1. Rodzaje skał wapiennych

Od niepamiętnych czasów do wznoszenia budynków wykorzystywano wapienie pozyskiwane ze skał wapiennychskały wapienneskał wapiennych, które budują wiele łańcuchów górskich. Ich głównym składnikiem jest węglan wapnia ($\text{Ca}{\text{CO}}_3$), występujący w przyrodzie jako minerał. Jego nazwa – kalcytkalcytkalcyt – pochodzi od greckiego słowa chalix i oznacza wapno. Nawiązuje więc do tradycyjnego zastosowania tego minerału. Do skał wapiennych zalicza się także kredę i marmur. Wapień i kreda to skały osadowe, a marmur jest przykładem skał przeobrażonych (metamorficznych).

2. Powstawanie i występowanie skał wapiennych

Skały wapienne mogą powstawać w wyniku nagromadzenia się węglanowych szczątków zwierzęcych (m.in. kości, muszli czy skorupek), a niekiedy również roślinnych, na dnie zbiorników morskich i śródlądowych oraz przez wytrącenie węglanu wapnia z roztworów wodnych, na skutek odparowania wody ze zbiornika wodnego.

Luźny osad wapienny ulega przekształceniu w zwięzłą skałę dzięki procesom określanym łącznie mianem diagenezy. W uproszczeniu polegają one na łączeniu utworzonych ziaren skalnych za pomocą odpowiedniego spoiwa (rolę spoiwa mogą odgrywać np. węglany – minerały zbudowane z soli kwasu węglowego).

Największe złoża marmurów w Polsce zlokalizowane są w rejonie Masywu Śnieżnika, w Sudetach Wschodnich oraz we wschodniej części Karkonoszy.

R1Y7g7snmUk7a

Grafika przedstawia mapę Polski. Zarysowane są kontury województw i głównych miast oraz na kolor niebieski biegnące rzeki i większe akweny wodne. Kolorem czerwonym zaznaczone są złoża marmurów. Występują one w województwie dolnośląskim. Pod mapą znajduje się skala oraz legenda, w której narysowany jest czerwony prostokąt podpisany marmur.

Najważniejsze złoża wapieni występują na obrzeżu Gór Świętokrzyskich, w Tatrach, Pieninach, w wielu miejscach lokalnie w Sudetach, na Lubelszczyźnie oraz Wyżynie Krakowsko‑Częstochowskiej. Tam też zbudowano z kamienia wapiennego wiele obiektów, które dziś mają dużą wartość historyczną.

R1OKxjgSMquKk

Grafika przedstawia mapę Polski. Zarysowane są kontury województw i głównych miast oraz na kolor niebieski biegnące rzeki i większe akweny wodne. Kolorem czerwonym zaznaczone są złoża wapieni. Największe skupisko wapieni występuje w województwie lubelskim, świętokrzyskim, śląskim, opolskim i dolnośląskim. Sporadyczne złoża występują również w województwie lubuskim, wielkopolskim, kujawsko‑pomorskim, łódzki, mazowieckim, kujawsko‑pomorskim i zachodnio‑pomorskim. Pod mapą jest skala oraz legenda z narysowanym czerwonym prostokątem podpisanym wapień.

Polecenie 2

Obejrzyj poniższy film, a następnie wymień przynajmniej cztery ukazane w nim miejsca na świecie, gdzie można podziwiać obiekty wyrzeźbione przez czynniki atmosferyczne w skałach wapiennych.

R1BGtWAZsM7CX

Na filmie przedstawiono miejsca, w których występują niezwykłe wapienne formy skalne.

Na filmie przedstawiono miejsca, w których występują niezwykłe wapienne formy skalne.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1BGtWAZsM7CX

Na filmie przedstawiono miejsca, w których występują niezwykłe wapienne formy skalne.

RLJh7GyT1gLmf

Odpowiedź: (Uzupełnij).

Pokaż odpowiedź

Czy wśród wymienionych przez Ciebie miejsc, znajdują się: 
Jeziora Plitwickie w Chorwacji, Park El Torcal w Hiszpanii, Zatoka Wraku w Grecji, Zatoka Phang Nga w Tajlandii, Rezerwat Tsinghy na Madagaskarze, Zatoka Ha Long w Wietnamie, Guilin w Chinach lub Maczuga Herkulesa w Polsce?

Ciekawostka

Pamukkale, czyli Bawełniany Zamek (pamuk – po turecku bawełna, kale – zamek) to miejscowość, która słynie z wapiennych osadów powstałych na zboczu góry Cökelez.

Woda bogata w rozpuszczalne związki wapnia i tlenek węgla(IV), wypływając z gorących źródeł, ochładza się na powierzchni, co skutkuje m.in. wytrącaniem się trudno rozpuszczalnego w wodzie węglanu wapnia, który w postaci osadu układa się w formy naciekowe. To bajeczne miejsce, wyglądające jak lodowiec w samym środku tej gorącej i orientalnej krainy, charakteryzuje się półkolistymi i eliptycznymi basenami z wodą termalną o temperaturze od 30 do 55°C.

Zawartość związków wapnia w spływającej z góry wodzie jest tak wysoka, że wytrącony z niej węglan wapnia może w przeciągu roku pokryć osadem o grubości 1 mm powierzchnię ok. $4,9 {\text{km}}^2$.

R1Vjcn2XH2Plz

Grafika przedstawia zdjęcie krajobrazu z tureckiej miejscowości Pamukkale. Widziana jest linia brzegowa z jasnymi skałami znajdująca się przy zbiorniku wodnym..

R1MUZIwOlXnih

Grafika przedstawia zdjęcie z tureckiej miejscowości Pamukkale. Zdjęcie kaskad wapiennych przypominające ośnieżone półki.

RBJ1IjYxgHkh6

Grafika przedstawia zdjęcie z tureckiej miejscowości Pamukkale. Na zdjęciu widoczne są osady wapienne w formie nacieków. Gruba, pofalowana warstwa.

