Как сделать химический песок: Как делается кинетический песок

Речной песок: описание, виды и состав

Для чего нужен речной песок

Речной песок — незаменимый стройматериал, добываемый из русла рек и очищенный от посторонних примесей, в том числе — глины и камешков. При покупке важно знать марку, химический, фракционный состав и другие технические параметры, а также проверить материал на наличие примесей.

Описание, состав и виды

Существует несколько разновидностей песка, которые отличаются местом, способом добычи, составом и другими характеристиками. Самый востребованный в строительстве вид — речной.

Мытый

Добывают его со дна рек. Песчинки гладкие, однородные, среднего размера, имеют желтый или серый цвет. Химическая формула — SiO2, в состав входят оксиды кремния и железа. В нем нет примесей, частичек глины или камешков, потому что промывка происходит естественным путем.

Крупнозернистый

Встречается этот вид намного реже, имеет ненавязчивый, нейтральный цвет. Его ценность и стоимость выше, чем у мытого. Добывают крупнозернистый песок в руслах пересохших рек. Он прекрасно подходит для отделочных, дизайнерских, кладочных работ, дизайна приусадебных участков. Также этот вид входит в состав смеси, которой покрывают автомобильные дороги, и применяется в производстве кирпичей.

Крупный

Добывают путем раскола горных пород с помощью специального дробильно-размольного оборудования. По размеру он отличается от речного крупнозернистого — может достигать 5 мм.

Фракции

Выделяют несколько групп речного песка:

• пылевидный;
• крупнозернистый;
• среднезернистый;
• глинистый.

Сортировка происходит по зернистости с помощью специального сита.

Отличие от других видов

Речной песок — чистый материал. В нем нет примесей, глины, камушек и других инородных частиц.

Материал отличается фракционной однородностью. Благодаря этому он используется при изготовлении сухих смесей для строительных работ. Также его применяют в качестве заполнителя для устройства стяжек полов и в процессе изготовления асфальтобетонной смеси.

Речной песок — отличный природный фильтр, избавляет воду от различных примесей. Материал используют в качестве элемента очистной системы и обустраивают с его помощью дренажи.

В приусадебных хозяйствах речной материал добавляют в почву, чтобы сделать ее рыхлой.

Отличие от морского

Существенных отличий между этими видами нет. Морской, как и речной, — качественный, без посторонних примесей, при добыче проходит двухступенчатое обогащение. Его используют при изготовлении бетонных растворов и смесей.

Отличие от карьерного

Однозначно ответить, какой из этих видов лучше, сложно — все зависит от дальнейшей сферы применения материала. Карьерный представляет собой смесь, полученную путем дробления горных пород специальными приспособлениями, а также в карьерах.

В составе карьерного песка присутствуют примеси частиц глины и камней. Зачастую стройматериал ведет себя непредсказуемо, вступая в реакцию с другими химическими элементами в растворе. Его нельзя использовать в качестве фильтра в очистной системе — для изготовления бетона больше подходит мытый карьерный песок.

Процесс добычи из воды

Добыча осуществляется гидромеханическим способом в несколько этапов:

1. На барже закрепляют земснаряд, оборудованный мощным насосом, гидромеханическим оборудованием, резервуарами и фильтрами для разделения. На дно реки опускают трубчатые стволы с коническими насадками.
2. С помощью специального оборудования на дне реки песок, смешанный с водой, механически всасывается на поверхность.
3. Попадая на берег, смесь поступает в гидроотвал — площадку баржи.
4. Вода стекает по специальному устройству для стока, оставляя сухой песок на поверхности. Поскольку добытый песок влажный, требуется время для его полного осушения.
5. Песок проходит сухую чистку и вывозится на другой барже.

Аналогичным образом происходит добыча из русла пересохших рек.

Технические характеристики, свойства

Покупая речной песок, важно проверить наличие сертификата соответствия. Характеристики материала должны отвечать ГОСТ 8736-93.

