Szkło, właściowści gleby, metale w przyrodzie.

1 Krzem (Si – silicium) - to pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 14, masie atomowej 28,08 u, należący do grupy węglowców. Tworzy on kryształy szare, twarde, kruche. Jest półprzewodnikiem o temperaturze topnienia 1410C, gęstość 2,33 g/cm3. Rozpuszczalny w zasadach, odporny na działanie kwasów. Krzem jest jednym z podstawowych składników skorupy ziemskiej (ok. 27% masowych). Jest to pierwiastek najpospolitszy po tlenie, występuje w postaci związków we wszystkich niemal skałach.

2 Krzemionka (SiO2) - związek nieorganiczny; bezbarwne ciało stałe, odporne na działanie czynników atmosferycznych, wody, kwasów. Temperatura topnienia wynosi 1710C. Krzemionka ma charakter bezwodnika kwasowego. Stapiany z wodorotlenkami lub węglanami litowców tworzy krzemiany. W przyrodzie bardzo rozpowszechniony - stanowi jeden z głównych składników skorupy ziemskiej; występuje głównie jako: kwarc , trydymit, krystobalit oraz, w formie bezpostaciowej substancji mineralnej zawierającej wodę, jako opal. Dwutlenek krzemu stosuje się do produkcji materiałów ogniotrwałych, szkła, materiałów budowlanych (np. cementu portlandzkiego, cegły silikatowej). Dwutlenek krzemu jest też składnikiem wielu katalizatorów, służy również do otrzymywania krzemu i stopów (np. żelazokrzemu).

3 Przy zachowanej wspólnocie cech podstawowych kwarc cechuje się olbrzymią różnorodnością odmian. Różnorodność ta ma wiele aspektów najogólniej jednak odmiany można podzielić na makrokrystaliczne i mikrokrystaliczne, w tych drugich kryształy można wyróżnić tylko za pomocą mikroskopu.
Odmiany makrokrystaliczne różnią się od siebie pokrojem kryształów, barwą, obecnością charakterystycznych wrostków oraz formami występowania.
Charakterystyczne wykształcenie kryształów często jest wynikiem warunków narastania ścian, najbardziej znane odmiany to kwarc berłowy, babiloński, kapturowy, gwiaździsty, szkieletowy i widmowy.
Jeszcze liczniejsze są odmiany barwne. Nazwę kwarc bez bliższego określenia stosuje się do kwarcu bezbarwnego, szarego, o tłustym połysku. Inne odmiany mają własne nazwy:
a) kryształ górski - całkowicie bezbarwny i doskonale przezroczysty
b) kwarc mleczny - białawy i mętny od rozsianych drobnych wrostków ciekłych i gazowych
c) kwarc dymny, zadymiony - o barwie ciemnoszarej
d) morion - czarny lub czarnobrunatny
e) cytryn – żółty
f) ametyst - fioletowy
g) kwarc różowy
Barwy te są wywołane obecnością w sieci przestrzennej atomów innych pierwiastków, lub też defektami sieciowymi.
Liczne są odmiany kwarcu, których barwa i szczególny wygląd są wywołane przez wrostki innych minerałów. Do odmian takich należą:
a) sokole oko - z równolegle ułożonymi igiełkowymi wrostkami niebieskozielonego amfibolu i krokidolitu
b) tygrysie oko - z wrostkami krokidolitu częściowo przeobrażonymi w tlenki żelaza
c) kocie oko - z wrostkami azbestu
d) awenturyn - z wrostkami łyszczyków
e) kwarc żelazisty - z wrostkami tlenków żelaza

4 Krzemiany, substancje krystaliczne będące solami kwasów krzemowych. Krzemiany są związkami trwałymi, nierozpuszczalnymi w wodzie (oprócz krzemianów litowców. Krzemiany występują w przyrodzie jako liczne minerały skałotwórcze (należą do gł. składników skorupy ziemskiej). Krzemiany nierozpuszczalne w wodzie stanowią surowiec do produkcji materiałów ceramiczynych, cementu portlandzkiego oraz szkła. Roztwory wodne krzemianu sodu i potasu tworzą tzw. szkło wodne.

Glinokrzemiany, związki nieorganiczne, krzemiany, w których część atomów krzemu w anionach krzemotlenowych jest zastąpiona atomami glinu; znane są glinokrzemiany, w których glin występuje zarówno w anionie, jak i w postaci kationu centralnego, np. kordieryt są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie jako minerały skałotwórcze, np. skalenie (m.in. ortoklaz, plagioklazy), łyszczyki (np. biotyt), skaleniowce (np. leucyt); stosowane do wyrobu materiałów budowlanych (cegła, cement) i ceramiki (porcelana, fajans). Szlachetne odmiany glinokrzemianów (topaz, jadeit) są używane w jubilerstwie.