RqGPxadxUqpg4

Grafika ma formę zdjęcia krajobrazu pochodzącego z tureckiego miasta Pamukkale. Na zdjęciu widoczne są gorące źródła mające formę nieregularnych otworów rozmieszczonych na białym terenie wapiennym. Na dalszym planie widać zarys miasta.

R1CAJW1eK208M

Grafika przedstawia zdjęcie z tureckiego miasta Pamukkale. Na zdjęciu jest przedstawiony basen z wodą termalną. Basen ten jest stworzony w skale wapiennej. Nad basenem rozlega się skała wapienna. W basenie jest woda koloru jasnoniebieskiego.

RR3oRRZloCdZM

Grafika przedstawia zdjęcie z tureckiej miejscowości Pamukkale. Na zdjęciu przedstawione są wysychające baseny wskutek degradacji środowiska. Baseny te są naturalnymi wgłębieniami w powierzchni skalnej. Na zdjęciu widoczne jest ułożenie ich w swoiste kaskady. Widok z góry. Na dole widoczne trzy baseny z wodą, obok nich ludzie.

3. Właściwości skał wapiennych

Skały wapienne to grupa skał zróżnicowanych pod względem fizykochemicznym. Wapień to skała o barwie białej, jasnoszarej lub beżowej. Czasami, w zależności od obecności obok kalcytu innych minerałów (takich jak np. kwarc, dolomit i piryt), wapienie mogą przyjmować kolor czerwony, zielonkawy lub brunatny. Są mało odporne na warunki atmosferyczne (m.in. na działanie wiatru czy też zmiany temperatury), a jako surowiec wykorzystuje się je np. w budownictwie – są łatwe w obróbce.

Kreda to skała o białej lub szarej barwie (tak jak na poniższych zdjęciach), porowatej strukturze i małej gęstości. Jest wyjątkowo miękka, więc łatwo wchłania wodę.

RAhhWb9YCRTre

Grafika przedstawia zdjęcie klifów kredowych w Anglii. Na zdjęciu widać krawędź lądu, która pokryta jest zieloną trawą oraz klify pokryte brązowym mchem. Dwa klify nie są połączone z lądem i znajdują się w głębi morza. Boki klifów są białe. Zdjęcie wykonane jest z perspektywy osoby stojącej przy krawędzi klifu.

R9pTaS32zjfa0

Zdjęcie przedstawia klify kredowe w Anglii. Zdjęcie wykonane jest z perspektywy osoby znajdującej się na morzu. Na pierwszym planie jest niebieskie morze. W tle widać stromy brzeg, który tworzy biała ściana klifu. Szczyt klifu pokryty jest zieloną trawą. Zdjęcie wykonane jest w słoneczny dzień.

R1Ga0K0tG13UT

Zdjęcie przedstawia klify kredowe we Francji. Na pierwszym planie jest stromy brzeg białego klifu pokrytego zieloną trawą. W głębi lądu jest ciemnozielony las. Pod klifem jest niewielki kawałek piaszczystej plaży przy ciemnoniebieskim morzu. Z morza, blisko brzegu, wyłania się biała strzelista skała.

Marmur posiada budowę krystaliczną, o dużej twardości i różnym zabarwieniu – od białego poprzez różowe, zielone, aż do czarnego. Tę różnorodność kolorów zawdzięcza obecności innych substancji mineralnych występujących w nim. Jest trwały, ale jednocześnie daje się szlifować, polerować i piłować.

R1EnnVD6My9wZ

Zdjęcie przedstawia kopalnię marmuru z Carrary (Włochy). Ukazano miejsce wydobycia marmuru, znajdują się tam ładowarki przewożące bloki marmuru. Powyżej rozciągają się skały marmuru, stopniowane.

RzsNqPSZkZh6z

Zdjęcie przedstawia kopalnię marmuru w Orosei (Sardynia). Widać miejsce wydobycia tego marmuru. W środku placu otoczonego skałami marmuru, są pocięte bloki skalne. Skały marmuru mają kształt schodów i prostych ścian.

Reakcja z kwasem chlorowodorowym (solnym) może być stosowana w laboratorium, w celu wykrywania węglanów (soli kwasu węglowego) w analizowanych próbkach. W naszym przypadku były to próbki skał. Stosując kwas solny, możemy łatwo odróżnić skały wapienne (węglanowe) od innych skał (niewęglanowych), np. od anhydrytu, zbudowanego z siarczanu(VI) wapnia. Efekt podobny do obserwowanego po zastosowaniu kwasu chlorowodorowego dadzą również inne kwasy (zarówno nieorganiczne, jak i organiczne), pod warunkiem, że będą kwasami mocniejszymi od kwasu węglowego.

Skały wapienne wydobywa się i przerabia, aby móc je wykorzystać m.in. do produkcji materiałów budowlanych. Pierwszym etapem przeróbki jest ich wypalanie (prażenie) w specjalnych piecach zwanych wapiennikami. Temperatura wewnątrz takiego pieca osiąga wartości rzędu 900‑1300°C.

W wyniku prażenia skał wapiennych, zawarty w nich węglan wapnia ulega rozkładowi termicznemu na gazowy tlenek węgla(IV) i stały tlenek wapnia, zwany w przemyśle wapnem palonymwapno palonewapnem palonym. Zachodzącą podczas tego procesu reakcję chemiczną możemy opisać równaniem:

Powstający w wyniku termicznego rozkładu skał wapiennych tlenek wapnia (wapno palonewapno palonewapno palone) jest substancją stałą, higroskopijnąsubstancje higroskopijnehigroskopijną, o białej barwie. W budownictwie znajduje zastosowanie m.in. do sporządzania tynków i tzw. zaprawyzaprawa (murarska)zaprawy wapiennej. Sprawdźmy zachowanie się wapna palonego wobec wody.

