Skały i minerały Opracowane na podstawie książki do 1 klasy na poziomie podstawowym Nowej ery „To jest chemia”

Skorupę ziemską tworzą minerały i skały. Minerały – pierwiastki chemiczne w stanie wolnym oraz związki chemiczne, które powstały w przyrodzie bez udziału człowieka: S, Au, Ag, Pt, SiO2-kwarc, CaSO4-anhydryt, NaCl – halit, Al2O3 – korund. Skały – powstają w wyniku procesów geologicznych i są naturalnymi skupiskami minerałów: wapienne, gipsowe, krzemionka. Skały wapienne Wapń – jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Jego podstawowym minerałem budującym skały wapienne jest kalcyt – węglan wapnia.  

Rodzaje skał wapiennych i ich zastosowanie Do skał wapiennych zalicza się: wapień, kredę – skały osadowe powstałe na dnie mórz i oceanów i marmur – skała metamorficzna (przeobrażona), utworzona z wapieni na które przez wiele milionów lat działały wysokie ciśnienia i temperatury. Wapień CaCO3 – biała skała lub beżowa. Zastosowanie - w budownictwie, do produkcji szkła oraz jako nawóz w rolnictwie. Kreda do 70% CaCO3 – skała biała lub szara. Zastosowanie – do wyrobu kredy do pisania, białych farb, past do zębów i kitów. Marmur CaCO3 - skała o budowie krystalicznej, twarda, barwa biała, szara, różowa lub zielonkawa. Zastosowanie – materiał budowlany i rzeźbiarski.

Skały gipsowe Wapń jest też składnikiem skał gipsowych: anhydrytu i gipsu. Podstawowy związek chemiczny wchodzący w ich skład to siarczan (VI) wapnia. Skały gipsowe są skałami miękkimi. Anhydryt CaSO4 – substancja krystaliczna o barwie niebieskoszarej. Łatwo wchłania wodę co powoduje zwiększenie jej objętości nawet o 60%. Może pękać i się rozwarstwiać. Zastosowanie – budownictwo, jubilerstwo i przemysł cementowy. Gips CaSO4·2H2O – substancja półprzepuszczalna o drobnych kryształach, plastyczna i miękka. Słabo rozpuszcza się w wodzie, dobrze w gorącej. Zastosowanie – budownictwo.

Hydraty Gips to sól uwodniona, czyli hydrat. Cząsteczki wody w hydratach są związane bezpośrednio z jonem metalu albo występują w sieci krystalicznej. Wzór sumaryczny CaSO4 · 2H2O Nazwa systematyczna siarczan (VI) wapnia – woda (1/2) Prażenie hydratów, czyli ogrzewanie ich w wysokiej temperaturze, umożliwia usunięcie związanej w nich wody. Prażony gips stosuje się w bandażach gipsowych. Chlorek kobaltu (II)-woda(1/6) przed ogrzaniem ma czerwoną barwę, a po ogrzaniu zmienia kolor na granatowy. Na ściankach probówkach skrapla się ciecz. Bezwodne sole są higroskopijne.

Krzemionka Krzem zajmuje drugie miejsce pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej. Nie występuje w stanie wolnym, lecz zwykle w postaci SiO2 – krzemionka. Najczęściej spotykany minerał, którego składnikiem jest tlenek krzemu (IV) to kwarc, wchodzący w skład skał, np. piasku. SiO2- substancja stała o budowie krystalicznej, bezbarwny, twardy, mało reaktywny, nie rozkłada się pod wpływem wysokiej temperatury nie reaguje z wodą ani z kwasami – wyjątek HF w którym SiO2 roztwarza się. Odmiany kwarcu (wszystkie to SiO2): ametyst, agat, tygrysie oko , kryształ górski.