5 Cement jest to krzemionka w postaci piasku, a zarazem zaprawa, która twardnieje zarówno w powietrzu jaki i w pod wodą, jets więc, podobnie jak gips palony, zaprawą hydrauliczną.
Cement otrzymuje się przez wypalanie w 1400 C rozdrobnionej mieszaniny wapieni i gipsu z dodatkiem gliny. W zależności od dodatków można otrzymać różne rodzaje cementu, np. portlandzki, hutniczy, glinowy. Cement z dodatkiem piasku, żwiru i wody tworzy gęstą mase, która z czasem twardnieje tworząc beton. Do budowy wielkich konstrukcji beton zbroi się szkieletami stalowych prętów. Otrzymuje se wówczas tzw. żelazobeton.

6 Szkło - to materiał otrzymywany w wyniku stopienia tlenku krzemu z różnymi dodatkami dobranymi w odpowiednich proporcjach, a następnie szybkiego ochłodzenia tak, aby nie doszło do pełnej krystalizacji krzemionki, lecz aby w strukturze pozostało jak najwięcej fazy amorficznej, będącej formalnie rzecz biorąc przechłodzoną cieczą.

a) Otrzymywanie szkła
Surowcem do produkcji tradycyjnego szkła jest piasek kwarcowy oraz dodatki, najczęściej: węglan sodowy i węglan wapniowy, topniki: tlenki boru i ołowiu oraz barwniki, którymi są zazwyczaj tlenki metali przejściowych. Surowce są mieszane, topione w piecu w temperaturze 1400-1500 C, po czym formowane w wyroby przed pełnym skrzepnięciem.

b) Właściwości i rodzaje szkła

Właściwości:
- materiał izotropowy
- słaby przewodnik dla elektryczności
- materiał o dużej odporności chemicznej
- właściwości mechaniczne szkła budowlanego:
- gęstość szkła budowlanego 2400-2600 kg/m3
Właściwości szkła są uzależnione od sposobu wytopu, oraz w ograniczonym zakresie od składu chemicznego.

Rodzaje:
- szkło budowlane: płaskie walcowane i ciągnione, zespolone, hartowane, barwne nieprzejrzyste,
- piankowe, szkła budowlane są zazwyczaj szkłami sodowo/wapniowo/potaso-krzemianowymi.
- szkło jenajskie zwane też szkłem boro-krzemianowym - cechuje je stosunkowo niska temperatura topnienia, łatwość formowania i jednocześnie wysoka odporność na nagłe zmiany temperatury.
- szkło ołowiowe (kryształowe) - przepuszczalne dla ultrafioletu, o bardzo wysokim współczynniku załamania światła, używane do produkcji wyrobów dekoracyjnych, oraz soczewek optycznych.

c) Zastosowanie szkła:

Szkło dzięki swoim cechom znajduje zastosowanie we wszystkich dziedzinach życia. Jest ono stosowane jako:

- optyczne - pryzmaty, soczewki czyli specjalnie uformowane kawałki szkła
- okienne - szyby okienne
- laboratoryjne - sprzęt laboratoryjny
- budowlane - wata szklana, płyty wykładzinowe, izolacja cieplna (szkło piankowe)
- stołowe - szklanki, kieliszki, wazony, talerze, ozdobne dzbanki
- elektrotechniczne - żarówki, izolatory
- butelkowe - butelki
- na opakowania - słoiki i inne szklane opakowania, przydatne w różnych dziedzinach życia

7 Gleba – najbardziej zewnętrzna powłoka litosfery składająca się z luźnych cząsteczek mineralnych i
organicznych, powietrza i wody. Cechą charakterystyczną gleby są procesy glebotwórcze takie jak: klimat, woda, drobnoustroje glebowe, rośliny, zwierzęta oraz działalność człowieka.
Gleba nie ma konkretnej ilości poszczególnych składników. Ilość danej substancji zależy od jej typu. Skład procentowy gleby przedstawia się następująco: 45% części mineralne, 25% woda, 25% powietrze, 5% substancje organiczne.
W przeciwieństwie do zanieczyszczeń powietrza i wody, zanieczyszczenia gleby zalegają w niej bardzo długo - setki lat. Dużym zagrożeniem dla gleby moga być sztuczne nawozy, których celem jest wzbogacanie gleby w pierwiastki niezbędne do życia roślin: azot (N), fosfor (P), potas (K). Nawozy te stają się jednak szkodliwe, jeśli stosowane są w nadmiernych ilościach. Równie groźne jest nadmierne stosowanie środków ochrony roślin lub innych toksycznych substancji. Do gleb przedostają się również pochodzące z przemysłu i motoryzacji metale ciężkie, które mogą z kolei przenikać do rosnących na niej upraw. Oddzielne zagrożenie stanowi zakwaszanie gleb, które zależy od ilości kwaśnych opadów oraz stopnia zakwaszenia wód.