4. Charakterystyka substancji otrzymywanych z węglanu wapnia

Reakcja tlenku wapnia z wodą1

Doświadczenie 3

Sprawdź, w jaki wapno palone (uzyskane w wyniku prażenia wapienia) zachowuje się wobec wody.

W tym celu wykonaj doświadczenie nr 3.

Przygotuj niezbędne odczynniki i przyrządy laboratoryjne. Zweryfikuj postawioną hipotezę, przeprowadzając doświadczenie wg załączonej instrukcji. Napisz obserwacje oraz sformułuj odpowiedni wniosek. Napisz równanie zachodzącej reakcji chemicznej w formie cząsteczkowej. Uwaga: przeprowadzając to doświadczenie zachowaj wszelkie środki ostrożności – załóż fartuch, rękawice i okulary ochronne. Jeśli nie masz możliwości samodzielnego wykonania doświadczenia, obejrzyj znajdujący się pod instrukcją film.

RfgMMzCTKWCP3

Problem badawczy:. Hipoteza:. Co będzie potrzebne: ;. Instrukcja: 1.

Sprawdzono, w jaki wapno palone (uzyskane w wyniku prażenia wapienia) zachowuje się wobec wody.

Przygotowano niezbędne odczynniki i przyrządy laboratoryjne. Zweryfikuj postawioną hipotezę. Napisano obserwacje oraz sformułowano odpowiedni wniosek. Napisz równanie zachodzącej reakcji chemicznej w formie cząsteczkowej. Przeprowadzając to doświadczenie zachowano wszelkie środki ostrożności – założono fartuch, rękawice i okulary ochronne.

Problem badawczy

Czy tlenek wapnia (wapno palone) reaguje z wodą?

Hipoteza

Tlenek wapnia (wapno gaszone) ulega reakcji chemicznej z wodą.

Co było potrzebne

• tlenek wapnia;

• alkoholowy roztwór fenoloftaleiny;

• zlewka z wodą destylowaną;

• łyżka;

• porcelanowa parownica;

• termometr.

Przebieg doświadczenia

W porcelanowej parownicy umieszczony niewielką ilość wapna palonego. Do wapna palonego ostrożnie dodano wodę destylowaną. Do parownicy z wapnem palonym i wodą włożono termometr i sprawdzono, jak zmienia się temperatura w trakcie eksperymentu. Po wyjęciu termometru, dodano do zawartości parownicy kilka kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny.

Obserwacje

Ciało stałe (częściowo) roztwarza się. Temperatura układu wzrasta. Alkoholowy roztwór fenoloftaleiny dodaniu do uzyskanej zawiesiny zabarwia się na malinowo.

Wnioski

Postawiona hipoteza jest prawdziwa – tlenek wapnia (wapno palone) reaguje z wodą z utworzeniem wodorotlenku wapnia. W wyniku zachodzącej reakcji chemicznej wydziela się ciepło – proces ten jest zatem egzotermiczny (egzoenergetyczny). Malinowe zabarwienie alkoholowego roztworu fenoloftaleiny świadczy o zasadowym odczynie roztworu wodorotlenku wapnia otrzymanego w doświadczeniu.

Rk4guOK4sQcVv

Film przedstawia doświadczenie z wykorzystaniem tlenku wapnia i wody.

Film przedstawia doświadczenie z wykorzystaniem tlenku wapnia i wody.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/Rk4guOK4sQcVv

Film przedstawia doświadczenie z wykorzystaniem tlenku wapnia i wody.

1

Polecenie 6

Zapisz obserwacje, wnioski oraz równanie reakcji chemicznej w formie cząsteczkowej do przeprowadzonego doświadczenia.

R1JajgKxNLHE6

Obserwacje: (Uzupełnij) Wnioski: (Uzupełnij). Równanie reakcji zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Czy w Twoim wniosku znajduje się odniesienie do postawionej hipotezy?

Pokaż odpowiedź

Czy zapisane przez Ciebie obserwacje i wnioski zawierają poniższe informacje?  Czy udało Ci się zapisać poniższe równanie reakcji? Czy w oparciu o zapisane przez Ciebie równanie reakcji chemicznej można wyjaśnić odnotowane obserwacje?

Obserwacje:

Ciało stałe (częściowo) roztwarza się. Temperatura układu wzrasta. Alkoholowy roztwór fenoloftaleiny dodaniu do uzyskanej zawiesiny zabarwia się na malinowo.

Wnioski:

Postawiona hipoteza jest prawdziwa – tlenek wapnia (wapno palone) reaguje z wodą z utworzeniem wodorotlenku wapnia. W wyniku zachodzącej reakcji chemicznej wydziela się ciepło – proces ten jest zatem egzotermiczny (egzoenergetyczny). Malinowe zabarwienie alkoholowego roztworu fenoloftaleiny świadczy o zasadowym odczynie roztworu wodorotlenku wapnia otrzymanego w doświadczeniu.

Równanie zachodzącej reakcji chemicznej:

$$\text{CaO}+{\text{H}}_2\text{O}\to \text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2$$

Polecenie 6

Zapisz równanie reakcji chemicznej.

REavHx7vqNbrg

(Uzupełnij).

