Известковый камень. Пиротехническая химия: Технический анализ - Годовская К.И Воздействие климатических условий

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА с. ОКТЯБРЬСКОЕ

СТЕРЛИТАМАКСКОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

Секция: Мир химии

Номинация: Мир вокруг нас

Выполнила: Зайдуллина Алсу, обучающаяся 7 класса МОБУ СОШ с. Октябрьское

Научный руководитель: Исхакова Р.У., учитель химии МОБУ СОШ с. Октябрьское

2015

Введение

изучить литературу по данной проблеме;

изучить физические свойства известняка;

изучить химические свойства известняка;

самостоятельно получить известняк;

сделать выводы.

ИЗУЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРЫ. Что такое известняк?

Известняк -осадочная горная порода органического происхождения, состоящая преимущественно из карбоната кальция(CaCO 3 ) в виде кристаллов кальцита различного размера.

Известняк, состоящий преимущественно из раковин морских животных и их обломков, называется ракушечником. Кроме того, бывают нуммулитовые, мшанковые и мраморовидные известняки - массивно-слоистые и тонко-слоистые.

Среди органогенно-обломочного известняка в зависимости от состава и величины частиц различают: рифовый известняк; ракушечный известняк (ракушечник), состоящий преимущественно из целых или дроблёных раковин, скреплённых карбонатным, глинистым или другим природным цементом; детритусовый известняк, сложенный обломками раковин и другими органогенными обломками, сцементированными кальцитовым цементом; водорослевый известняк. К органогенно-обломочным известнякам относится и белый (т.н. Пишущий) мел.

Органогенно-обломочные известняки характеризуются крупной пористостью мной массой и легко обрабатываются (распиливаются и шлифуются). Обломочно-кристаллический известняк состоит из карбонатного детрита разной формы и величины (комочки, сгустки и желваки тонкозернистого кальцита), с включением отдельных зёрен и обломков различных пород и минералов, линз кремней. Иногда известняк сложен оолитовыми зёрнами, ядра которых представлены обломками кварца и кремня. Характеризуются мелкими, разными по форме порами, переменной объёмной массой, малой прочностью и большим водопоглощением. Натёчный известняк (травертин, известковый туф) состоит из натёчного кальцита. Характеризуется ячеистостью, малой объёмной массой, легко обрабатывается и распиливается.

Известняк имеет универсальное применение в промышленности, сельском хозяйстве и строительстве:

В металлургии известняк служит флюсом.

В производстве извести и цемента известняк - главный компонент.

Известняк используется в химической и пищевой промышленности: как вспомогательный материал в производстве соды, карбида кальция, минеральных удобрений, стекла, сахара, бумаги.

Применяется при очистке нефтепродуктов, сухой перегонке угля, в изготовлении красок, замазок, резины, пластмасс, мыла, лекарств, минеральной ваты, для очистки тканей и обработки кожи, известкования почв.

Известняк же с древнейших времён использовали в качестве строительного материала; причем сначала довольно «простодушно»: находили пещеру и обживали её, в соответствии с имевшимися запросами.

2.ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ.

(Приложение 2).

У каждого минерала есть свои, присущие лишь ему признаки, я рассмотрела следующие признаки:

Блеск

матовый

Твердость

средняя

Цвет

бело-серый

Плотность

2000-2800кг / м 3

Электропроводность

10~5 до10~~4

Теплопроводность

0.470 м*K

Растворимость. (Приложение 3)

Растворимость в воде

Известняк не растворяется в воде

Растворимость в ацетоне (Органический растворитель)

Известняк не растворяется в ацетоне

ИЗУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

(Приложение 4)

Опыт №1. Взаимодействие известняка с кислотами (соляная, уксусная, азотная).

Химикаты и оборудование:

Сильные кислоты: HCI (соляная), HNO 3 (азотная).

Слабая CH 3 COOH (уксусная).

Штатив с пробирками, спиртовка, держатель.

Реагент

Наблюдения

Вывод

HCI (соляная),

Реакция бурная

Хорошо взаимодействует с соляной кислотой

HNO 3 (азотная)

На стенках пробирки появились капельки воды и выделился углекислый газ.

Реакция бурная

Хорошо взаимодействует с азотной кислотой. Лучше с соляной.

CH 3 COOH (уксусная)

На стенках пробирки появились капельки воды и выделился углекислый газ.

Реакция медленная, но при нагревании скорость реакции увеличилась.

Плохо взаимодействует с уксусной кислотой. Т.к. кислота слабая.

CaCO 3 +2HCl=CO 2  +H 2 O +CaCI 2

CaCO 3 +2CH 3 COOH= (CH 3 COO) 2 Ca+ H 2 O+ CO 2 

CaCO 3 + 2HNO 3 =Ca(NO 3 ) 2 + CO 2  +H 2 O

Вывод: Известняк взаимодействует с кислотами с выделением углекислого газа и воды. С сильными кислотами реакция была бурной, а со слабой кислотой реакция началась только после нагревания.

Опыт №2. Взаимодействие со щелочами (растворимые в воде основания).

(Приложение 4)

Химикаты и оборудование:

Гидроксид натрия – NaOH, штатив с пробирками, спиртовка, держатель.