Характеристики

Технические характеристики	Единица измерения	Значение
Плотность сухого материала	кг/куб.м.	1,5
Плотность в состоянии естественной влажности	г/куб.см	1,45
Содержится глинистых, илистых и пылевидных частиц	%	0,7
Удельный вес	г/см3	2,6
Влажность	%	4
Засоряющие примеси	%	0,05
Коэффициент фильтрации	м/сутки	5–7
Модуль крупности	мм	1,37–2,3

Размер частиц

Классификация материала в зависимости от размера песчинок:

• Мелкий. Размер частиц не более 2 мм.
• Средний. Размер частиц от 2 мм до 2,5 мм.
• Крупный. Размер частиц больше 2,5 мм.

Плотность

Еще один параметр классификации строительного материала — удельная плотность. Показывает количество материала, которое помещается в единице объема.

Выделяют два вида плотности:

• Удельная. Рассчитывается в лабораториях, редко применяется на практике.

• Насыпная. Определяется как количество песка в емкости объемом
  1 м³, активно применяется на практике.

Области применения

Песок — радиационно безопасный материал, активность естественных радионуклидов не превосходит 370 Бк/кг. В тоже время он прочен, надежен и универсален — речной песок успешно применяется во многих сферах:

• Строительство. Производство бетонных и железобетонных смесей, формирование фундаментных подушек, стяжка и кладка. Основной недостаток материала в том, что он быстро оседает, и смесь приходится постоянно перемешивать.
• Строительство и укладка дорог, постройка аэродромов. Речной песок входит в состав асфальтобетонных смесей, бордюрной плитки.
• Отделочные работы. Производство штукатурки, декорировании помещений, изготовлении сухих отделочных смесей.
• Благоустройство территории и ландшафтные работы.
• Песочницы. Поскольку стройматериал не содержит вредных примесей, сульфитов, серы, он является отличным вариантов для заполнения детской песочницы. При выборе стоит отдавать предпочтение речному песку средней фракции.
• Аквариумы. Хорошо очищает воду в емкости. Чтобы не вызывать дискомфорт у рыбок, лучше покупать крупный речной песок темного цвета.
• Декоративные работы. Сувениры, разноцветные мелки и стеклянные баночки с цветным песком. Для этого материал предварительно окрашивают порошком темперы, пищевыми красителями или обыкновенной гуашью: сначала засыпают в готовые баночки с краской, потом достают и сушат.

Достоинства и недостатки материала

Речной песок имеет множество преимуществ перед другими строительными материалами:

• экологически чистый продукт — не вызывает аллергические реакции, не вредит окружающей среде;
• устойчив к воздействию агрессивных компонентов;
• высокий уровень влагонепроницаемости и шумоизоляции;
• не подвержен гниению, воздействию различных микроорганизмов;
• пожарная безопасность — не выделяет вредных веществ в атмосферу;
• долговечный, соответствует техническим и эстетическим требованиям.

Точная цена стройматериала зависит от размера крупинок, места и способа добычи, объема партии и технических характеристик.

Кварцевый песок — Огнеупорные материалы

Является одним из самых универсальных строительных материалов, применяемых с давних времен. Благодаря привлекательным эксплуатационным характеристикам, он остается одним из самых популярных товаров в своем сегменте. Сфера применения данного материала чрезвычайно широка, и во многих из областей использования ему до сих пор не нашлось достойных замен. Расскажем о нем подробнее.

Виды

Классификация кварцевого песка осуществляется по нескольким основаниям.

1. По природе происхождения: естественный и искусственный. Первый добывается в специальных карьерах механическим путем. Второй появляется в результате обработки минерала (кварца). Его дробят на мелкие части, достигая необходимой фракции кварцевого песка.
2. По форме: окатанный и дробленый. В первом случае крупинки имеют форму сферы без острых углов. Дробленый – неровный, с острыми гранями.
3. Основная область применения: стекольный песок, фракционный и формовочный.

Каждый из этих видов должен применяться, в зависимости от специфики деятельности человека.

Особенности

Достаточно часто новички в сфере строительства путают строительный песок с кварцевым. В итоге получается неразумное расходование финансовых средств, неверные эксплуатационные характеристики и свойства конечного продукта или объекта. Необходимо различать их, чтобы правильно применять.