Pokaż odpowiedź

$$\text{CaO}+{\text{H}}_2\text{O}\to \text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2$$

Wapno palone gwałtownie reaguje z wodą, czemu towarzyszy wydzielanie się dużej ilości ciepła. Przebieg zachodzącej reakcji chemicznej można opisać za pomocą równania:

W przemyśle, reakcja wapna palonego z wodą nazywana jest gaszeniem wapna palonego i stanowi kolejny krok w procesie przeróbki wapieni. Powstały na tym etapie wodorotlenek wapnia to tzw. wapno gaszone. Na skalę przemysłową, proces gaszenia wapna palonego jest prowadzony na sucho, tzn. przy użyciu min. ilości wody, niezbędnej do prawidłowego zajścia reakcji chemicznej. Otrzymany w ten sposób produkt to tzw. wapno hydratyzowanewapno hydratyzowanewapno hydratyzowane. Wapno gaszone zmieszane z wodą (czyli zawiesina, którą otrzymaliśmy w doświadczeniu nr 3) to tzw. mleko wapienne, z kolei nasycony klarowny roztwór wodorotlenku wapnia jest nazywany wodą wapienną. Po dodaniu alkoholowego roztworu fenoloftaleiny do wodnego roztworu wodorotlenku wapnia pojawia się malinowe zabarwienie, co świadczy o zasadowym odczynie uzyskanego roztworu. Jest on spowodowany obecnością w układzie jonów wodorotlenkowych, pochodzących z dysocjacji elektrolitycznej wodorotlenku wapnia w wodzie:

Obecnie wapno gaszone, w postaci wapna hydratyzowanego, można kupić np. w sklepie z materiałami budowlanymi. Ma ono postać białego proszku. Dawniej jednak przygotowywano je w pobliżu prowadzonej budowy, zalewając wapno palone, umieszczone w wykopanym w ziemi dole, wodą. Przed przystąpieniem do dalszych prac, odczekiwano co najmniej dwa tygodnie. Po tym czasie można było przygotować tzw. zaprawę murarską, którą otrzymywano z wapna gaszonego i piasku (którego głównym składnikiem jest tlenek krzemu(IV)).

Otrzymywanie zaprawy wapiennej1

Doświadczenie 4

Przygotuj zaprawę murarską (zaprawę wapienną) i sprawdź, czy za jej pomocą można trwale połączyć dwie cegły. W tym celu wykonaj doświadczenie nr 4.

Przygotuj niezbędne odczynniki i przyrządy laboratoryjne. Zweryfikuj postawioną hipotezę, przeprowadzając doświadczenie wg załączonej instrukcji. W oparciu o odnotowane obserwacje, sformułuj odpowiedni wniosek. Jeśli nie masz możliwości samodzielnego wykonania doświadczenia, obejrzyj znajdujący się pod instrukcją film. Uwaga – końcowy efekt doświadczenia sprawdź po upływie ok. 24 godzin.

RP6GGy9qxmLbx

Problem badawczy:. Hipoteza:. Co będzie potrzebne: ;. Instrukcja: 1.

Przygotowano zaprawę murarską (zaprawę wapienną) i sprawdzono, czy za jej pomocą można trwale połączyć dwie cegły. W tym celu wykonano doświadczenie nr 4. Przygotowano niezbędne odczynniki i przyrządy laboratoryjne. Zweryfikowano postawioną hipotezę, przeprowadzając doświadczenie wg załączonej instrukcji. W oparciu o odnotowane obserwacje, sformułowano odpowiedni wniosek. Uwaga – końcowy efekt doświadczenia sprawdzono po upływie ok. 24 godzin.

Problem badawczy

W jaki sposób można trwale połączyć dwie cegły?

Hipoteza

Do łączenia cegieł można wykorzystać zaprawę murarską.

Co było potrzebne

• piasek;

• wapno gaszone;

• woda;

• duża zlewka;

• łyżka;

• bagietka;

• dwie cegły.

Przebieg doświadczenia

W zlewce zmieszano wapno gaszone i piasek w stosunku wagowym 1:3. Następnie dodano niewielką ilość wody tak, by otrzymana mieszanina miała postać dosyć gęstego ciasta. Całość dokładnie wymieszano. Przygotowaną zaprawę podzielono na dwie części, Jedną z części odłożono i wykorzystano w doświadczeniu nr 5. Pozostałą zaprawą wapienną połączono dwie cegły i pozostawiono do stwardnienia. Następnego dni sprawdzono trwałość połączenia.

Obserwacje

Dwie cegły połączyły się.

Film z przeprowadzonego doświadczenia

R41rrHsW8OMAm

Film ilustruje otrzymywanie zaprawy wapiennej.

Film ilustruje otrzymywanie zaprawy wapiennej.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R41rrHsW8OMAm

Film ilustruje otrzymywanie zaprawy wapiennej.

1

Polecenie 8

Zapisz wniosek wynikający z przeprowadzonego doświadczenia.

RlDlM9erh4lbw

Wniosek: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Czy w Twoim wniosku znajduje się odniesienie do postawionej hipotezy?

Pokaż odpowiedź

Czy zapisany przez Ciebie wniosek zawiera poniższe informacje?

Wniosek:

Postawiona hipoteza jest prawdziwa – za pomocą zaprawy murarskiej (w naszym doświadczeniu będącej zaprawą wapienną) można trwale połączyć dwie cegły. Zaprawa wapienna po upływie 24 godzin stwardniała.

Zaprawa wapienna (będąca jednym z rodzajów zaprawy murarskiej), wykazuje silne właściwości wiążące, dlatego ma zastosowanie w budownictwie. Występujący w niej wodorotlenek wapnia jest materiałem wiążącym, zaś piasek pełni rolę kruszywa wypełniającego, a woda uplastycznia masę tak, aby można było łączyć ze sobą materiały, np. dwie cegły. Po pewnym czasie zaprawa zastyga. Proces ten często nazywany jest także twardnieniem. Jest on związany z odparowywaniem wody oraz z procesami chemicznymi, do których należą: wiązanie przez wodorotlenek wapnia tlenku węgla(IV) z powietrza, zgodnie z równaniem reakcji:

oraz wiązanie tlenku krzemu(IV) z piasku, wg równania reakcji:

Twardnienie jest długotrwałe – zachodzi powoli, nawet przez kilka lat. Dzięki obecności piasku, który warunkuje porowatość zaprawy, tlenek węgla(IV) wnika w coraz to głębsze warstwy muru.

