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碳酸钠和二氧化硅的反应的化学方程式为Na2CO3+SiO2→Na2SiO3+CO2。
一、反应原理
碳酸钠和二氧化硅的反应是在高温下进行的,不能套用常温溶液中的反应规律。该反应能发生的原因是,反应时生成的二氧化碳气体挥发了,二氧化碳逸出反应体系能使二氧化硅与碳酸钠反应的平衡向右不断进行。
二、制取玻璃
在反应完成并冷却后,加入稀盐酸,可得到硅酸胶体。将硅酸胶体加热,可以制成纳米二氧化硅。二氧化硅作为酸性氧化物,在与碳酸钠共热时,生成硅酸钠与二氧化碳,这是制玻璃的一个主要反应。
三、类似反应
在浓磷酸氢二钠水溶液中通入过量氯化氢气体,会生成磷酸和氯化钠,氯化钠在含有过量HCl的水溶液中溶解度很小,可以结晶析出,滤去氯化钠晶体,蒸馏溶液除去过量HCl可得纯磷酸。
碳酸钠和二氧化硅反应的应用:
一、玻璃纤维制造
碳酸钠与二氧化硅在玻璃纤维制造中的应用相似,它们在高温下反应形成玻璃熔体,然后通过纤维化工艺制成玻璃纤维,用于增强塑料、绝缘材料和建筑材料等。
二、洗涤剂
碱性的碳酸钠被广泛用于制造洗涤剂。在清洁过程中,碳酸钠帮助分解油脂和蛋白质等污垢,使其更容易从表面分离,从而提高洗涤效果。
三、肥皂制造
碳酸钠与脂肪酸(通常是动植物油)发生皂化反应,生成肥皂和甘油。在这个反应中,碳酸钠中的碱性部分与脂肪酸酯中的酯基部分反应,形成肥皂分子和甘油。
四、硅酸钠制备
碳酸钠与硅酸反应生成硅酸钠。硅酸钠在化工工业中用作缓冲剂、融化剂、清洁剂等。
五、建筑材料
碳酸钠与二氧化硅在水泥制备过程中使用。它们的反应产生硅酸钠,与钙氢硅酸盐反应,有助于水泥的硬化和强化。
玻璃纤维主要由以下原料制成。
硅砂,这是最主要的原料之一,提供二氧化硅成分,是形成玻璃纤维基本结构的关键物质,能保证玻璃纤维的化学稳定性和物理性能。
纯碱,即碳酸钠,可降低玻璃的熔点,使玻璃在较低温度下就能熔融,有助于生产过程的顺利进行,同时能调节玻璃的化学组成和性能。
长石,作为引入氧化铝的原料,能提高玻璃的化学稳定性、机械强度和热稳定性,改善玻璃的成型性能。
硼砂,可降低玻璃的热膨胀系数,提高玻璃的热稳定性、化学稳定性和透明度,在一些特殊性能要求的玻璃纤维生产中发挥重要作用。
如何制作玻璃
玻璃制作是非常古老的手艺,考古资料证明玻璃的制作可追溯到公元前2500以前。制作玻璃曾经是非常罕见及珍贵的艺术,如今已演变成普通工业。玻璃制品作为容器、绝缘体、增强纤维、镜片及装饰性艺术被用于商业及居家用途。尽管制作玻璃的材料各异,但其过程却是大致相同的,下面将为你进行说明。
使用火炉或窑
准备硅砂。硅砂也被称为石英砂,是制作玻璃的主要材料。想要制作透明玻璃片需要没有铁杂质的玻璃,因为铁质的存在会造成玻璃呈绿色。
将碳酸钠和氧化钙添加到硅砂里。碳酸钠(俗称洗涤碱)降低商业上制作玻璃所需温度。然而,碳酸钠会使水流过玻璃,所以必须添加氧化钙或石灰来使玻璃不溶于水中。此外,你也可加入氧化镁和(或)氧化铝,使制作出来的玻璃更耐用。一般上,这些添加剂在玻璃混合物中占不超过26到30%。