Описание опыта : В пробирку внесли некоторое количество известняка и прилили гидроксид натрия. Реакции не было, через 15 минут добавила еще реагента и нагрела. Реакция не наблюдалась.

Вывод: Известняк не реагирует со щелочами.

Опыт №3. Разложение известняка.

(Приложение №5).

Химикаты и оборудование: известняк, штатив, газоотводная трубка, колба, лучина, спиртовка.

Описание опыта : Известняк поместили в пробирку и закрыли газоотводной трубкой, конец которой опустили в колбу. Зажгли спиртовку и начали нагревать. Наличие углекислого газа определили с помощью горящей лучины.

Наблюдения: Известняк разлагается. Цвет стал белым. На стенках пробирки появились капельки воды и выделился углекислый газ.

CaCO 3 CaO+ CO 2

Вывод: При нагревании известняк разлагается с образованием оксида кальция и воды.

Опыт №4. Получение известняка в домашних условиях.

Для выполнения опыта понадобится:

пластмассовое ведерко

пластиковые стаканчики

сухая штукатурка

гипсовая смесь

Время для проведения эксперимента: 15 минут для подготовки к опыту и 5 дней для получения известняка.

Для того, чтобы получить известняк:

Примечание:

Ракушки могут быть любого размера, но воспользуйтесь более мелкими ракушками для наилучшего качества известняка.

Наблюдение: Похож ли получившийся известняк на природный?

Результат:

Известняк является одним из видов осадочных пород. Когда микроскопические морские животные умирают, они падают на дно океана, где их собирают ракушки. Так ракушки собирают эти частицы в течение долгого времени, и формируется известняк .

Известняк – это мягкая осадочная порода органо-химического или органического происхождения, состоящая в основном из кальцита (карбоната кальция) и нередко содержащая примеси кварца, кремния, фосфата, песчаных и глинистых частиц, а также остатки известковых скелетов микроорганизмов. Чаще всего она имеет белый, желтоватый, светло-серый или светло-бежевый цвет, реже бывает розоватого цвета. Бело-желтый и бело-розовый известняк считается наиболее ценным. По своей структуре известняки подразделяются на мраморовидные, плотные и пористые. Учитывая, что известняк является одним из самых бюджетных вариантов при выборе природного камня, заказ изделий из него – это отличное решение коммерческого вопроса.

Мраморовидные породы являются промежуточным звеном между известняком и мрамором, и применяются при строительстве зданий и создании скульптур.

Плотные породы широко используются для изготовления облицовочных плит (применяемых для наружной и внутренней облицовки зданий). Такой камень был популярен еще с древних времен, толстым слоем известняка покрыты даже древние Египетские пирамиды. В нашей стране его часто применяли для возведения храмов. Нередко встречаются и морозостойкие разновидности прочной породы, позволившие древним сооружениям дожить на наших времен, сохранив практически неизменным свой внешний вид.

Пористые известняки имеют несколько видов, отличающихся друг от друга степенью и характером зернистости: оолитовые, пизолитовые, ракушечные, известковый туф и другие. Оолитовые породы состоят из мелких шариков, в центре каждого из которых находится песчинка, обломок раковины или другой инородный материал. Более крупные шарики называются пизолитовым известняком. Ракушечник представляет собой скопления мелких обломков раковин. Некоторые разновидности ракушечников считаются декоративным материалом, легко поддаются обработке и даже полировке. Ракушечник, состоящий из микроскопических раковин, называется мелом. Пористые породы применяют как строительный материал для возведения стен, а также для внутренней и наружной облицовки зданий. Очень пористые отложения называют известковым туфом.

Химический состав известняка: Хим. состав чистого известняка близок к кальциту (СаО 56%, СО2 44,0%). В состав карбонатной части известняка входят также доломит CaMg(CO3)2, FeCO3 и МnСО3 (менее 1%), некарбонатные примеси - глинистые алюмосиликаты и минералы кремнезема (опал, халцедон, кварц), в небольших кол-вах оксиды, гидроксиды и сульфиды Fe, Са3(РО4)2, CaSO4, орг. в-во. Пром. классификация известняков построена на соотношениях содержаний кальцита и главных примесей, доломита и глинистого в-ва, кол-ва к-рых могут варьировать непрерывно вплоть до полного преобладания. К известнякам принято относить породы с содержанием кальцита не менее 50%.

Физические свойства известняка: Главными физическими свойствами известняка являются пластичность, позволяющая придавать изделиям из него любую форму, долговечность, чистота цвета, прочность, однородность структуры, а также высокие теплоизоляционные свойства. Его можно пилить, резать и колоть в любом направлении, обрабатывать на токарном станке или вручную, воплощая любую архитектурную задумку. Этот материал бурно реагирует на кислотные соединения и растворяется в воде. В результате его разложения образуется углекислый газ.

Плотность 2700-2900 кг/м3,

Объёмная масса:

У ракушечников - около 800 кг/м3

У кристаллических известняков до 2800 кг/м3

Предел прочности при сжатии:

Для ракушечника 0,4 МПа

Для кристаллического и афанитового известняка 300 Мпа

Водопоглощение – от 0.1% до 2.1%

Пористость – от 0.5% до 35%

Твердость по шкале Мооса - около 3

Морозостойкость для кристаллических известняков, 300-400 циклов

Особенности образования известняка: Подавляющее большинство этих пород сформировалось в морских мелководных бассейнах (хотя часть из них образовалась и в пресноводных водоемах суши) и залегает в виде пластов и отложений. По своему происхождению известняки делятся на органогенные (из органических остатков), хемогенные (в результате осаждения кальцита) и обломочные (продукт разрушения других известняков).

