Zastosowanie tlenku krzemu(IV)
Wprowadzenie Przeczytaj Mapa pojęciowa Sprawdź się Dla nauczyciela
Włókna światłowodowe
Światłowody szklane przyniosły w Polsce w latach 80. rewolucję telekomunikacyjną. To dzięki nim w wielu polskich domach pojawił się Internet. Czy wiesz, że światłowody wykonane są m.in. z włókien szklanych, otrzymywanych ze szkła wodnego i czasami również ze stopionego szkła? Podstawowym więc materiałem, stosowanym do ich produkcji, jest tlenek krzemu(IV). Co ciekawe, światłowody szklane są wykorzystywane do przesyłania danych na dużych odległościach, z dużymi prędkościami. Czy znasz inne zastosowania tlenku krzemu(IV) i potrafisz je opisać?
Twoje cele
Przedstawisz główne cechy krzemu.
Wymienisz odmiany tlenku krzemu(IV), występujące w przyrodzie.
Omówisz zatosowanie tlenku krzemu(IV) i jego odmian.
Zastosowanie tlenku krzemu(IV)
Włókna światłowodowe
Źródło: licencja: CC 0, dostępny w internecie:
www.pixabay.com.
Przeczytaj
Kwarc
Krzem jest pierwiastkiem, występującym w przyrodzie w postaci wielu różnych związków chemicznych, a najpopularniejszym z nich jest tlenek krzemu(IV) (SiO ) czyli kwarc, który jest głównym składnikiem piasku.
Tlenek krzemu(IV) w formie piasku (kwarcowego) jest stosowany do produkcji szkła, szkła wodnego, zaprawy murarskiej, cementu, wyrobów ceramicznych, emalii, form odlewniczych i innych.
Odmiany tlenku krzemu(IV), przedstawione poniżej, są stosowane do wyrobów jubilerskich, a także do tworzenia przedmiotów ozdobnych, takich jak puchary.
2
Opal (biały lub wielobarwny)
Źródło: domena publiczna, dostępny w internecie: www.wikipedia.pl.
Agat
Źródło: Hannes Grobe, licencja: CC BY 2.5, dostępny w internecie: www.wikipedia.pl.
Krzemiany
Tlenek krzemu(IV) ma właściwości kwasowe. Nie reaguje z wodą, za to reaguje z roztworami wodorotlenków:
SiO2tlenek krzemu(IV) + 2 NaOHwodorotlenek sodu →900-1000°CNa2SiO3metakrzemian sodu + H2O W wyniku reakcji czystej krzemionki powstaje metakrzemian sodu, stosowany do produkcji żelu
krzemionkowego (silikażelu), o bardzo silnie rozwiniętej powierzchni i dość dużej wytrzymałości mechanicznej.
Kryształ górski
Źródło: licencja: CC BY 4.0, dostępny w internecie: www.es.m.wikipedia.org.
Ametyst
Źródło: licencja: CC BY-SA 4.0, dostępny w internecie: www.ca.m.wikipedia.org.
Silikażel to powszechnie stosowany środek wchłaniający wilgoć (zwłaszcza do oczyszczania i osuszania gazów i cieczy organicznych), nośnik katalizatorów oraz faza stała w chromatografii.
Źródło: Wiebew, licencja: CC BY-SA 3.0, dostępny w internecie: www.hr.m.wikipedia.org.
Szkło
Związki krzemu, zwłaszcza SiO , stosuje się do produkcji różnych rodzajów szkła. Szkło jest bezbarwnym, bezpostaciowym ciałem stałym, które powstaje w wyniku stapiania tlenku krzemu(IV) z innymi
substancjami.
szkło sodowo‑wapniowe (skład: SiO , Na O, CaO) – zwykłe szkło, o stosunkowo niskiej temperaturze topnienia, używane do wyrobu przedmiotów codziennego użytku, np. szklanek.
szkło ołowiowo‑potasowe (skład: SiO , K O, PbO) – wykorzystywane do wytwarzania przedmiotów kryształowych i soczewek.
szkło kwarcowe (skład: SiO ) – szkło przepuszczające promieniowanie ultrafioletowe (UV), używane do produkcji kuwet UV oraz naczyń laboratoryjnych, takich jak tygle i parownice. Ponadto kwarc oraz szkło kwarcowe są ważnymi materiałami stosowanymi w optyce, spektroskopii i elektronice.
Słownik
szkło wodne
wodny roztwór krzemianów(IV): sodu (sz.w. sodowe) lub potasu (sz.w. potasowe), zawierający wodorotlenek sodu lub potasu (zapobiega hydrolizie krzemianu)
kwarc
minerał, odmiana polimorficzna ditlenku krzemu SiO silikażel
wysuszony żel produktów polikondensacji anionów krzemotlenowych, będący uwodnionym ditlenkiem krzemu SiO · nH O
Bibliografia
Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A. , Repetytorium chemia : Liceum - poziom podstawowy
2
2 2
2 2
2
2
2 2
i rozszerzony, Wydawnictwo Szkolne PWN, Warszawa - Bielsko‑Biała 2010.