Przeróbka wapieni, gipsu i kwarcu Wapno palone CaO – biały, krystaliczny proszek, higroskopijny. Stosowany do osuszania niektórych cieczy i gazów. W budownictwie do produkcji wapna gaszonego. Najprostszym sposobem przeróbki skał wapiennych jest ich prażenie. Termiczny rozkład wapieni w piecach zwanych wapiennikami. T CaCO3 → CaO + CO2↑ Wapno gaszone Ca(OH)2 – otrzymuje się w reakcji egzotermicznej CaO + H2O → Ca(OH)2 Zaprawa wapienna to mieszanina wapna gaszonego, piasku i wody. Stosowana w budownictwie jako spoiwo do łączenia cegieł oraz do sporządzania tynków. Jest plastyczna a po wyschnięciu twardnieje. Proces twardnienia zaprawy wapiennej zachodzi pod wpływem CO2 zawartego w powietrzu. Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O  

Gips palony – wykorzystuje się do sporządzania zaprawy gipsowej. W wyniku prażenia gipsu w temperaturze 190-200° uzyskuje się gips palony. T 2 (CaSO4 · 2 H2O) → (2 CaSO4 · H2O) + 3 H2O gips gips palony siarczan (VI) wapnia-woda(1/2) siarczan (VI) wapnia-woda(2/1) Zaprawa gipsowa – materiał wiążący. Mieszanina gipsu palonego i wody. Zastosowanie- wykonywanie odlewów i wyrobów ceramiki, w budownictwie do wyrównywania ścian, w medycynie do przygotowywania opatrunków usztywniających złamane kończyny. Proces twardnienia zaprawy gipsowej zachodzi szybko. Wydziela się ciepło. (2 CaSO4 · H2O) + 3 H2O → 2 (CaSO4 · 2 H2O) gips palony gips

Szkło Szkło to mieszanina składająca się głównie z krzemionki, czyli tlenku krzemu (IV). Jest substancją bezpostaciową czyli ma nieuporządkowaną strukturę wewnętrzną. Dlatego szkło nie ma ściśle określonej temperatury topnienia. Można jedynie określić zakres temperatur, w jakich szkło mięknie. Etapy produkcji szkła: Mieszaninę SiO2, CaCO3 i Na2CO3 ogrzewa się w piecu do temperatury 1200-1400°C. 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°C i formuje, np. przez wydmuchiwanie.

Właściwości gleby i jej ochrona Gleba powstaje ze skał w wyniku procesów wietrzenia, czyli długotrwałego działania: wody, powietrza, zmiennej temperatury, mikroorganizmów. Gleba ma silne właściwości sorpcyjne, czyli wchłania i zatrzymuje m.in. wodę, cząsteczki oraz jony. Pochłonięte przez glebę substancje odżywcze i mineralne umożliwiają odżywianie roślin przez system korzeniowy. Niedobór składników odżywczych w glebie uzupełnia się stosując nawozy naturalne lub sztuczne. Naturalne – to związki chemiczne występujące w przyrodzie np. CaCO3, popioły drzewne, kompost. Sztuczne – wytworzone przez człowieka fosforowe, azotowe, potasowe. Czynniki, które powodują degradację gleby (obniżenie jej jakości) to: tworzywa sztuczne, metale, ścieki, szkodliwe substancje wydostające się z kominów, spaliny. Zniszczone gleby można przywrócić do stanu użytkowego w procesie zwanym rekultywacją.

Odmiany alotropowe Zjawisko występowania pierwiastka chemicznego w kilku odmianach różniących się właściwościami fizycznymi oraz chemicznymi to alotropia. Odmiany pierwiastka chemicznego różniące się budową wewnętrzną, a więc też właściwościami fizycznymi i chemicznymi, są nazywane odmianami alotropowymi. Zjawisko alotropii dotyczy węgla, fosforu, siarki, cyny, żelaza czy tlenu. TLEN występujący naturalnie w formie tlenu atmosferycznego, ozonu WĘGIEL występujący w formie diamentu, grafitu, fulerenu, grafenu, nanorurek FOSFOR występujący w formie fosforu czerwonego, białego, fioletowego i czarnego SIARKA występująca w formie romboidalnej, jednoskośnej i polimerycznej. ŻELAZO o sieci regularnej przestrzennie centrowanej (α i δ) oraz regularnej ściennie centrowanej (γ).