Twardnienie zaprawy murarskiej w różnych warunkach

Doświadczenie 5

Zastanów się, czy warunki atmosferyczne, w jakich zachodzi twardnienie zaprawy wapiennej, mają wpływ na przebieg tego procesu. W udzieleniu odpowiedzi pomoże Ci wykonanie doświadczenia nr 5. Przygotuj niezbędne odczynniki i przyrządy laboratoryjne. Zweryfikuj postawioną hipotezę przeprowadzając doświadczenie wg załączonej instrukcji. W oparciu o odnotowane obserwacje, sformułuj odpowiedni wniosek. Jeśli nie masz możliwości samodzielnego wykonania doświadczenia, obejrzyj znajdujący się pod instrukcją film.

R1VVXPPENm07y

Problem badawczy:. Hipoteza:. Co będzie potrzebne: ;. Instrukcja: 1.

Zastanów się, czy warunki atmosferyczne, w jakich zachodzi twardnienie zaprawy wapiennej, mają wpływ na przebieg tego procesu. W udzieleniu odpowiedzi pomoże Ci wykonane doświadczenia nr 5. Przygotowano niezbędne odczynniki i przyrządy laboratoryjne. Zweryfikuj postawioną hipotezę analizując doświadczenie wg załączonej instrukcji. W oparciu o odnotowane obserwacje, sformułuj odpowiedni wniosek.

Problem badawczy

Czy twardnienie zaprawy murarskiej zależy od warunków, w jakich zachodzi ten proces?

Hipoteza

Szybkość twardnienia zaprawy murarskiej zależy od warunków, w jakich zachodzi ten proces.

Co było potrzebne

• zaprawa murarska (możesz wykorzystać zaprawę wapienną przygotowaną w trakcie doświadczenia nr 4);

• szkiełko zegarkowe;

• jeden zakręcany słoiczek z wodą;

• Trzecią kulkę umieść w słoiczku wypełnionym tlenkiem węgla(IV). Naczynie zamknij.

• Czwartą ogrzewaj w płomieniu palnika.

• Po kilku godzinach, za pomocą bagietki, sprawdź twardość każdej z kulek.

Obserwacja

Kulka, która była ogrzewana, kruszy się, podobnie jak ta, która była pozostawiona na powietrzu. Z kolei ta, która była zamknięta w słoiku z tlenkiem węgla(IV), nie kruszy się w tak dużym stopniu jak dwie poprzednie. Kulka umieszczona w wodzie rozpadła się.

Wnioski

Postawiona hipoteza jest prawdziwa – proces twardnienia zaprawy murarskiej (zaprawy wapiennej) zależy od warunków środowiska, w jakich zachodzi. Najtwardsza okazała się być zaprawa, którą umieszczono w słoiku z tlenkiem węgla(IV), najmniej twarda ta, którą umieszczono w wodzie (w ogóle nie stwardniała). Kulka, która była ogrzewana, ma nieco mniejszą twardość niż kulka pozostawiona na powietrzu bez ogrzewana.

Film z przeprowadzonego doświadczenia

RLOKFvz0r077e

Film przedstawia doświadczenie, w którym wykorzystano zaprawę wapienną.

Film przedstawia doświadczenie, w którym wykorzystano zaprawę wapienną.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RLOKFvz0r077e

Film przedstawia doświadczenie, w którym wykorzystano zaprawę wapienną.

1

Polecenie 9

Napisz obserwacje i wnioski do przeprowadzonego doświadczenia.

RWNqelWbJOlvv

Obserwacje: (Uzupełnij) Wnioski: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Czy w Twoim wniosku znajduje się odniesienie do postawionej hipotezy?

Pokaż odpowiedź

Czy zapisane przez Ciebie obserwacje i wnioski zawierają poniższe informacje?

Obserwacje:

Kulka, która była ogrzewana, kruszy się, podobnie jak ta, która była pozostawiona na powietrzu. Z kolei ta, która była zamknięta w słoiku z tlenkiem węgla(IV), nie kruszy się w tak dużym stopniu jak dwie poprzednie. Kulka umieszczona w wodzie rozpadła się.

Wnioski:

Postawiona hipoteza jest prawdziwa – proces twardnienia zaprawy murarskiej (zaprawy wapiennej) zależy od warunków środowiska, w jakich zachodzi. Najtwardsza okazała się być zaprawa, którą umieszczono w słoiku z tlenkiem węgla(IV), najmniej twarda ta, którą umieszczono w wodzie (w ogóle nie stwardniała). Kulka, która była ogrzewana, ma nieco mniejszą twardość niż kulka pozostawiona na powietrzu bez ogrzewana.

Polecenie 9

Zapisz w jakich warunkach sprawdzono stopień twardnienia zaprawy wapiennej.

RfFvWjcPvmyUD

(Uzupełnij).

Pokaż odpowiedź

Twardnienie zaprawy wapiennej sprawdzo:

• na szkiełku zegarkowym na powietrzu,

• w butelce z wodą,

• w butelce wypełnionej tlenkiem węgla(IV),

• w płomieniu palnika

Twardnienie zaprawy wapiennej jest uzależnione od warunków środowiska, w jakich zachodzi. Zarówno zbyt wysoka, jak i zbyt niska temperatura otoczenia negatywnie wpływają na twardnienie zaprawy wapiennej. Zaprawa tego rodzaju będzie miała małą trwałość również w wyniku narażenia na dużą wilgoć (np. na opady deszczu). Dlatego też zaleca się stosowanie zapraw wapiennych jako zapraw tynkarskich – do tynków wewnętrznych. Twardnienie zaprawy wapiennej można przyspieszyć, wykorzystując do tego celu specjalne osuszające gazy, które w swoim składzie zawierają tlenek węgla(IV).