Józefowicz E, Chemia nieorganiczna, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1962.
Bielański A., Podstawy Chemii Nieorganicznej, t. 2, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010.
Encyklopedia chemii przemysłowej Ullmanna. Weinheim: Wiley‑VCH, 2000.
Pracownia Technologii Światłowodów, www.umcs.lublin.pl
Mapa pojęciowa
Polecenie 1
Czy znasz już wszystkie zastosowania tlenku krzemu(IV)? Wiesz jak właściwości tego związków warunkują jego zastosowania? Aby poznać odpowiedzi na te pytania przeanalizuj poniższą mapą pojęciową, a następnie rozwiąż ćwiczenia.
Mapa pojęciowa pt. „Zastosowanie tlenku krzemu(IV)”.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 2
Opisz zjawisko piezoelektryczności.
Uzupełnij
Polecenie 3
Czym charakteryzują się farby krzemianowe?
Uzupełnij
Polecenie 4
Na podstawie powyższej mapy pojęć oraz dostępnych Ci źródeł stwórz własną mapę myśli dotyczącą zastosowań tlenku krzemu(IV).
Sprawdź się
Ćwiczenie 1
W spektrofotometrze UV-Vis została zbita lampa. Z jakiego rodzaju szkła powinna zostać wykonana osłona lampy?
potasowego kwarcowego
ołowiowo‑potasowego
輸
Ćwiczenie 2
Źródło: domena publiczna.
輸
Ćwiczenie 3
Uzupełnij luki w tekście, pamiętając o odpowiedniej odmianie wyrazów.
Tlenek krzemu(IV) ma właściwości ... Nie reaguje z ..., ale reaguje z roztworami...
W wyniku reakcji czystej krzemionki z zasadą sodową w temperaturze około 1000°C powstaje ..., stosowany do produkcji żelu krzemionkowego (silikażelu).
輸
Ćwiczenie 4
Zaznacz odpowiednie słowa w tekście.
Do wyrobu przedmiotów jubilerskich/soczewek/szyb okiennych stosowane są różne odmiany
silikażelu/kwarcu zbudowanego w głównej mierze z tlenku krzemu(IV). Wśród tych odmian wyróżnić można:
kryształ górski {barwy niebieskiej}/{#przezroczysty}
opal,
ametyst {#fioletowy}/{{przezroczysty}.
醙
Ćwiczenie 5
Dopasuj rodzaj szkła do jego zastosowania.
szyby w oknach, generator ultradźwięków, światłowody, miska kuchenna
szkło kwarcowe szkło kwarcowe szkło potasowe szkło sodowo- wapniowe
醙
Ćwiczenie 6
Zadecyduj, które stwierdzenie jest prawdziwe, a które fałszywe. Zaznacz PRAWDA lub FAŁSZ.
PRAWDA FAŁSZ
Do produkcji tygli laboratoryjnych wykorzystywane jest często
szkło kwarcowe.
□ □
Szkło kwarcowe oprócz tlenku krzemu(IV) zawiera także
tlenek potasu i tlenek ołowiu(II).
□ □
Karborund (SiC) -minerał szlifierski - powstaje w wyniku
stopienia piasku z węglem w temperaturze ponad 1000°C
□ □
Tlenek krzemu(IV) jest składnikiem cementu
w budownictwie.
□ □
醙
Ćwiczenie 7
Związki krzemu, zwłaszcza SiO2, stosuje się do produkcji różnych rodzajów szkła. Opisz do czego wykorzystywane jest szkło sodowo‑wapniowe.
Uzupełnij
難
Ćwiczenie 8
Opisz do czego wykorzystywany jest silikażel (żel krzemionkowy).
Uzupełnij
難
Dla nauczyciela
Autor: Gabriela Iwińska Przedmiot: Chemia
Temat: Zastosowanie tlenku krzemu(IV) Grupa docelowa:
III etap edukacyjny, liceum ogólnokształcące, technikum Podstawa programowa:
Zakres podstawowy
XI. Zastosowania wybranych związków nieorganicznych. Uczeń:
1) bada i opisuje właściwości tlenku krzemu(IV); wymienia odmiany tlenku krzemu(IV) występujące w przyrodzie i wskazuje na ich zastosowania.
Zakres rozszerzony
XI. Zastosowania wybranych związków nieorganicznych. Uczeń:
1) bada i opisuje właściwości tlenku krzemu(IV); wymienia odmiany tlenku krzemu(IV) występujące w przyrodzie i wymienia ich zastosowania.
Kształtowane kompetencje kluczowe:
kompetencje cyfrowe;
kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się;
kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii;
kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji.
Cele operacyjne Uczeń:
przedstawia główne cechy krzemu;
wymienia odmiany tlenku krzemu(IV), występujące w przyrodzie;
omawia zatosowanie tlenku krzemu(IV) i jego odmian.
Strategie nauczania:
strategia asocjacyjna;
strategia problemowa.