Особенности производственного процесса и физико-механические свойства кварцевого песка позволяют назвать рассматриваемый материал одним из самых ценных в современной промышленности. Его не используют как наполнитель для строительных составов, не засыпают траншеи, не укладывают подушки и не выравнивают грунт. При этом нельзя сказать, что кварцевый песок не пригоден для осуществления этих целей. Причина отказа проста – в экономическом плане его использование в данной области совершенно невыгодно.

Если сравнивать строительный песок и кварцевый, стоит отметить одно серьезное отличие. Последний отличается более однородным составом. Поры между зернами позволяют назвать этот материал одним из самых грязеемких. При этом, износ отдельных частиц – крайне длительный и сложный процесс (7 баллов по шкале твердости Мооса). Это свойство позволяет применять материал в различных фильтрующих системах.

Использование

Кварцевый песок, благодаря высоким техническим и эксплуатационным характеристикам,

применяется во множестве сфер. Использование в конкретной области зависит от вида.

1. Стекольный кварцевый песок. Уже из названия можно сделать вывод, что этот вид применяется в стекольной промышленности. Из него делают стекло, стекловолокно, изоляционные материалы, керамические изделия и фарфор. Размер отдельных песчинок варьируется от 0,1 до 0,4 мм. Характеристики производимого стекла напрямую зависят от марки кварцевого песка (по уровню содержания железа). Чтобы очистить песок от железа, применяется магнитное обогащение.
2. Формовочный. Основная сфера
   использования – металлургическая промышленность. Из этого материала изготавливают формы для литья. Изделия из этого вида кварцевого песка отличаются от других высокой устойчивостью к экстремальным температурам, а также к механическому воздействию.
3. Фракционный. Один из самых универсальных видов, широко применяется в промышленности. При фракции менее 0,1 мм (пылевидный кварцевый песок) используется в качестве наполнителя для различных высококачественных строительных смесей.

Если размер отдельных песчинок варьируется от 0,2 до 0,8, кварцевый песок используется в качестве абразива для

обработки металлических поверхностей (используется в пескоструйных машинах). С его помощью можно отшлифовать поверхность, снять старый слой краски и даже нанести узор на поверхности из различных материалов.

Наиболее крупные фракции песка приобретают имя кварцевой крошки. Чаще всего ее применяют для декоративной отделки различных поверхностей и элементов интерьера.

Выше было сказано, что кварцевый песок применяется еще и в системах очистки. Имеется в виду как бытовая, так и промышленная очистка. В этом случае используется кварцевый песок самой разной фракции. Таким образом, достигается наилучшая сорбционная способность. Пример

использования кварцевого песка в системах фильтрации – очистка нефтепродуктов от посторонних примесей.

Окрашенный кварцевый песок разной фракции получил наибольшее распространение в детском творчестве, а также в качестве грунта для аквариумов. На зерна песка наносится краска на полиуретановой или эпоксидной основе. В результате песок не истирается и на выгорает, обладает высокой механической и химической устойчивостью.

В строительной промышленности кварцевый песок также применяется. Его используют в процессе изготовления силикатного кирпича и огнеупорного бетона. В дорожной отрасли

песок используют для создания нескользящей поверхности. В животноводстве кварцевый песок дают птицам вместе с пищей, чтобы ускорить процесс переваривания.

Стоит отметить широкое применение кварцевого песка в системах фильтрации для бассейнов. Сегодня это одни из самых популярных систем, благодаря превосходному сочетанию цены и качества.

Работа фильтров основывается на простом принципе: вода поступает сверху в фильтр и под действием гравитации проходит через слой кварцевого песка, очищаясь от загрязнений. Наполнителем для систем фильтрации выступает дробленый кварцевый песок разной фракции.