Добыча известняка: Добыча натурального камня известняк ведется открытым способом, с помощью специальных ломов и молотов, разбивающих верхний слой породы, и экскаваторов, поднимающих каменные глыбы. В России карьерная добыча этого природного камня осуществляется в Ленинградской, Архангельской, Вологодской, Тульской, Белгородской, Воронежской областях, в Подмосковье, в Предуралье, Поволжье, Краснодарском крае, на Северном Кавказе, на Урале, в нескольких районах Восточной Сибири. Одними из самых распространенных стали известняки Мячковского горизонта (Рязанская область) и Владимирский известняк.

Область применения известняка: За 28 веков до нашей эры на Левобережье Нила воздвигнуто величайшее архитектурное сооружение всех времен – пирамида Хеопса, для строительства которой добыто 2,5 млн.м3 блоков известняка. Пирамида вызывает восхищение колоссальными размерами, строгими пропорциями и высоким совершенством работы древних строителей. Она имеет высоту 147 м.

Европе белый камень (известняк и песчаник) стали использоваться для строительства культовых и гражданских сооружений древними греками и римлянами, начиная с V-VII веков до нашей эры (первый Афинский Акрополь был построен в VI веке до нашей эры).

Изделия из натурального облицовочного камня известняк используются для строительства зданий и сооружений и их облицовки, применяются при изготовлении наличников, колонн, каминных порталов и других декоративных элементов, незаменимы для внутренней отделки полов и стен, дверных и оконных проемов, в том числе в помещениях с повышенной влажностью (ванных комнатах, бассейнах). Такие изделия применяют в ландшафтном дизайне при оформлении дорожек, фонтанов, патио, декоративных стенок и прочих объектов сада, а также для оформления оград и сооружения альпийских горок (сохраняет тепло, пропускает воду и воздух, нормализует почвенный состав). Ракушечник и плитка из него используется для наружной и внутренней отделки помещений (квартир, ресторанов, офисов, саун), а также для изготовления декоративных архитектурных элементов, облицовки каминов и печей. Он является единственным материалом, имеющим 100% защиту от радиации. Известняк одно из самых надежных решений для облицовки пола и идеально подходят для использования на кухнях и в ванных комнатах, поскольку они являются водонепроницаемыми и не становятся скользскими при намокании. В последние годы использование плитки из известняка для полов вырос в популярности. Кроме пола известняк может быть использован также для многих других поверхностей. Известняк обычно используется в качестве рабочей поверхности для кухонных столешниц, барных стоек, подоконников, облицовки фасадов, внутренней отделки стен, в озеленении, для бассейнов и для создания потрясающих лестниц.

Карбонат кальция - осадочная горная порода органического, реже хемогенного происхождения, состоящая почти на 100 % из CaCO3 (известняка) в форме кристаллов кальцита различного размера.

Известняки – осадочные горные породы, состоящие главным образом из кальцита. Известняки могут содержать различные примеси (обломочных частиц, органических соединений и др.) Название известнякам дается в зависимости от особенностей слагающих его компонентов.

Известняки широко применяются в строительстве (как облицовочный камень, для производства извести и т. д.), стекольной промышленности, металлургии (флюсы).

Чистые известняки - белого или светло-серого цвета, примеси органических веществ окрашивают карбонат кальция в чёрный и тёмно-серый цвета, а окислы железа - в жёлтый, коричневый и красный.

Описание объекта

Карбонат кальция

Соль; белые кристаллы
ρ= 2.74 г/см³, t п л = 825°C,
Гигроскопичен
Растворимость в воде 0.00015 г/100 мл
K 0 s = 3.8·10⁻⁹

Используется как белый пищевой краситель, для письма на досках, в быту, в строительстве

Электронная теория (донорно –акцепторная) Льюиса 1926 г.

CaCO₃↔ Са 2 ⁺ + CO₃ 2-

Са 2 ⁺ - является кислотой

CO₃ 2- - является основанием

C точки зрения этой теории:

Са 2 ⁺ - акцептор электронной пары для образования общей ковалентной пары.

CO₃ 2- - донор электронной пары для образования общей ковалентной пары.

Выбор методов анализа

Т.к. K 0 s < 10⁻⁸ титрование CaCO₃ кислотой

или щелочью невозможно.

Гравиметрический анализ

Гравиметрический анализ основан на точном измерении массы вещества известного состава, химически связанного с определяемым компонентом и выделенного в виде соединения или виде простого вещества. Классическое название метода – весовой анализ. Гравиметрический анализ основан на законе сохранения массы вещества при химических превращениях и является наиболее точным из химических методов анализа: предел обнаружения составляет 0,10%; правильность (относительная ошибка) - 0,2%.

Методы отгонки. определяемое вещество переводят в летучее состояние, отгоняют и поглощают каким-либо поглотителем, по увеличению массы которого рассчитывают содержание компонента.