Metody i techniki nauczania:
analiza materiału źródłowego oraz ćwiczenia uczniowskie;
dyskusja;
objaśnienie nowej wiedzy;
technika zdań podsumowujących.
Formy pracy:
praca indywidualna;
praca w parach;
praca w grupach;
praca całego zespołu klasowego.
Środki dydaktyczne:
komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do internetu;
zasoby multimedialne zawarte w e‑materiale;
tablica interaktywna/tablica, pisak/kreda;
rzutnik multimedialny.
Przebieg lekcji Faza wstępna:
1. Prowadzący prosi uczniów, aby zgłaszali swoje propozycje pytań do tematu. Jedna osoba może zapisywać je na tablicy. Gdy uczniowie wyczerpią pomysły, a pozostały jakieś ważne kwestie do poruszenia, nauczyciel je dopowiada.
2. Ustalenie celów lekcji. Nauczyciel podaje temat zajęć i wspólnie z uczniami ustala cele.
3. Uczniowie poszukują odpowiedzi na zadane przez siebie pytania w pkt. pierwszym w e‑materiale, w podręcznikach tradycyjnych oraz ewentualnie w internecie. Nauczyciel poszerza zdobyte informacje, tłumaczy niejasności lub koryguje błędne spostrzeżenia. Podopieczni mogą postawić następne pytania po zapoznaniu się z treścią ,,Przeczytaj''.”
Faza realizacyjna:
1. Praca metodą JIGSAW. Nauczyciel dzieli klasę na trzy grupy. Są to tzw. grupy eksperckie. Każdy uczestnik zostaje ekspertem, który w istotny sposób przyczyni się do sukcesu całej grupy. Każdy uczeń występuje w roli uczącego się i nauczającego. Zespoły otrzymują arkusze papieru i mazaki.
Nauczyciel przydziela im różne zagadnienia do opracowania w ciągu 7 minut:
I grupa – kwarc;
II grupa – krzemiany;
III grupa – szkło.
2. Każda grupa otrzymuje arkusze papieru A4, mazaki i zapoznaje się z informacjami w ramach swojego zagadnienia, korzystając z e‑materiałów i innych źródeł informacji. Efektem pracy powinno być wspólne opracowanie na podstawie dyskusji oraz uczenia się nawzajem.
3. Na umówiony znak uczniowie tworzą nowe grupy tak, aby w każdej nowej grupie znaleźli się eksperci z wszystkich pozostałych grup.
4. Eksperci kolejno relacjonują to, czego nauczyli się w swoich pierwotnych grupach, czyli ekspert grupy I uczy pozostałych tego, czego się nauczył sam przed chwilą itd. Uczący uczestnicy przekazują wiedzę pozostałym uczniom. Każda z grup w ten sposób zapoznaje się z całym materiałem
przewidzianym do realizacji na danej jednostce lekcyjnej (czas ok. 6 min).
5. Eksperci wracają do swoich pierwotnych grup, konfrontują zdobytą wiedzę, uzupełniają, sprawdzają, czy wszyscy posiadają zbieżne informacje w omawianych kwestiach (czas ok. 3 minut).
6. Uczniowie analizują w parach mapę pojęciową pt. „Zastosowanie tlenku krzemu(IV)”, a następnie rozwiązują załączone do medium ćwiczenia.
7. Trwa dyskusja na podstawie medium – jakie zastosowanie wydaje się dla uczniów najlepsze i dlaczego?
Faza podsumowująca:
1. Nauczyciel dokonuje podsumowania zagadnień lekcji i rozdaje uczniom przygotowane ksera z głównymi zagadnieniami z lekcji.
2. Nauczyciel rozdaje kartki czerwone i zielone, następnie prosi o podniesienie kartek zielonych przez osoby, które nie mają żadnych wątpliwości związanych z dzisiejszym tematem lekcji, czerwonych przez osoby, które nie wszystko zrozumiały.
Prowadzący prosi, aby na kartkach czerwonych uczniowie napisali, z czym były problemy,
a następnie przykleili je do kosza. Na zielonych piszą, co ich zainteresowało i również przyklejają je do walizeczki (kosz i walizeczka wiszą na tablicy).
Praca domowa:
1. Uczniowie wykonują ćwiczenia zawarte w zestawie ćwiczeń.
Materiały pomocnicze:
1. Polecenia podsumowujące (nauczyciel przed lekcją zapisuje je na niewielkich kartkach):
Gdzie znalazł zastosowanie tlenek krzemu(IV)?
Na czym polega zjawisko piezoelektryczności?
Do czego wykorzystuje się światłowody?
Co to jest silikażel?
Jakimi właściwościami charakteryzują się farby krzemianowe?
Jakie znasz odmiany tlenku krzemu?
2. Nauczyciel przygotowuje:
zielone i czerwone karteczki;
pisaki i flamastry.
Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium:
Medium w sekcji „Mapa pojęciowa” można potraktować jako zadanie domowe dotyczące analizy problemu w temacie „Zastosowanie tlenku krzemu(IV)”.
Przetwarzam wzory matematyczne: 0%