8 Żyzność gleby warunkuje ilość substancji organicznych (próchnicy). Jeśli gleba jest dobrze uwodniona i napowietrzona tym jest żyźniejsza, czyli ma dużą zdolność do zaopatrywania roślin w wodę, tlen i składniki pokarmowe.
Jeżeli glebama odczyn kwasowy, to niekorzystniento wpływa na uprawe roślin. Bardzo ważnym zabiegiem w tej sytuacji jest zobojętnienie kwaśnego odczynu gleby przez dostarczanie jej wapienia, lub dolomitu; tzw. wapnowanie gleb.
Jednym ze sposobów oczyszczania gleb jest wypłukiwanie z niej substancji toksycznych, lub mieszanie gleb bardzo skażonych z glebą czystą.
Aby urzyźnić glebę mozna wprowadzać poplony, dzięki którym gleba wzbogaci się w resztki korzeniowe, dążyć do wyrównania bilansu próchnicy i unikać więcej niż trzykrotnej uprawy po sobie roślin kłosowych.

9 Wietrzenie skał, jeden z podstawowych procesów zmieniających powierzchnię Ziemi, polegający na rozluźnianiu, rozkruszaniu oraz chemicznej przemianie litych skał i przekształcaniu ich w skały luźne. Wietrzenie odbywa się pod wpływem oddziaływania różnorodnych czynników zewnętrznych: atmosfery, hydrosfery i biosfery. Zachodzi na powierzchni Ziemi oraz w przypowierzchniowej warstwie skorupy ziemskiej o miąższości od kilku do kilkudziesięciu m. Grubość tej warstwy zależy m.in. od: rodzaju skał, wysokości poziomu wód gruntowych, występowania zjawiska wiecznej marzłoci.

Rodzaje wietrzenia
1) Wietrzenie fizyczne - rodzaj wietrzenia powodujący zmiany fizyczne, czyli rozpad skały. W zależności od oddziałującego czynnika wyróżnia się:
a)wietrzenie mechaniczne insolacyjne (termiczne), zachodzące pod wpływem następującego na przemian nagrzewania (promieniami słonecznymi) i oziębiania powierzchni skały
b) wietrzenie mechaniczne mrozowe (kongelacja), zachodzące pod wpływem częstych zmian temperatury z dodatniej na ujemną i na odwrót
c) wietrzenie mechaniczne solne (eskudacja), zachodzące pod wpływem krystalizacji soli
d) wietrzenie mechaniczne ilaste (deflokulacja), zachodzące pod wpływem nasiąkania wodą skał ilastych,
e) wietrzenie mechaniczne organiczne - zachodzi pod wpływem mechanicznego oddziaływania organizmów
roślinnych i zwierzęcych
2) Wietrzenia chemiczne - rodzaj wietrzenia doprowadzający do zmian chemicznych, czyli rozkładu skały. Wietrzenie chemiczne zachodzi na skutek:
a) rozpuszczania
b) utleniania
c) uwęglanowienia
d) uwodnienia
e) hydrolizy (rozkładu minerałów na część kwaśną i zasadową)

10 Wśród 112 pierwiastków 88 to metale. Metale stanowią 10% masy pierwiastków występujących w
przyrodzie. Niektóre występują w stanie wolnym tzw. Szlachetne np. złoto inne występują w postaci tlenków, soli, wodorotlenków.

Właściwości metali:

Wspólne:
- stały stan skupienia,
- barwa srebrzysto-biała
- połysk metaliczny,
- kowalność i ciągliwość,
- dobry przewodnik prądu i ciepła.

Różnice:
- twardość,
- temperaturo topnienia,
- gęstość,
- aktywność chemiczna

11 Niektóre metale otrzymuje się motodą aluminoterapii. Proces ten polega na redukcji tlenków metali
przy urzyciu sproszkowanego glinu w wysokiej temperaturze (np. Cr). Drugim sposobem jest metoda elektrolityczna, któ®a prowadzi do otrzymania metali o wysokim stopniu czystości.