Растворение навески.
Создание условие осаждения.
Промывание осадка.
Расчет результатов анализа

Осажденная форма должна быть:

1. Достаточно малорастворимой, чтобы обеспечить практически полное выделение определяемого вещества из раствора.

2. Полученный осадок должен быть чистым и легко фильтрующимся.

3. Осажденная форма должна легко переходить в гравиметрическую.

Основные требования к гравиметрической форме:

1. Точное соответствие ее состава определенной химической формуле.

2. Химическая устойчивость в достаточно широком интервале температур, отсутствие гигроскопичности.

3. Как можно большая молекулярная масса с наименьшим содержанием в ней определяемого компонента, для уменьшения влияния погрешностей при взвешивании на результат анализа.

Полное осаждение достигается, если K s 0 <10 -8 .

Титриметрический анализ

1.Титриметрический (объемный) анализ – один из разделов количественного анализа, основанный на точном измерении объема раствора реагента (титранта), вступившего в химическую реакцию с определяемым веществом. Концентрация раствора должна быть точно известна. Раствор реагента (титранта) с точно известной концентрацией называют стандартным, или титрованным рабочим раствором.

2.Наиболее важной операцией титриметрического анализа является титрование – процесс постепенного прибавления титрованного рабочего раствора к определяемому веществу. Титрование продолжают до тех пор, пока количество титранта не станет эквивалентным количеству реагирующего с ним определяемого вещества.

Выбор методов анализа

Гравиметрический метод

CaCO₃ твердое вещество можно применить:

Метод отгонки
Метод осаждения, предварительно переведя навеску в раствор соляной кислотой.

Титриметрический анализ

Перманганатометрия

Объектами перманганатометрии являются спирты, сахариды, окислители и ионы не обладающие восстановительной активностью, следовательно метод перманганатометрического титрования подходит для анализа карбоната кальция.
Сущьность метода: определяемое вещество титруют раствором перманганата калия.

MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5 = Mn 2⁺ + 4H₂O

Т. к. константа высока, мы можем применить этот метод для анализа

Комплексонометрическое титрование

Основано на реакции образования комплексов ионов металлов с аминополикарбоновыми кислотами (комплексонами).

Из многочисленных аминополикарбоновых кислот наиболее часто используют этилендиаминтетрауксусную кислоту

HOOC H₂C CH₂ COOH

NH⁺ CH₂ CH₂ NH⁺

‾OOC H₂C CH₂ COO‾

Анализ образца

Гравиметрический метод

Расчет массы навески анализируемого вещества и ее взвешивание.
Растворение навески.
Создание условие осаждения.
Осаждение (получение осажденной формы).
Отделение осадка фильтрованием.
Промывание осадка.
Получение гравиметрической формы
Взвешивание гравиметрической формы.
Расчет результатов анализа

Гравиметрический метод

CaCO₃ - твердое вещество нерастворимое в воде. Для переведения его в раствор воспользуемся HCl.

СaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Гравиметрический метод

Метод отгоники

Определяемое вещество переводят в летучее состояние, отгоняют и поглощают каким- либо поглотителем, по увеличению массы которого рассчитывают содержание компонента.

Ход анализа:

При определении карбоната кальция в известняке выделяют CО 2 (действием на СаСО 3 кислоты или прокаливанием), пропускают его через газопоглотительную трубку с натронной известью или аскаритом, по увеличению массы трубки определяют массу поглощенного углекислого газа и рассчитывают массу и массовую долю карбоната кальция в анализируемом образце.

CaCO₃ CaO + CO₂

CO₂ + NaOH Na 2 CO 3 + H 2 O

m(CO₂) = m(труб. кон) – m(труб. нач.)

По уравнению реакции

n(CO₂) = n (CaCO₃)

m (CaCO₃) = n (CaCO₃) * M (CaCO₃)

Гравиметрический метод
Сущность метода: СaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Ca 2 ⁺ + C₂O₄ 2 ⁻ + H₂O = CaC₂O₄ * H₂O ↓

Анализируемое соединение (СаСО₃) нерастворимо в воде. Прежде чем приступать к анализу, необходимо навеску его растворить в кислоте:

СaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Для количественного определения Са 2+ его осаждают в виде оксалата кальция СаС 2 0 4 *Н 2 0 (соль щавелевой кислоты Н 2 С 2 0 4). Осаждение ведут раствором (NH₄)₂C 2 О₄, реагирующим с СаС1 2:

Склонность CaC 2 О₄*H 2 0 выпадать в виде мелкокристаллического осадка, способного проходить сквозь фильтр, является свойством, очень усложняющим работу. Поэтому соблюдение основного условия образования достаточно крупнокристаллических осадков - ведение осаждения из слабо пересыщенного раствора- приобретает здесь весьма большое значение. Эта цель достигается при осаждении СаС 2 О₄ не из нейтрального, а из кислого раствора

Щавелевая кислота ионизирует по уравнениям:

Константы ионизации ее равны соответственно:

Ионы С 2 О₄⁻ появляются в результате второй ступени ионизации, которая, как показывает величина соответствующей константы (К₂), идет сравнительно слабо. Из этого следует, что при подкислении раствора большая часть С₂О₄⁻ ионов, введенных в него с (NH 4) 2 C 2 О₄, будет связываться в анионы НС₂О₄⁻ и далее - в свободную Н₂С 2 О 4:

Концентрация их будет вследствие этого уменьшаться, и притом тем сильнее, чем больше введено в раствор Н + . При достаточно сильном подкислении раствора концентрация С 2 О 4 ⁻ понизится настолько, что произведение растворимости СаС 2 0 4 , равное

окажется не достигнутым, и осадок выпадать не будет.