根据玻璃预计的用途添加其它化学品。装饰性玻璃最常见的添加物是氧化铅,能让水晶玻璃器皿闪闪发亮,并能增加柔软度,使玻璃更容易切割,而且还能降低熔点。眼镜镜片可能含有氧化镧,因为它拥有折射属性,而铁质则可帮助玻璃吸热。
添加化学品使玻璃达到想要的颜色(如有)。如上所述,石英砂粒的铁杂质是制造出来的玻璃呈绿色,所以你可添加氧化铁增加绿色色调,氧化铜也能起同样作用。硫化物可产生淡黄色、琥珀色、褐色甚至是黑色色调,一切取决于有多少碳或铁也被添加到玻璃混合物里。
把玻璃混合物放入耐热坩埚或支架里。容器应能承受窑炉里极其高的温度。取决于你所使用的添加物,玻璃混合物的熔点处于15000至2500摄氏度的范围内你所使用的容器也应能轻易被金属钩及杆控制。
将混合物熔成液态。商用硅玻璃可放入煤气火炉完成,而特殊玻璃则需要使用电熔器、坩埚炉或窑制造。
使玻璃熔液均匀并去除气泡。这表示你需要搅拌混合液到固定的稠度,并添加硝酸钠、氯化钠或氧化锑等化学品。
将玻璃熔液塑造成型。你可通过下列七种一种方法使玻璃成型:
待玻璃冷却。切勿把玻璃放在会受干扰或有灰尘、叶子、水滴落的地方。让凉爽物质接触到热玻璃可导致玻璃爆裂。
通过热处理增强玻璃。此过程被称为退火,去除在冷却过程中在玻璃上形成的任何应力点。没有经过退火的玻璃明显较为脆弱。一旦完成此过程,玻璃随后可镀膜、夹层或其它改善强度和耐久性的处理。
使用炭烤架
用炭烤架制作一个临时火炉。此方法利用大炭火产生的热度将硅砂熔成玻璃。需要要使用的材料相对便宜及普通,理论上,你只需要到五金店一趟就已准备好自制玻璃了。使用大炭烤架,标准尺寸的圆形烤架即可。使用最坚固结实的烤架。大部分的炭烤架底部有一个通气孔,把这通气孔打开。
了解此方法的危险。此方法将迫使传统烤架在大于其正常温度限制下燃烧,热得可能甚至使烤架本身也一起熔化。如果鲁莽进行此方法,可引起严重伤亡。请谨慎行事。备有大量泥土、沙石或用于高温的灭火器,以在必要时帮助灭火。
采取每一个可能的预防措施来保护自己和财产,以免在高温下受伤害。在户外空间大的混凝土表面进行此方法。切勿使用任何无法替代的用具。当你在加热玻璃时,请勿站在烤架附近。你也应该尽量穿上防护服,包括:
准备一个附有长管的车间吸尘机。使用布基胶带或其它方法调整长管的角度,以便它能在不触及烤架主体的前提下直接对着底部通气孔吹气。你也可将长管固定在烤架的其中一个支柱或轮子上。尽量让吸尘机主要部件远离烤架。
在烤架里铺满木炭。使用的木炭须比烤肉所用的更多。有人通过把木炭堆至几乎满出来而取得成功的结果。把含有硅砂的铸铁锅或坩埚放在烤架中间,被木炭包围着。
点燃木炭。你可阅读木炭的包装,看看木炭是否能直接点燃,抑或需要点火液。让火焰均匀地蔓延。
等待木炭变热。当木炭呈浅灰色并散发出橙色火光,那就表示它们已经变热。你仅需站在烤架附近就能感觉到散发的热度。
启动车间吸尘机让空气进入木炭。木炭接触到底部传来的空气可燃烧到非常高温(1093摄氏度)。请保持谨慎,火势可能会突然旺起来。
玻璃熔化后,请格外小心地使用金属工具将之取出并成型。由于烤架方法无法取得太高的温度,玻璃溶液可能比窑炉制成的还要硬且难以塑造成型。根据寻常方法使用空心管、模具或其它工具使玻璃成型。
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