5. Zjawiska krasowe

Zjawiska krasowe są wynikiem chemicznego oddziaływania wód powierzchniowych i podziemnych na skały. Nazwa kras pochodzi od nazwy płaskowyżu w Słowenii, gdzie te zjawiska są bardzo popularne. Krasowieniu ulegają przede wszystkim wapienie, a także m.in. dolomity, gips, kreda oraz sól kamienna. Woda nasycona tlenkiem węgla(IV), pochodzącym z atmosfery oraz z gnijących szczątków organicznych, reaguje ze składnikami skał, np. z kalcytem, powodując jego roztwarzanie (w wyniku tego procesu tworzy się dobrze rozpuszczalna w wodzie sól – wodorowęglan wapnia):

Zmniejszenie ilości tlenku węgla(IV) w roztworze, na skutek chociażby odparowywania wody, powoduje proces odwrotny – powolną krystalizację węglanu wapnia:

Strącanie węglanu wapnia z roztworu spływającego ze stropu jaskini prowadzi do tworzenia nacieków, które mogą przybierać różną postać: stalaktytów, stalagmitów czy stalagnatów. Intensywność roztwarzania wapienia zależy od wielu czynników: klimatu, ilości opadów (zachodzi szybciej w klimacie wilgotnym), zawartości tlenku węgla(IV) w wodzie, wysokości n.p.m. (na wysoko położonych obszarach woda krąży dłużej, więc intensywniej działa na skały, powodując ich roztwarzanie), a nawet ukształtowania powierzchni (im bardziej płaski obszar, tym więcej wody wnika w głąb). 
Próby otrzymania stałego wodorowęglanu wapnia na drodze odparowania wody kończą się niepowodzeniem, gdyż strąca się wówczas węglan wapnia. Wodorowęglan wapnia jest trwały jedynie w roztworach.

1

Polecenie 10

Zapoznaj się z poniższym materiałem filmowym i wymień nazwy przynajmniej pięciu przedstawionych w nim jaskiń krasowych. Zastanów się, w jaki sposób położenie geograficzne wpłynęło na ich powstanie.

R8TLTLziiKSVm

Film przedstawia jaskinie krasowe.

Film przedstawia jaskinie krasowe.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R8TLTLziiKSVm

Film przedstawia jaskinie krasowe.

RPmq8nqSPkAve

Odpowiedź: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Zwróć uwagę na czynniki naturalne, które mogą mieć wpływ na formację jaskiń.

Pokaż odpowiedź

Czy twoja odpowiedź zawiera pięć z poniżej wymienionych odpowiedzi?

• Wielka Śnieżna

• Jaskinia Mamucia

• Jaskinia Postojna

• Jaskinia Czystej Wody

• Jaskinia Trzcinowego Fletu.

• Hang Son Doong

• Jaskinia Lechuguilla

Do powstania jaskiń przyczyniła się obecność podziemnych cieków wodnych.

6. Zastosowanie skał wapiennych

Wapień jest głównie stosowany w budownictwie. Z niego wzniesiono wiele historycznych budowli, np. średniowieczną Bramę Floriańską oraz maszkarony w Sukiennicach w Krakowie, zamki na szlaku Orlich Gniazd. Na dużą skalę stanowił on lokalny materiał, z którego budowano domy i budynki gospodarcze.

Budowle ze skał wapiennych

Budowle ze skał wapiennych

RHcOrct7Yrlh1

Zdjęcie przedstawia Bramę Floriańską. Jest to wysoki prostokątny budynek, z czerwonym dachem. Ściany budynku wykonane są z białych dużych kamieni. Na dole budynku znajduje się kwadratowe przejście, którym przechodzi kobieta ubrana w ciemne spodnie i czarną kurtkę.

R1aARFnGQ6EZC

Zdjęcie przedstawia rzeźbę wykonaną z białego kamienia przedstawiającą głowę mężczyzny, na której stoi indyk. W tle jest błękitne niebo.

R1Zw8HqWHUbwI

Zdjęcie przedstawia Zamek w Pieskowej Skale. Na pierwszym planie znajduje się zbiornik wodny, nad którym jest góra z białego kamienia. Na górze znajduje się zamek, wokół którego rośnie kilka zielonych drzew. góra porośnięta jest mchem, a zamek ma prostokątny kształt i jasne lekko żółte ściany oraz czerwony dach.

R1TCR19uj5Sfr

Zdjęcie przedstawia ruiny zamku w Ogrodzieńcu. Na pierwszym planie znajduje się zielona polana z białymi ścieżkami. Dalej są ruiny zamku zbudowanego na wysokich białych skałach. Widoczne są trzy okrągłe wieże, na szczycie jednej z nich jest flaga Polski. Zamek zbudowany jest z szarych kamieni.

Węglan wapnia jest surowcem używanym do produkcji spoiw budowlanych, np. cementucementcementu. Takie zastosowanie wynika z możliwości otrzymywania z tego związku wapna palonego i w efekcie wapna gaszonego, które stanowią podstawę otrzymywania zaprawy murarskiej. Z wapieni wytwarza się również nawozy sztuczne i mączkę wapienną, wykorzystywaną do budowy dróg. Skały wapienne są popularnym materiałem stosowanym w architekturze ogrodowej.

Marmur jest bardzo dobrym materiałem rzeźbiarskim, wysoce cenionym przez artystów. Ciekawa gama kolorystyczna, niepowtarzalne wzornictwo oraz dominacja kalcytu, którego twardość w skali Mohsaskala twardości Mohsaskali Mohsa wynosi 3, ma wpływ na łatwość obróbki i zastosowanie głównie do wystroju wewnątrz budynków. Z płyty marmurowej wykonuje się posadzki, schody, parapety, elementy wykończenia kominków, wazony oraz rzeźby.
Ponadto jest niezwykle atrakcyjnym materiałem budowlanym. Z tego kamienia wzniesiono jedne z najpiękniejszych budowli świata.

Obejrzyj poniższą galerię zdjęć za pomocą strzałek umieszczonych po prawej i lewej stronie.

