Matura 2018 - Materiały i tworzywa pochodzenia naturalnego

1. Rodzaje skał wapiennych:

- wapień CaCO₃ - materiał budowlany, produkcja cementu i szkła;

- kreda CaCO₃ - produkcja farb, kitów oraz kredy do pisania;

- marmur CaCO₃ - materiał rzeźbiarski i dekoracyjny.

W jaki sposób zidentyfikować skały wapienne?
W reakcji skał wapiennych z kwasami wydziela się CO₂, który powoduje mętnienie wody wapiennej.

CaCO₃ + 2 HCl à CaCl₂ + CO₂ ↑+ H₂O

Rodzaje skał gipsowych:
- gips CaSO₄  * 2 H₂O – materiał budowlany;

- anhydryt CaSO₄  – materiał budowlany, produkcja cementu i kwasu siarkowego (VI).

Hydrat (sól uwodniona) - związek chemiczny zawierający w swojej sieci krystalicznej cząsteczki wody, np. CaSO₄  * 2 H₂O siarczan(VI) wapnia - woda(1/2).
Podczas ogrzewania hydratów wydziela się z nich woda.

Na czym polega proces twardnienia zaprawy gipsowej?
Zaprawa gipsowa to mieszanina gipsu palonego i wody. Proces twardnienia zaprawy gipsowej zachodzi pod wpływem wody:
(2 CaSO₄ * H₂O) + 3 H₂O ---> 2 (CaSO₄ * 2H₂O)

Jakie właściwości ma SiO₂?

 Tlenek krzemu(IV):

- czysty (bez domieszek) jest bezbarwny;

- substancja stała;
- gęstość 2,26 - 4,29 g/cm³

- mało reaktywny chemicznie;

- nie roztwarza się w kwasach (wyjątek HF);

- nie rozkłada się pod wpływem wysokiej temperatury;

- twardy (rysuje szkło).

Przykładowe odmiany kwarcu to: kryształ górski, ametyst, tygrysie oko, agat. Są wykorzystywane do wyrobu biżuterii. 

Ceramika to wyroby z naturalnych glin oraz ich mieszanin z dodatkami substancji mineralnych, np. krzemionki, skaleni, kaolinu. 

Cement to zmielona mieszanina gipsu z wypaloną mieszaniną wapnia i gliny.

Beton jest mieszaniną cementu, piasku, wody i kruszywa (np. żwiru).

 2. Przeróbka wapieni, gipsu i kwarcu:
 a) Najprostszym sposobem przeróbki skał wapiennych jest ich prażenie, czyli ogrzewanie w bardzo wysokiej temperaturze (termiczny rozkład).

Tlenek wapnia jest substancją higroskopijną, czyli ma zdolność pochłaniania wody z otoczenia.

Gaszenie wapna palonego - reakcja egzotermiczna - wydziela się duża ilość ciepła:

CaO + H₂O à Ca(OH)₂
wapno palone + woda --> wapno gaszone

Zaprawa wapienna - mieszanina wapna gaszonego, piasku i wody.
Ca(OH)₂ + SiO₂ à CaSiO₃ + H₂O Powstający krzemian(IV) wapnia zwiększa porowatość spoiwa i tynku.
Proces twardnienia zaprawy wapiennej zachodzi pod wpływem tlenku węgla(IV) zawartego w powietrzu:
Ca(OH)₂ + CO₂ àCaCO₃ ↓ + H₂O


b) Gips palony - prażenie gipsu: 

2 (CaSO₄ * 2H₂O) -Temperatura-> (2 CaSO₄ * H₂O) + 3 H₂O 

gips --> gips palony + woda

Zaprawa gipsowa - mieszanina gipsu palonego i wody. Proces twardnienia zaprawy gipsowej zachodzi szybciej i zależy od stosunku ilości wody. Reakcja egzotermiczna, odwrotna do reakcji prażenia gipsu. 

c) Szkło to substancja bezpostaciowa, mieszanina składająca się głównie z krzemionki SiO_2.

Etapy produkcji szkła:

- mieszaninę SiO₂, CaCO₃, Na₂CO₃ ogrzewa się w piecu do temperatury 1200 - 1400^oC.

- Powstałe z rozkładu węglanów tlenki metali  reagują z tlenkiem krzemu(IV), w czego wyniku tworzy się mieszanina krzemianów Na₂SiO₃ i CaSiO₃. 

- Gorącą masę szklaną ochładza się do temperatury 1000^oC i formuje, np. przez wydmuchiwanie. 

Barwne szkło uzyskuje się, dodając do masy szklanej tlenki metali. Szkło bezpieczne pękając, rozpada się na kawałki o zaokrąglonych brzegach. Szkło optyczne to szkło o bardzo dużej czystości. Szkło laboratoryjne jest odporne na działanie czynników chemicznych. Szkło kryształowe charakteryzuje się dużą gęstością, a po oszlifowaniu silnym połyskiem. 

3. Gleba i jej właściwości.
Właściwości sorpcyjne gleby określają zdolność gleby do pochłaniania gazów i par z powietrza, cząsteczek lub jonów z roztworów oraz mikroorganizmów i drobnych cząstek glebowych z zawiesin znajdujących się w glebie. 

Nawozy naturalne lub sztuczne stosuje się w celu uzupełnienia niedoboru składników odżywczych w glebie oraz zmiany pH gleby.

Do chemicznych źródeł zanieczyszczeń gleby zalicza się m.in.:
- węglowodory i ich pochodne;
- środki czystości;
- nawozy sztuczne;
- spaliny samochodowe. 

Degradacja gleby to obniżenie jej jakości. Sposoby ochrony gleby przed degradacją to m.in.:
- zapobieganie erozji gleby;
- ograniczenie wydobycia kopalin;
- przejmowanie gruntów pod zabudowę techniczną;
- nawadnianie gruntów suchych;
- odwadnianie podmokłych;
- ograniczenie emisji zanieczyszczeń i spalin;
- składowanie odpadów w miejscach do tego przeznaczonych;
- racjonalne stosowanie nawozów sztucznych oraz środków ochrony roślin.  

Rekultywacja - proces przywrócenia zniszczonej gleby do stanu użytkowego.