Характеристики и свойства

Отдельные крупинки кварцевого песка имеют размер от 0,05 до 3 мм. В песке могут содержаться самые разные примеси, которые влияют на его физико-механические свойства и цвет. К примеру, содержание в нем железа придает песку бурый цвет. Титан – розовый, чистый кварц бесцветен. Рассмотрим основные физико-механические характеристики:

• 1 класс радиоактивности;
• плотность составляет более 1400г/см3;
• по шкале Мооса твердость 7;
• дробимость около 0,3;
• истираемость – 0,1.

Химические и физические свойства

Сам по себе кварц имеет кристаллическую структуру, как и любой другой минерал. Это свойство позволяет ему выдерживать значительные механические и химические нагрузки. Кварцевый песок – это крайне твердый и тугоплавкий материал. Химический состав и кристаллическая структура обуславливают тот факт, что материал не только не поддерживает горение, но и является огнеупорным. Песок, который получается из кварца, не вступает в химическую реакцию с другими веществами.

Кварцевый песок должен соответствовать определенным требованиям:

• химический состав предполагает наличие более 95% оксида кремния в своем составе;
• глинистые примеси не должны составлять более 1%;
• оксид железа также не должен быть выше 1%;
• просушенный песок не должен содержать влагу более чем на 10%.

Добыча и изготовление

Кварцевый песок добывается путем разработки его месторождений и дальнейшей добычи механическим способом. Также можно изготовить кварцевый песок с помощью дробления горной породы. Добыча кварцевого песка осуществляется несколькими способами.

Открытый

Это разработка карьеров, механическая добыча с применением специального оборудования. В результате осуществляется удаление слое грунта, обнажение ценных пород, а затем добыча.

Закрытый

Применяется в случае добычи кварцевого песка в различных водоемах. Используются плавучие установки. С помощью насоса песок с примесями поступает на установку, где проходит сушку и очистку.

Производство

Искусственным способов кварцевый песок получаю путем дробления и очистки горных пород, которые содержат его в своем составе. После прохождения процесса дробления песок просеивается, далее очищается от примесей и просушивается. При дроблении фактура песка получается неровной. Чтобы получить искусственный кварцевый песок по параметрам близкий к естественному, осуществляется просеивание. Стоит отметить, что искусственный песок отличается большей однородностью состава, чем естественный.

Оформить заказ

Если вы хотите приобрести кварцевый песок, вы можете сделать это в нашем интернет-магазине. Мы предлагаем продукцию от лучших производителей. Все товары, которые вы найдете на виртуальных прилавках нашего интернет-магазина, отличаются  абсолютным соответствием фактических и заявленных характеристик. Для оформления заказа обращайтесь к нам по указанному номеру телефона.

Производство взрывоопасных газов из песка

1. Домашний
2. Блоги
3. Блог Тома Кунцлемана
4. Производство взрывоопасных газов из песка

Том Кунцлеман | Пт, 07. 01.2022 — 12:16

Введение: Знаете ли вы, что песок можно превратить в смесь газов, которая самовозгорается на воздухе? Используемые процедуры относительно просты в исполнении, зрелищны для наблюдения и связаны с богатым набором химических принципов.

Для начала процесса песок и гранулированный магний (я использую 40-80 меш) смешивают и нагревают в пробирке. Это приводит к восстановлению диоксида кремния в песке магнием с образованием оксида магния и элементарного кремния: ^1,2

SiO ₂ (тв) + 2 Mg → 2 MgO(тв) + Si(тв) Уравнение 1

Вы можете посмотреть краткий обзор извлечения элементарного кремния из песка в видео ниже (Видео 1):

 

Видео 1: Получение кремния из песка, pchemstud в TikTok. 9 декабря 2021 г.