Если, однако, к такому сильнокислому раствору прибавлять по каплям NH 4 OH, то концентрация Н + будет постепенно понижаться, а концентрация С₂О₄⁻ - возрастать.

В конце концов произведение концентраций [Са 2+ ] [С₂О₄⁻] превысит величину произведения растворимости и осадок начнет выпадать. Но так как аммиак прибавляют по каплям, концентрация С₂0 4 ⁻ в растворе повышается очень медленно и постепенно. Вследствие этого осаждение происходит все время из слабо пересыщенного относительно СаС₂0 4 раствора, и кристаллы его могут в достаточной степени укрупниться.

По мере понижения концентрации Н⁺ в растворе осаждение Са 2+ будет становиться все более и более полным.

Практически полным осаждение становится уже при рН = 3,3.

Дальнейшее прибавление NH 4 OH бесцельно. Момент, когда рН раствора становится равным 4, можно уловить, ведя осаждение в присутствии индикатора метилового оранжевого, который приблизительно при этом значении рН меняет свою розовую окраску на желтую.

Осадок СаС₂0 4 довольно хорошо растворим в воде, промывание чистой водой вызвало бы заметную потерю его. Поэтому в промывную жидкость необходимо вводить С₂О₄⁻-ионы, понижающие растворимость осадка.

Удаляя Сl⁻ промыванием, предотвращают потерю при прокаливании осадка вследствие образования летучего СаСl 2 .

В качестве весовой формы при рассматриваемом определении получается обычно окись кальция СаО, образующаяся из СаС₂0 4 -Н 2 0 при 900-1200 °С; реакция протекает по уравнению

Недостатком СаО как весовой формы является ее гигроскопичность и способность поглощать из воздуха СО₂, поэтому при взвешивании необходимо соблюдение ряда предосторожностей. Кроме того, процентное содержание Са в СаО (и, следовательно, фактор пересчета) велико, что также невыгодно.

Вследствие этих недостатков СаО как весовой формы иногда предпочитают превращать СаС₂0 4 *Н 2 0 в СаС0 3 прокаливанием при температуре около 500 °С или в CaS0 4 обработкой раствором H 2 S0 4 с последующим удалением избытка кислоты осторожным выпариванием ее и прокаливанием сухого остатка.

Пеманаганатометрический метод

Особенности метода:

Доступность
Дешевизна
Высокий окислительно - восстановительный потенциал
Вещество нестандартное, требует стандартизации
В соляно-кислых растворах идет побочная реакция, поэтому используют смесь Рейнгарда-Циммермана

Пеманаганатометрический метод

Сущность метода метод количественного определения веществ с применением титранта – раствора перманганата калия KMnO 4 .

Состав известняка

Химический состав чистых известняков близок к кальциту, где CaO 56% и CO 2 44%. Известняк в ряде случаев включает примеси глинистых минералов , доломита , кварца , реже гипса , пирита и органических остатков, которые определяют название известняков. Доломитизированный известняк содержит от 4 до 17% MgO, мергелистый известняк — от 6 до 21% SiO 2 +R 2 О 3 . Известняк песчанистый и окремнелый имеет примеси кварца, опала и халцедона . Принято отражать в названии известняков также преобладающее присутствие органогенных остатков (мшанковый, водорослевый), либо его структуру (кристаллический, сгустковый, детритусовый), или форму породообразующих частиц (оолитовый, брекчиевидный).

Описание и виды

По структуре выделяют известняки кристаллический, органогенно-обломочный, обломочно-кристаллический (смешанной структуры) и натёчный (травертин). Среди кристаллических известняков по величине зёрен различают крупно-, мелко- и скрытокристаллический (афанитовый), по блеску на изломе — перекристаллизованный (мраморовидный) и кавернозный (травертиновый). Кристаллический известняк — массивный и плотный , слабопористый; травертиновый — кавернозный и сильнопористый. Среди органогенно-обломочного известняка в зависимости от состава и величины частиц различают: рифовый известняк; ракушечный известняк (), состоящий преимущественно из целых или дроблёных раковин, скреплённых карбонатным, глинистым или другим природным цементом; детритусовый известняк, сложенный обломками раковин и другими органогенными обломками, сцементированными кальцитовым цементом; водорослевый известняк. К органогенно-обломочным известнякам относится и белый (т.н. пишущий) . Органогенно-обломочные известняки характеризуются крупной , малой объёмной массой и легко обрабатываются (распиливаются и шлифуются). Обломочно-кристаллический известняк состоит из карбонатного разной формы и величины (комочки, сгустки и желваки тонкозернистого кальцита), с включением отдельных зёрен и обломков различных пород и минералов , линз кремней . Иногда известняк сложен оолитовыми зёрнами, ядра которых представлены обломками кварца и кремня. Характеризуются мелкими, разными по форме порами, переменной объёмной массой, малой прочностью и большим водопоглощением . Натёчный известняк (травертин, известковый туф) состоит из натёчного кальцита. Характеризуется ячеистостью, малой объёмной массой, легко обрабатывается и распиливается.