Tlen cząsteczkowy O2 - gaz bezbarwny, bezwonny, bez smaku, skroplony jest niebieskawą cieczą, zestalony tworzy niebieskie kryształy, słabo rozpuszcza się w wodzie. Ozon O3 – gaz o orzeźwiającej woni, barwy niebieskiej, skroplony przechodzi w ciemnoniebieską ciecz, zestalony tworzy czarnofioletowe kryształy, znacznie lepiej rozpuszcza się w wodzie niż O2, cząsteczka jest polarna, Nazywany również aktywnym tlenem, Jest bardzo silnym sterylizatorem znanym człowiekowi. Niszczy bakterie, wirusy. Usuwa nieprzyjemne zapachy. W środowisku naturalnym ozon występuje głównie jako skutek wyładowań atmosferycznych(błyskawice), które występują w trakcie burz ( char. Świeży zapach ). Ozon powstaje także w wodospadach. - niebieski gaz - Ma większą gęstość od powietrza - Jest gazem niepalnym - Jest silnym utleniaczem

Fosfor występuje w kilku odmianach m. in Fosfor występuje w kilku odmianach m.in. fosfor biały i fosfor czerwony. Fosfor biały jest białą, lepką bardzo trującą substancją. Przechowuje się ją w wodzie, gdyż na powietrzu się utlenia. Fosfor czerwony to nietoksyczny, ciemnoczerwony proszek, mniej aktywny chemicznie niż fosfor biały.

Substancje lecznicze to pierwiastki lub związki chemiczne, które modyfikują czynności organizmu, tak aby zapobiec chorobie lub ją wyleczyć. Niszczą też mikroorganizmy (wirusy, bakterie, grzyby), wywołujące choroby. Leki są mieszaninami substancji leczniczej i substancji pomocniczych (nadających smak, barwę). Leki neutralizujące nadmiar kwasów żołądkowych działają na zasadzie zobojętniania nadmiaru kwasów. HCl + NaHCO3→NaCl+H2O + CO2 Leki na dolegliwości żołądkowe Węgiel leczniczy – węgiel aktywny. Ma silne właściwości adsorpcyjne, dzięki którym pochłania substancje szkodliwe, będące przyczyną zatruć i dolegliwości żołądkowych. Leki przeciwbólowe i przeciwgorączkowe Kwas acetylosalicylowy – aspiryna, hamuje powstawanie związków chemicznych, które biorą udział w przekazywaniu bólu oraz powstawaniu gorączki. Działa też przeciwzakrzepowo-ogranicza sklejanie się płytek krwi, czyli krzepnięciu. Zmniejsza ryzyko zawału serca i udaru mózgu.

O sposobie działania danej substancji chemicznej na organizm człowieka decydują: dawka, struktura chemiczna, stopień rozdrobnienia, rozpuszczalność w wodzie, droga przenikania do organizmu. Dawka to ilość substancji wprowadzonej do organizmu, wyrażona np. w mg/kg masy ciała. Decyduje o tym, czy substancja będzie lekiem, czy trucizną. Dawka minimalna- ilość substancji wywołująca pierwsze dostrzegalne zmiany w organizmie. Dawka lecznicza - ilość substancji powodująca działanie lecznicze (dawka leku). Dawka toksyczna - ilość substancji wywołująca wyraźne zatrucie organizmu. Dawka śmiertelna LD50 – ilość substancji powodująca śmierć 50% zwierząt doświadczalnych. Im mniejsza wartość LD50 tym silniejsza trucizna. Np. NaCl 3000, nikotyna 50, arszenik (tlenek arsenu (III)) 14,6.