np. chrom lub mangan:

Cr2O3+2 Al2 Cr+Al2O3

3 MnO2+4 Al3 Mn+2 Al2O3

1
11
Laboratorium 1

W jaki sposób przeprowadzisz reakcję termitową? Wśród sprzętu laboratoryjnego oraz odczynników chemicznych znajdują się te niezbędne do przeprowadzenia eksperymentu chemicznego. Zapoznaj się z problemem badawczym i zweryfikuj własną hipotezę. W formularzu zanotuj swoje obserwacje i wyniki, a następnie zapisz wnioski.

R1dke1wg13KCm
Wirtualne laboratorium pt. „Aluminotermia jako metoda otrzymywania metali z tlenków”
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Podpowiedźwhite
R1dIMbCtAHsUJ1
Analiza eksperymentu: Tytuł eksperymentu Problem badawczy: Treść problemu badawczego. Hipoteza: (Uzupełnij). Sprzęt laboratoryjny: (Uzupełnij). Odczynniki chemiczne: (Uzupełnij). Przebieg eksperymentu: (Uzupełnij) Obserwacje: (Uzupełnij) Wyniki: (Uzupełnij) Wnioski: (Uzupełnij) Równanie reakcji chemicznej: Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

W jaki sposób można przeprowadzić reakcję termitową? Zapoznaj się z problemem badawczym, postawioną hipotezą, obserwacjami, wynikami, a także wnioski.

Analiza eksperymentu:

Reakcja redukcji tlenku żelaza(III) za pomocą glinu.

Problem badawczy:

Czy w wyniku reakcji tlenku żelaza(III) z glinem, jako produkt otrzymuje się tlenek.

Hipoteza:

W wyniku reakcji tlenku żelaza(III) z glinem otrzymuje się tlenek glinu.

Sprzęt laboratoryjny:

  • tygiel – sprzęt laboratoryjny o kształcie zbliżonym do kubka, służy do wykonywania operacji na substancjach stałych wymagających stosowania wysokiej temperatury;

  • szczypce do spalań – sprzęt składający się z dwóch ramion połączonych u nasady, służy do chwytania i przenoszenia substancji;

  • palnik – rodzaj sprzętu z regulacją płomienia, umożliwiający podgrzewanie substancji chemicznych.

Odczynniki chemiczne:

termit; wstążka magnezowa.

Przebieg eksperymentu:

1. W tyglu umieszczono termit.

2. Trzymając szczypcami wstążkę magnezową, zapalono ją w płomieniu palnika.

3. Wprowadzono palący się magnez do tygla.

Obserwacje:

Magnez spala się jasnym płomieniem. Po dodaniu magnezu to tygla z termitem, następuje wybuch mieszaniny. Wydziela się duża ilość światła.

Wyniki:

W wyniku reakcji otrzymano tlenek glinu.

Wnioski:

Zaszła reakcja termitowa, w której glin zredukował tlenek żelaza(III) do żelaza, a sam utlenił się do tlenku glinu. Reakcja jest egzotermiczna. Hipoteza została potwierdzona.

Równanie reakcji chemicznej:

Fe2O3 + 2 Al2 Fe+Al2O3

Ćwiczenie 3
RCNQUtxXkPGd8
W reakcji termitowej glin pełni rolę Możliwe odpowiedzi: 1. reduktora., 2. utleniacza., 3. reduktora i utleniacza.
Ćwiczenie 4
RY8Keb3SLIZwV
W reakcji termitowej stopień utlenienia tlenku żelaza(III) Możliwe odpowiedzi: 1. zmniejsza się., 2. zwiększa się., 3. nie zmienia się.
Polecenie 2

Sporządź mapę pojęciową, która podsumuje zastosowania tlenków. Użyj stwierdzenia „zastosowanie tlenków” jako pojęcie centralne, a nastęnie dobuduj odpowiednie kategorie zastosowań i poprzyj je odpowiednimi przykładami. Uzupełnij mapę o tlenki nie wymienione na tej stronie. Potrzebne informacje wyszukaj w dostępnych Ci źródłach informacji.

ROAJGXXTTSTC5
bg‑blue

Notatnik

R17TY7A3VUjRk
(Uzupełnij).
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Skala twardości Mohsa
Skala twardości Mohsa

Skala twardości Mohsa** to ułożone w kolejności minerały wzorcowe o określonej odporności na ścieranie, np. gips jest twardszy od talku, ale mniej twardy od kalcytu. Na poniższej grafice, z prawej strony umieszczone są przedmioty, którymi można szybko zidentyfikować twardość badanych minerałów, np. minerał gipsu (2 w skali Mohsa) zarysujemy paznokciem, ale rysy na kwarcu (7 w skali Mohsa) nie uda się zrobić nawet stalą narzędziową. Każdym kolejnym minerałem ze skali możemy zarysować poprzednie.

RTbCNtRGilV8b
Skala twardości Mohsa
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.