 

В связи с описанным выше процессом силицид магния (Mg2Si) образуется в результате следующих реакций: → Mg ₂ Si(s) + 2 MgO(s)               Уравнение 2                            Уравнение 3

После охлаждения пробирки к продуктам добавляют разбавленную HCl. Кислота реагирует с Mg ₂ Si с образованием различных газов на основе кремния, которые аналогичны алканам на основе углерода: ^4-5

Mg ₂ Si(s) + 4 HCl(aq) → SiH ₄ (г) + 2 MgCl ₂ (водн.)                                                  Уравнение 4

2 Mg ₂ Si(s) + 8 HCl(aq) → Si ₂ H ₆ (г ) + 4 MgCl ₂ (водн.) + H ₂ (г)                        Уравнение 5 6 Si ₃ H ₈ (г) + 6 MgCl ₂ (водн.) + 2 H ₂ (г)                  Уравнение 6 0023 4 Н ₁₀ (г) + 8 MgCl ₂ (водн.) + 3 H ₂ (г)                   Уравнение 7

Эта группа газов в совокупности называется силанами. В частности, SiH ₄ называется силаном, Si ₂ H ₆ дисиланом, Si ₃ H ₈ трисиланом и Si ₄ H ₁₀ называется тетра силан. Образующиеся силаны самовоспламеняются при контакте с кислородом воздуха, при этом образуется много искр:

SiH ₄ (г) + 2 O ₂ (г) → SiO ₂ (с) + 2 H ₂ O(l)                                         Уравнение 8

2 Si ₂ H ₆ (г) + 7 O ₂ (г) → 4 SiO ₂ (т) + 6 H ₂ O(л)                                    Уравнение 9

Si ₃ H ₈ (г ) + 5 O ₂ (г) → 3 SiO ₂ (т) + 4 H ₂ O(ж)                                        Уравнение 1 0

2 Si ₄ H ₁₀ (г) + 13 O ₂ (г)  → 8 SiO ₂ (т) + 10 H ₂ O(ж)                               Уравнение 11

Обратите внимание, что эти искрообразующие реакции аналогичны горению алканов. ⁵ Однако для сжигания алканов обычно требуется источник воспламенения при нормальной температуре и давлении:

CH ₄ (g) + 2 O ₂ (g) → CO ₂ (s) + 2 H ₂ O(l)                                           Уравнение 12 023 2 (г) → 4 СО ₂ (т) + 6 Н ₂ O(l)                                    Уравнение 13 4 (ж) → 3 СО ₂ (с) + 4 Н ₂ О( l)                                        Уравнение 14

2 C ₄ H ₁₀ (г) + 13 O ₂ (г) 900 15 → 8 CO ₂ (s) + 10 H ₂ O(l)                                 Уравнение 15

На видео ниже (Видео 2) представлены различные эксперименты по получению легковоспламеняющихся газов из песка. Эти процессы включают химические реакции, происходящие при нагревании смеси песка и магния (уравнения 1-3), при добавлении кислоты к силициду магния (уравнения 4-7) и горении силанов (уравнения 8-11).

 

Видео 2: Преобразование песка в горючий газ, YouTube-канал Tommy Technetium. 30 декабря 2021 г.

 

Обсуждение: Эти эксперименты связаны с различными химическими темами. Стандартные энтальпии образования (таблица 1) могут быть использованы для расчета стандартных энтальпий всех вовлеченных реакций. Также могут быть рассчитаны стандартные энергии Гиббса и стандартные энтропии реакций. Стандартные энтальпии, энергии Гиббса и энтропии всех перечисленных здесь реакций приведены в таблице в Приложении.

 

Таблица 1: Выбранные термодинамические значения энтальпия его сгорания соответствующий алкан (уравнения 12-15):

Рисунок 1: Энтальпия, выделяющаяся при сгорании силанов и алканов.

 

Тот факт, что силаны выделяют больше энергии при сгорании, чем алканы, указывает на то, что алканы более стабильны, чем силаны, в присутствии кислорода. Этот факт хорошо согласуется с наблюдением, что силаны самовозгораются на воздухе, тогда как алканы для воспламенения требуют источника воспламенения. Кроме того, стабильность алканов по сравнению с силанами позволяет понять наблюдение, что длинноцепочечные молекулы, состоящие из углерода, но не из кремния, встречаются повсеместно. Это последнее наблюдение ясно указывает на то, почему молекулы на основе углерода, а не молекулы на основе кремния обеспечивают молекулярную основу жизни.