По макротекстуре и условиям залегания среди известняков различают массивные, горизонтально- и наклоннослоистые, толсто- и тонкоплитчатые, кавернозные, трещиноватые , пятнистые, комковатые, рифовые, фунтиковые, стилолитовые, подводно-оползневые и др. По происхождению выделяют органогенные (биогенные), хемогенные, обломочные и смешанные известняки. Органогенные (биогенные) известняки представляют собой скопления карбонатных остатков или целых скелетных форм морских, реже пресноводных организмов, с небольшой примесью преимущественно карбонатного цемента. Хемогенные известняки возникают в результате осаждения извести с последующей перекристаллизацией карбонатной массы осадков, преимущественно из морской воды (кристаллический известняк) или от натёков из минерализованных (травертин). Обломочные известняки образуются в результате раздробления, смыва и переотложения угловато-окатанных обломков карбонатных и других пород и скелетных остатков, преимущественно в морских бассейнах и на побережьях. Известняки смешанного происхождения представляют собой комплекс отложений, возникших в результате последовательного или параллельного наложения различных процессов образования карбонатных осадков.

Цвет известняков преимущественно белый, светло-серый, желтоватый; присутствие органических, железистых, марганцовистых и других примесей обусловливает тёмно-серую, чёрную, бурую, красноватую и зеленоватую окраску.

Известняк — одна из самых широко распространённых осадочных горных пород; она слагает различные формы рельефа Земли . Залежи известняков встречаются среди отложений всех геологических систем — от докембрийских до четвертичной; наиболее интенсивное образование известняков происходило в силуре, карбоне, юре и верхнему мелу; составляют 19-22% от всей массы осадочных пород. Мощность толщ известняков чрезвычайно изменчива: от первых сантиметров (в отдельных прослоях отложений) до 5000 м.

Свойства известняка

Физико-механические свойства известняков чрезвычайно неоднородны, но имеют прямую зависимость от их структуры и текстуры. Плотность известняков 2700-2900 кг/м 3 , колеблется в зависимости от содержания примесей доломита, кварца и других минералов. Объёмная масса известняков изменяется от 800 кг/м 3 (у ракушечников и травертина) до 2800 кг/м 3 (у кристаллических известняков). Предел прочности при сжатии известняков колеблется от 0,4 МПа (для ракушечника) до 300 МПа (для кристаллического и афанитового известняка). Во влажном состоянии прочность известняков часто снижается. Для большей части месторождений характерно наличие известняков, не однородных по прочности. Потери на износ, истирание и дробимость увеличиваются, как правило, с уменьшением объёмной массы известняков. Морозостойкость для кристаллических известняков достигает 300-400 циклов, но резко изменяется у известняков иной структуры и зависит от формы и связи пор и трещин в нём. Обрабатываемость известняков имеет прямую связь с их структурой и текстурой. Ракушечник и пористые известняки легко распиливаются и обтёсываются; кристаллические известняки хорошо полируются.

Применение известняка

Известняк имеет универсальное применение в промышленности, сельском хозяйстве и строительстве. В металлургии известняк служит флюсом. В производстве извести и цемента известняк — главный компонент. Известняк используется в химической и пищевой промышленности: как вспомогательный материал в производстве соды, карбида кальция , минеральных удобрений, стекла, сахара, бумаги. Применяется при очистке нефтепродуктов, сухой перегонке угля, в изготовлении красок, замазок, резины, пластмасс, мыла, лекарств, минеральной ваты, для очистки тканей и обработки кожи, известкования почв.