Przykłady budowli wzniesionych z marmuru

Przykłady budowli wzniesionych z marmuru

RsIJrQSqe0XGD

Na zdjęciu wykonanym w słoneczny dzień na tle błękitnego nieba widoczny jest Tadż Mahal. Budowla wykonana z białego marmuru. Na pierwszym planie jest niski mur, na obu jego końcach stoją okrągłe wieże. Za nim znajduje się bryła budynku zwieńczona dużą kopułą po środku oraz dwiema mniejszymi po bokach.

R1292wGHpSch9

Zdjęcie przedstawia białą marmurową dwupiętrową łódź stojącą na rzece, której woda ma lekko zieloną barwę. Jej ściany tworzą zdobione arkady, dach ma formę dwuspadową.

R1IIUiNQUTKoI

Zdjęcie przedstawia marmurową gotycką katedrę w Mediolanie. Jest to strzelisty budynek z wieloma wieżami zbudowany na planie krzyża łacińskiego.

Polecenie 13

Zapoznaj się z poniższą grafiką i opowiedz krótko o możliwościach zastosowania marmuru. Zastanów się, czy (a jeśli tak, to gdzie i w jaki sposób) w Twojej najbliższej okolicy wykorzystuje się marmur.

Rvg77M3ExQole

Infografika składa się z 6 zdjęć rożnych zastosowań marmuru. Na górnym zdjęciu widać fragment największego kamieniołomu wapienia w Polsce w Krzeszowicach. Poniżej po kolei od lewej zdjęcia marmurowe schody, marmurowa szafka pod umywalkę, rzeźba z marmuru, marmurowy parapet oraz marmurowe naczynie.

R1CT9IdRaqZwd

Odpowiedź: (Uzupełnij).

Pokaż podpowiedź

Jakie właściwości fizyczne ma marmur?

Polecenie 13

Zastanów się i napisz jakie są możliwości zastosowania marmuru.  Zastanów się, czy (a jeśli tak, to gdzie i w jaki sposób) w Twojej najbliższej okolicy wykorzystuje się marmur.

R1JNapD7VBnKe

(Uzupełnij).

Kreda jest skałą, którą dodaje się do białych farb, kitu, proszków i past do zębów. Ma zastosowanie w przemyśle ceramicznym, chemicznym, farmaceutycznym i kosmetycznym. Po zmieszaniu z gipsem służy do wyrobu kredy do pisania.

Podsumowanie

• Podstawowym składnikiem skał wapiennych, do których należą wapień i kreda (skały osadowe) oraz marmur (skała metamorficzna), jest węglan wapnia (${\text{CaCO}}_3$).

• Identyfikację skał wapiennych przeprowadza się za pomocą kwasów (np. kwasu chlorowodorowego). W obecności kwasu (mocniejszego od kwasu węglowego) skała wapienna pieni się – wydziela się bezbarwny, bezwonny gaz. Jest nim tlenek węgla(IV).

• W wyniku prażenia wapieni, powstaje tzw. wapno palone (tlenek wapnia – $\text{CaO}$). Jest ono stosowane m.in. do otrzymywania wapna gaszonego (wodorotlenku wapnia – $\text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2$) i karbidu (węgliku wapnia – ${\text{CaC}}_2$), jako nawóz do wapnowania gleb, a także jako środek owadobójczy.

• Wapno gaszone wykorzystywane jest do produkcji zaprawy murarskiej.

• Wapienie, pod wpływem wody bogatej w tlenek węgla(IV), ulegają chemicznemu wietrzeniu (erozji chemicznej). Stały węglan wapnia (budujący skałę) w wyniku reakcji chemicznej z wodą i tlenkiem węgla(IV) przechodzi w dobrze rozpuszczalny w wodzie wodorowęglan wapnia. Ten z kolei, w wyniku zmian warunków ciśnienia i temperatury oraz zmniejszenia zawartości tlenku węgla(IV) w wodzie, może z powrotem przekształcić się w trudno rozpuszczalny w wodzie węglan wapnia. Opisane reakcje chemiczne są podstawą tzw. zjawisk krasowych.

• Skały wapienne wykorzystywane są w różnych gałęziach przemysłu, m.in. w budownictwie, ogrodnictwie, rolnictwie, przemyśle kosmetycznym, farmaceutycznym, ceramicznym, chemicznym.

Praca domowa

1

Polecenie 15.1

Napisz równania reakcji chemicznych (1 - 7), które przebiegają wg schematu. Skorzystaj z cząsteczkowego zapisu równań reakcji chemicznych. Następnie wykonaj polecenia A‑C.

RxG90ZRZywcVl

A) Określ typy reakcji nr: 1, 2, 3. Wskaż, czy są to reakcje syntezy, czy analizy, czy wymiany.

B) Zastanów się i odpowiedz na pytanie, w jaki sposób należy zmienić temperaturę, by ułatwić przebieg reakcji nr 5? Odpowiedź uzasadnij.

C) Zastanów się i odpowiedz na pytanie, w jaki sposób należy zmienić ciśnienie, aby ułatwić przebieg reakcji nr 5?

RJcC6iD37qxSh

Równania reakcji oraz odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

W reakcjach syntezy z kilku substratów powstaje jeden produkt, w reakcjach analizy z jednego substratu powstają przynajmniej dwa produkty, a w reakcjach wymiany – z kilku (najczęściej dwóch) substratów powstaje kilka produktów.

Pokaż odpowiedź

Czy w Twojej odpowiedzi znajdują się poniższe informacje?