12 a) Mosiądz - stop miedzi i cynku zawierający do 40% tego metalu. Mosiądze mogą zawierać także dodatki takich metali jak ołów, aluminium, cyna , mangan, żelazo i chrom oraz krzem.
Mosiądze stosuje się na wyroby armatury, osprzęt odporny na wodę morską, śruby okrętowe, okucia budowlane, np. klamki. Na elementy maszyn w przemyśle maszynowym, samochodowym, elektrotechnicznym, okrętowym, precyzyjnym, chemicznym. Ważnym zastosowaniem mosiądzu jest produkcja instrumentów muzycznych.

b) Brąz - stop miedzi z innymi metalami i ewentualnie innymi pierwiastkami, w którym zawartość miedzi zawiera się w granicach 80-90% wagowych
Zastosowanie brązów jest ograniczone ze względu na ich wysoką cenę. Brązy dzieli się na brązy do obróbki plastycznej, dostarczane w formie wyrobów hutniczych – blach, pasów, taśm, prętów, drutów i rur oraz brązy odlewnicze dostarczane w postaci sztab lub kęsów. Brązy odlewnicze stosuje się do odlewania części i elementów do zastosowań podobnych jak w przypadku brązów do obróbki plastycznej oraz do odlewania pomników.

c) Draluminium (skrótowo: dural) to ogólna nazwa stopów metali, zawierających głównie aluminium, któremu towarzyszy domieszka miedzi (2.0-4.9 %), manganu (0.3-1.0 %), magnezu (0.15-1.8 %), krzemu i innych składników w łącznej ilości 6 do 8%, przeznaczony do obróbki plastycznej
Zastosowanie: m.in. w lotnictwie do części konstrukcyjnych, niegdyś także do ram naziemnych pojazdów sportowych, itp.

d) Stal – stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i plastycznie obrabialny o zawartości węgla nie przekraczającej 2,06%.
Stal dostarczana jest w postaci różnorodnych wyrobów hutniczych - wlewki, pręty okrągłe, kwadratowe, sześciokątne, rury okrągłe, profile zamknięte i otwarte, blachy

13 Korozja jest to stopniowe niszczenie tworzyw metalowych i niemetalowych pod wpływem chemicznego i elektrochemicznego oddziaływania środowiska w wyniku którego zmieniają się stan i właściwości niszczonego tworzywa. W przypadku metali rozróżnia się korozję chemiczną i elektrochemiczną.

Pasywacja - proces, w którym substancja aktywna chemicznie w danym środowisku wytwarza na swojej powierzchni powłokę pasywną, utworzoną z produktów reakcji tej substancji z otoczeniem. O pasywacji mówimy wtedy, gdy powłoka ta jest całkowicie odporna na dalsze reakcje chemiczne z tym środowiskiem i jednocześnie na tyle szczelna, że stanowi barierę ochronną dla reszty substancji, którą otacza.
Proces pasywacji odnosi się zasadniczo do metali. Może być procesem naturalnym, wynikającym z właściwości danego metalu w danym środowisku, lub też może być procesem sztucznie wywołanym przez człowieka. Nie wszystkie metale ulegają naturalnej pasywacji, a ponadto pasywacja ta przebiega odmiennie dla różnych środowisk.

14 Dzisiejsza medycyna ma na swojej liście ok. 20 pierwiastków potrzebnych człowiekowi. Dzieli się je na makroelementy, czyli te występujące w większych ilościach w naszych organizmach (wapń, fosfor, sód, potas, żelazo, magnez i siarka) oraz mikroelementy zwane również pierwiastkami śladowymi, których nosimy w sobie mniej

Mikro i makroelementy niezbędne są do prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin.Dostarczane są one za pomocą liści i korzeni. Natomiast dla prawidłowego rozwoju i funkcjonowania organizmów zwierzęcych i człowieka dostarczane są przy pomocy pożywienia i wody. Ich niedobór lub nadwyżka mogą wywołać nieprawidłową przemianę materii,co może doprowadzić do zaburzeń w funkcjonowaniu organizmów. Zarówno ich nadmiar, jak i niedobór może upośledzać rozwój organizmu i jego prawidłowe funkcje fizjologiczne. Mikroelementy będące metalami (np. miedź, żelazo, mangan, cynk) wchodzą w skład struktury chemicznej ważnych dla życia roślin i zwierząt enzymów; inne (np. kobalt) są składnikami witamin (kobalamina, wit. B12), brak jodu objawia się niedoczynnością gruczołu tarczycy i jego rozrostem, fluor uczestniczy w tworzeniu się szkliwa zębów. Wpływają na wzrost, rozwój i rozmnażanie się organizmów.