Известняк — важнейший строительный материал , из него изготовляются облицовочные

Для известкования применяют разные известковые удобрения: известковую муку (получаемую путем размола известняков, доломитизированных известняков и доломитов, мергеля), рыхлые известковые породы, жженую или гашеную известь, известковые отходы промышленности и др. Все эти материалы содержат большие количества углекислого или едкого кальция или магния (иногда силиката кальция), незначительные количества углекислого железа, марганца (около 0,3%), Р2O5 (0,01 - 0,2%), щелочи, а также не растворимые в кислотах примеси кварца, глины, органических веществ и пирита.
Приблизительное представление о составе известняка может дать качественная проба с разбавленной НСl (1: 4): чистые известняки бурно вскипают и быстро растворяются на холоду в слабой соляной кислоте, а доломиты, доломитизированные известняки и углекислое железо растворяются в этих условиях сравнительно медленно, без заметного вскипания. Известковые туфы и мергели, если они не содержат больших количеств углекислого магния и железа, переходят в раствор также со значительным вскипанием, но при воздействии HCl на мергели остается довольно много нерастворимых примесей.
При использовании известковых пород в качестве удобрений проводят химическое определение углекислоты, нейтрализующей способности, нерастворимого остатка, полуторных окислов, кальция, магния, потери от прокаливания. Этих данных в большинстве случаев вполне достаточно для характеристики известковой породы.
Для определения степени растворимости разных известняков Попп и Контцен предложили учитывать степень растворимости известковых удобрений в 0,025 и. растворе СН3СООН но следующей методике.
5 г средней пробы известняка растирают до прохождения его через сито № 100 (0,17 мм). Навеску пробы в 0,25 г обрабатывают 400 мл 0,025 н. раствора СН3СООН в течение 1 часа и быстро фильтруют. 100 мл фильтрата после удаления углекислоты кипячением и охлаждения титруют 0,05 н. раствором NaOH по фенолфталеину. На основании результатов титрования определяют процент карбонатов, растворившихся в изучаемых образцах известняков. В опытах авторов метода растворилось: из доломита - 23%, из доломитизированного известняка с 7,5% MgCO3 - 87%, из известняка с меньшим содержанием MgCO3 - 100%.
Метод, по мнению авторов, характеризует относительную быстроту и степень нейтрализующего действия различных по качеству известковых удобрений на почву, что может иметь существенное значение при дозировке разных известняков или при решении вопроса о желательной степени их измельчения перед внесением в почву (тонина помола).
Качество применяемого известкового удобрения как материала для нейтрализации кислотности почвы определяется, помимо химического состава, рядом других свойств: твердостью породы, тониной помола, обжигом и прочими, влияющими на растворимость, а следовательно, и на эффективность применяемых известковых удобрений.
Массовое проведение известкования дерново-подзолистых и подзолистых почв выявило необходимость разработки более простых, быстрых и в то же время достаточно точных способов анализа известняков, не требующих для своего выполнения специально оборудованных лабораторий.
При анализе известняков как материала для известкования почв можно значительно сократить число вышеприведенных определений (Блинова, 1931), при этом существенно установить содержание в известняке карбонатов. Из существующих методов определения СO2 опишем три варианта метода титрования как наиболее простые, быстрые и достаточно точные. Укажем также и на общеизвестный газоволюметрический метод, основанный на определении общего количества СO2 карбонатов в известняковых удобрениях при помощи кальциметра.
Определение содержания СO2 карбонатов в углекислой извести методом титрования.
1-й метод (Тредвелл). Взятую на технических весах навеску известняка в 2 г помещают в мерную колбу на 500 мл, обливают 50 мл 1,0 н. раствора НСl и разбавляют до 500 мл водой.
Колбу вместе с содержимым нагревают сначала на слабом огне, а затем постепенно на более сильном, доводя раствор до кипения. Слабое кипение раствора (на сетке) поддерживают до полного разложения известняка (прекращение выделения пузырьков СO2, на что требуется 15- 20 мин.); затем колбе дают остыть, содержимое разбавляют до черты водой, взбалтывают и дают отстояться. Из отстоявшейся жидкости в колбе берут 100 мл раствора, соответствующих 10 мл или 1/5 первоначально прибавленного 1,0 н. раствора НСl, и титруют 0,1 и. раствором NaOH в присутствии метилоранжа или бромтимолблау. По количеству НСl, израсходованной на разложение известняка, вычисляют количество углекислоты, а следовательно, и карбонатов кальция (и магния) в данной навеске известняка.

2-й метод (по Фёрстеру, в описании Н.И. Алямовского, 1963). Навеску в 5 г известкового удобрения после измельчения помещают в колбу на 500 мл, смачивают водой; после этого в колбу прибавляют 250 мл 1 н. НСl, нагревают 30 мин. на кипящей водяной бане при периодическом встряхивании; после охлаждения содержимое колбы доводят водой до черты, перемешивают и фильтруют через сухой фильтр в сухую посуду. Из фильтрата берут 100 мл (соответствующих 50 мл 1 н. HCl или 100 мл 0,5 н. НСl) в коническую колбу или стакан на 250-300 мл, прибавляют 2-3 капли фенолфталеина и несвязанную НСl, титруют 0,5 н. раствором NaOH до порозовения, не исчезающего в течение 1 мин. (1-е титрование).
Далее поступают двояко:
а. Если осадок незначительный, то к почти прозрачному раствору добавляют 2 мл 1 н. НСl (или 4 мл 0,5 н. НСl) и помещают на 30 мин. на кипящую водяную баню для удаления остатка CO2 (так как СO2 оттитровывается в присутствии фенолфталеина). После этого, не охлаждая, раствор окончательно оттитровывают (2-е титрование).
б. Если известь невысокого качества, то после первого титрования обычно выпадает коричневый осадок Fe(OH)3, маскирующий окраску фенолфталеина. В этом случае раствор фильтруют в мерную колбу на 200 мл и осадок на фильтре промывают горячей дистиллированной водой. Затем в фильтрационную колбу добавляют точно 2 мл 1 н. НСl и дистиллированной воды до метки. Из тщательно перемешанной колбы берут пипеткой 100 мл и переносят в коническую колбу - стакан на 250-300 мл. Колбу-стакан ставят на кипящую водяную баню, после чего горячий раствор титруют по фенолфталеину 0,5 н. раствором NaOH. Расход щелочи умножают на 2, так как титровалась половина объема раствора.
Сумма окиси, гидроокиси и карбоната кальция и магния вычисляют по формуле:

Для целей известкования важно знать хотя бы приблизительно содержание магния в известняке; для этого можно не делать полного анализа известняка, а достаточно, установив титрованием общее содержание карбонатов, дополнительно определить кальций в том же растворе и затем путем пересчета найти процентное содержание карбоната кальция в породе. Зная общее процентное содержание карбонатов и содержание карбоната кальция, легко по разности вычислить количество карбоната магния в доломитизированном известняке.
При анализе собственно известняков можно не производить двухкратного осаждения кальция, что необходимо при анализе доломитов и доломитизированных известняков, где присутствует значительное количество магния, способного адсорбироваться осадком щавелевокислого кальция.
Во избежание выпадения магния совместно с оксалатом кальция Виссман рекомендует вести анализ по Ричардсу.
Для осаждения кальция по Ричардсу раствор нагревают на сетке до кипения, прибавляют несколько капель метилоранжа и раствора соляной кислоты до появления отчетливой розовой окраски. Затем добавляют горячий раствор, содержащий 0,5 г щавелевой кислоты в 10 мл 10%-ной НСl (уд. веса 1,05); раствор медленно при кипячении нейтрализуют 1%-ным аммиаком (эта нейтрализация длится около получаса). Конец нейтрализации узнают по переходу красной окраски в желтую, затем прибавляют 50 мл горячего 5%-ного раствора (NH4)2C2O4, удаляют пламя и оставляют стоять 4 часа. После этого фильтруют, промывают осадок 1%-ным раствором щавелевокислого аммония до исчезновения реакции на Сl.
Анализ жженой и гашеной извести. Кроме углекислой извести, при известковании почв применяются также жженая и гашеная известь (пушонка) и другие удобрения, содержащие эти формы извести. Жженая известь, получаемая при обжиге известняков при температуре 800-900°, обладает, вследствие потери СO2 вдвое меньшим весом, чем углекислая известь. Жженая известь при гашении легко распадается в тонкий порошок, что делает очень удобным распределение ее в почве. Чем меньше содержалось в исходном известняке примесей, тем лучше гасится полученный после обжига продукт. При недостаточном обжиге известняка, когда не весь СаСO3 разложился, жженая известь при гашении не распадается в порошок, а остается в виде кусочков.
Жженая известь при хранении на воздухе в кусках изменяется в поверхности, поглощая воду и СO2; поэтому для анализа необходимо брать куски, очищенные сверху от рыхлой массы; отвешивание производят в стаканчике с притертой пробкой.
Определение титрованием суммы СаО, Са(ОН)2 и СаСO3. Жженая и гашеная известь отличается от известняка более растворимой формой кальция. Она содержит СаО или Са(ОН)2 и только незначительные количества СаСO3. Обычным химическим анализом устанавливается только общее количество кальция (и прочих компонентов) в извести, но не определяются его формы. Для определения содержания СаО, Са(ОН)2 и СаСO3 в извести пользуются объемным методом по Тредвеллу.
Навеску извести в 10 г помещают в фарфоровую чашку, гасят окись кальция утроенным по весу количеством прокипяченной дистиллированной воды, хорошенько растирают все кусочки стеклянной палочкой с расширением на конце и через воронку переносят в мерную колбу на 500 мл, ополаскивают чашку и воронку, затем доливают содержимое колбы до метки водой, свободной от углекислоты. После тщательного взбалтывания берут 50 мл мутного раствора (суспензия) в другую полулитровую колбу, добавляют прокипяченной воды до метки и оттуда берут часть раствора для титрования.
Для определения титрованием суммы CaO+Ca(OH) 2+СаСO3 берут 50 мл приготовленной суспензии, что соответствует 0,1 г извести, в коническую колбочку. К суспензии приливают 50 мл 0,1 н. раствора НСl и кипятят 10-15 мин. По охлаждении прибавляют 2-3 капли метилоранжа и оттитровывают избыток кислоты 0,1 и. раствором NaOH. Таким образом суммарно учитываются СаО, Са(ОН)2 и СаСO3.
Расчет процентного содержания суммы щелочных форм кальция ведется по следующей формуле:

Для определения титрованием суммы СаО и Са(ОН2) берут новую порцию в 50 мл (что соответствует 0,1 г извести) предварительно тщательно перемешанной суспензии, прибавляют 1-2 капли фенолфталеина и титруют соляной кислотой на холоду при взбалтывании; титрованную кислоту прибавляют по каплям до обесцвечивания раствора. При титровании с фенолфталеином определяются только СаО и Са(ОН)2. Расчет процентного содержания извести ведется в эквивалентах СаО.
Суммарное количество СаО и Са(ОН)2 эквивалентно расходу соляной кислоты при титровании анализируемой суспензии с фенолфталеином.
Процентное содержание кальция вычисляют по следующей формуле:

где с - количество 0,1 н. раствора НСl, пошедшее на суспензии с фенолфталеином, мл;
d - навеска извести, соответствующая взятому для титрования количеству суспензии, г.
Количество карбонатного кальция соответствует разности между суммой всех форм кальция - СаО, Са(ОН)2 и СаСO3 (см. результаты обратного титрования суспензии с метилоранжем) - и суммой СаО+Са(ОН)2 (см. результаты обратного титрования суспензии с фенолфталеином).
Расчет количества карбонатного кальция, содержащегося в извести, производят по следующей формуле (в экв Сао);