Odpowiedź:

Równania reakcji – zapis cząsteczkowy:

$$1. {\text{CaCO}}_3\stackrel{\text{temperatura}}{\to }\text{CaO}+{\text{CO}}_2$$

$$2. \text{CaO}+{\text{H}}_2\text{O}\to \text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2$$

$$3. \text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2+{\text{CO}}_2\to {\text{CaCO}}_3+{\text{H}}_2\text{O}$$

$$4. {\text{CaCO}}_3+{\text{H}}_2\text{O}+{\text{CO}}_2\to \text{Ca}{\left({\text{HCO}}_3\right)}_2$$

$$5. \text{Ca}{\left({\text{HCO}}_3\right)}_2\stackrel{\text{temperatura},\text{ciśnienie}}{\to }{\text{CaCO}}_3+{\text{H}}_2\text{O}+{\text{CO}}_2$$

$$6. 3 \text{C}+\text{CaO}\to {\text{CaC}}_2+\text{CO}$$

$$7. \text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2+{\text{SiO}}_2\to {\text{CaSiO}}_3+{\text{H}}_2\text{O}$$

A) Typy reakcji: 1 – reakcja analizy; 2 – reakcja syntezy; 3 – reakcja wymiany.

B) Aby ułatwić przebieg reakcji nr 5, należy zwiększyć temperaturę. Jej wzrost skutkuje zmniejszeniem rozpuszczalności tlenku węgla(IV) w wodzie.

Polecenie 15.1

Napisz równania reakcji chemicznych (1 - 7). Skorzystaj z cząsteczkowego zapisu równań reakcji chemicznych. Następnie wykonaj polecenia A‑C.

1. wapień $\to$ wapno palone

2. wapno palone $\to$ wapno gaszone

3. wapno gaszone $\to$ węglan wapnia

4. węglan wapnia $\to$ wodorowęglan wapnia

5. wodorowęglan wapnia $\to$ węglan wapnia

6. wapno palone $\to$ karbid

7. wapno gaszone $\stackrel{{\mathrm{SiO}}_2}{\to }$ karbid

A) Określ typy reakcji nr: 1, 2, 3. Wskaż, czy są to reakcje syntezy, czy analizy, czy wymiany.

B) Zastanów się i odpowiedz na pytanie, w jaki sposób należy zmienić temperaturę, by ułatwić przebieg reakcji nr 5? Odpowiedź uzasadnij.

C) Zastanów się i odpowiedz na pytanie, w jaki sposób należy zmienić ciśnienie, aby ułatwić przebieg reakcji nr 5?

RPyPkAMyklrMC

(Uzupełnij).

1

Polecenie 15.2

Węglan wapnia jest głównym składnikiem pereł, zawierających również substancję organiczną, tzw. konchiolinę, dzięki której perły nie są wieczne, lecz starzeją się. Ich powstawanie zawdzięczamy niewielkim małżom – perłopławom. Perłopław otacza masą perłową obcy element, który dostał się do jego wnętrza. Z biegiem lat obcy element przyjmuje kształt mniej lub bardziej regularnej perły. Biorąc pod uwagę ich twardość, która wynosi 2,5–4,5 w skali Mohsaskala twardości Mohsaskali Mohsa, oraz ich skład chemiczny, opisz, w jaki sposób powinno się zadbać o biżuterię wykonaną z pereł, aby zachwycała swoim pięknem przez wiele lat? Skorzystaj z wiedzy zdobytej podczas analizy niniejszego materiału i z dostępnych Ci źródeł informacji.

RA8M73U5kzZ0F

Zdjęcie przedstawia naszyjnik wykonany z pereł, leżący na czerwonym, połyskującym materiale.

RMzcis02hG3CU

Odpowiedź: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Czy perły są podatne na zarysowania? Czy można je czyścić np. roztworem kwasku cytrynowego?

Pokaż odpowiedź

Czy w Twojej odpowiedzi znajdują się poniższe informacje?

Odpowiedź:

W związku z tym, że perły są podatne na zarysowania, należy przecierać je po użyciu suchą, miękką szmatką. Trzeba również uważać, aby w czasie przechowywania nie miały kontaktu z ostrymi fragmentami innych części biżuterii.

Perły utworzone są z węglanu wapnia, a substancja ta nie jest odporna na działanie m.in. kwasów. Podczas korzystania z pereł, powinno się uważać z doborem kosmetyków (w tym kremów, dezodorantów czy lakierów do włosów), tak by ich składniki nie uszkodziły tych pięknych wytworów w wyniku możliwej do zajścia reakcji chemicznej.

1

Polecenie 15.3

Zastanów się i odpowiedz na pytanie, czy dostrzegasz jakieś podobieństwo pomiędzy procesem zachodzącym w czajniku podczas gotowania twardej wodytwarda wodatwardej wody a powstawaniem form naciekowych, np. stalaktytów i stalagmitów w jaskiniach? Odpowiedź uzasadnij.

R1FhFe6H3TFCL

Odpowiedź: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Twarda woda to woda bogata w jony wapnia i magnezu, pochodzące z dysocjacji elektrolitycznej rozpuszczonych w niej soli (m.in. wodorowęglanu wapnia i wodorowęglanu magnezu).

Pokaż odpowiedź

Czy w Twojej odpowiedzi znajdują się poniższe informacje?

Odpowiedź:

Podczas gotowania twardej wody, w której zawarty jest m.in. wodorowęglan wapnia, obserwuje się wytrącanie osadu, węglanu wapnia. Przemianę tę można opisać równaniem reakcji:

$$\text{Ca}{\left({\text{HCO}}_3\right)}_2\stackrel{\text{ogrzewanie}}{\to }{\text{CaCO}}_3\downarrow +{\text{H}}_2\text{O}+{\text{CO}}_2\uparrow$$

Taka sama reakcja chemiczna przebiega w trakcie powstawania form naciekowych w jaskiniach, kiedy temperatura otoczenia zwiększa się, a rozpuszczalność tlenku węgla(IV) w wodzie maleje.

Słownik

Ćwiczenia

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Hassa R., Mrzigod A., Mrzigod J., To jest chemia. Zakres podstawowy, Warszawa 2012.

Maciejowska I., Warchoł A., Świat chemii. Zakres podstawowy, Kraków 2012.

Pazdro K. M., Chemia. Pierwiastki i związki nieorganiczne, Warszawa 2012.