Путешествие в Страну элементов

При обычной температуре кремний — инертное вещество. При нагревании же он соединяется почти со всеми элементами. Наиболее важны его природные соединения — минералы, о которых мы рассказали, и многочисленные соли кремниевой кислоты H₂SiO₃. Эта очень слабая кислота образует в воде не обычный, а так называемый коллоидный раствор. Коллоидный раствор — это очень тонкая взвесь: на свет он выглядит мутным, но не оседает, потому что частички растворенного вещества очень малы. Почти все соли кремниевой кислоты нерастворимы в воде. Некоторые из них — полевые шпаты — широко распространены в природе. Хорошо растворяется только натриевая соль кремниевой кислоты Na₂SiO₃. Ее раствор в воде называют жидким стеклом и используют для изготовления клея и как огнезащитный состав для пропитки тканей и дерева.

Стекло

Не будь кремния — не было бы и стекла. Теперь известно много различных сортов стекол.

Обычное стекло (оконное, бутылочное) — сложная соль кремниевой кислоты Na₂CaSi₆O₁₄ или Na₂O·CaO·6SiO₂. Его изготовляют в огромных печах, сплавляя песок SiO₂, известняк CaCO₃ и соду Na₂CO₃. Примеси железа часто окрашивают такое стекло в желто-зеленый цвет. Если необходимо получить окрашенное стекло, то добавляют в расплав различные примеси — кобальта для синего цвета, хрома для зеленого и т. д. Для получения декоративного стекла с сильным блеском («хрустального») добавляют к составу соли свинца.

Обычное стекло имеет один большой недостаток: оно легко бьется при ударах и трескается при неравномерном нагревании. Наша промышленность выпускает для автомобилей специальное закаленное небьющееся стекло. За счет закалки наружный слой этого стекла сильно сжат, а внутренний — растянут. Поэтому оно прочнее обычного стекла, а если все-таки разбивается, осколки получаются тупыми.

Для изготовления химической посуды используют термостойкий сорт стекла «пирекс», а для работы при особо высокой температуре — кварцевое (чистый SiO₂). Оно почти не расширяется при нагревании, поэтому его можно раскалить докрасна и опустить в холодную воду — оно не треснет. В некоторые сорта стекла легко впаиваются металлические проволочки — его используют для изготовления электроламп и радиоламп.

Особо тщательно — строго по специальным рецептам — «варится» оптическое стекло. Объектив телескопа или фотоаппарата дает хорошее изображение лишь в том случае, когда налицо абсолютная прозрачность оптического стекла. Чтобы изделия из оптического стекла не изменяли свою форму при шлифовке, заготовки изделий тщательно отжигают — очень медленно охлаждают. Самые лучшие результаты дают объективы, линзы которых изогнуты из двух сортов стекла: кронгласа и флинтгласа. Из легкого кронгласа делаются выпуклые, а из тяжелого флинтгласа — вогнутые линзы. Такое сочетание линз помогает объективу собирать лучи всех цветов в одну точку, не давая цветных полос по краям изображения.

Керамика

Керамические изделия с незапамятных времен вошли в жизнь человека. Самый древний пример керамического изделия — кирпич. Кирпичи изготовляют из влажной смеси глины и песка, сушат и затем обжигают. Обожженная смесь спекается и перестает пропускать и поглощать воду.

Давно известно людям гончарное ремесло — изготовление глиняной посуды. Гончар бросает комок глиняного теста на медленно вращающийся круг и ловкими движениями пальцев вытягивает из бесформенной глины стенки горшка, тарелки, кринки. Готовый сосуд покрывается узорами, подрезается тонкой ниткой и ставится на просушку. Обязательной операцией при изготовлении любого керамического изделия является обжиг. Чем выше температура, при которой обжигается изделие, тем лучше его качество.

Фарфоровую и фаянсовую посуду делают из одного и того же сорта белой глины — каолина (Al₂O₃·2SiO₂·H₂O), но фарфоровая обжигается при более высокой температуре и поэтому получается полупрозрачной. Фарфоровую и фаянсовую посуду покрывают сверху легкоплавкими сортами стекла — глазурью.

Керамические изделия играют огромную роль в современной технике. Они широко применяются в электро- и радиопромышленности. Разработаны специальные сорта радиофарфора, содержащие, кроме чистого каолина, многие другие химические вещества и обладающие высокими изоляционными свойствами.

Чем еще интересен кремний?

Кроме стекла и керамики, кремний образует много других важных и полезных соединений. Соединение кремния с углеродом — карборунд SiC получают прокаливанием смеси SiO₂ и угля; он уступает по твердости лишь алмазу и является одним из основных материалов для изготовления наждачных и шлифовальных кругов, которые могут обработать самую твердую сталь.