Эти идеи можно расширить, сравнив средние энтальпии различных химических связей, содержащих углерод и кремний (таблица 2). Обратите внимание, что в среднем для разрыва связи углерод-углерод требуется на 141 кДж моль ^-1 больше энергии, чем для одинарной связи кремний-кремний. Точно так же для разрыва связи углерод-водород требуется в среднем на 90 кДж моль ^-1 больше энергии, чем для связи кремний-водород. Таким образом, алканы более устойчивы к разрыву химических связей и, следовательно, более устойчивы к химическим изменениям, чем силаны. Дальнейшее обсуждение стабильности молекул с углеродными цепями по сравнению с молекулами с кремниевыми цепями можно найти в ссылке 8.

 

Таблица 2: Средняя энтальпия связи. ^8,9

 

Заключение: Процесс превращения песка в легковоспламеняющиеся силаны чрезвычайно интересен для наблюдения и затрагивает широкий спектр химических тем. Набор реакций (уравнения 1-11), связанных с процессом, обеспечивает платформу для обсуждения концепций химической термодинамики и химической связи. Сравнение термодинамики горения силана с горением алкана позволяет обсудить способность углерода образовывать стабильные длинноцепочечные молекулы. Учитывая широкий спектр химических реакций, имеющих отношение к этому эксперименту, безусловно, есть и другие химические темы, которые можно было бы обсудить. Я хотел бы услышать, какие химические темы приходят вам на ум, когда вы проводите эти эксперименты. Я с нетерпением жду ваших мыслей в комментариях.

Удачных экспериментов!

Приложение: Стандартные энтальпии, энергии Гиббса и энтропии реакций, описанных в уравнениях 1-15.

Литература:

1. Борщев, Дьяченко, Киселев, Крайденко, Журнал прикладной химии , 2013 , 86 (4), 493−497.
2. Favors, Wang, Hosseini Bay, Mutlu, Ahmed, Liu, Ozkan, and Ozkan, Scientific Reports, 2014 , 4 , 5623.
3. Такамори, Осава, Кимура, Лю. и Мукаи, Материалы, сделки , 2008 , 49, (5) (2008), 1089-1092.
4. Джонсон и Изенберг, Дж. Ам. хим. Соц ., 1935 , 57 , 1349-1353.
5. Johnnson, J. Chem. Образование ., 1934 , 11 (4), 256.
6. Дин, Справочник Ланге по химии, 12-е изд. ; McGraw-Hill: Нью-Йорк, Нью-Йорк, 1979; стр. 9-4 — 9-94.
7. Сакс и Кальчер, J. Phys. Хим ., 1991 , 95 (4) 1768-1783.
8. Smith, J. Chem. Образование ., 1988 , 65 (5), 414-415.
9. Котц, Трейчел и Уивер, химия и химическая реактивность, 6-е изд.; Thomson Learning: Belmont, CA, 2006, с. 422.

Понятия: 

щелочноземельные металлы

связывание

химическое изменение

горение

эндотермическое/экзотермическое

окисление-восстановление

реактивность

термохимия

Коллекция: 

Связь и силы притяжения

Демонстрации

Элементы

Материя и изменение

Реакции

Термохимия

Безопасность

Общая безопасность

Для лабораторных работ:  См. Руководство ACS по безопасности химических лабораторий в средних школах (2016 г. ).

Для демонстраций: Пожалуйста, обратитесь к Руководству по безопасности химических демонстраций отдела химического образования ACS.

Прочие ресурсы по безопасности

RAMP: Распознавание опасностей; Оценить риски опасностей; Свести к минимуму риски опасностей; Подготовка к чрезвычайным ситуациям

 

Безопасность: видеодемонстрация

Представленные здесь демонстрационные видеоролики не предназначены для обучения химическим методам демонстрации. Они предназначены для использования в классе. Демонстрации могут представлять угрозу безопасности или показывать явления, которые трудно наблюдать всему классу во время живой демонстрации.

Те, кто выполняет демонстрации, показанные в этом видео, прошли обучение и придерживаются передовых методов безопасности.

Любой, кто собирается провести демонстрацию химии, должен сначала прочитать, а затем соблюдать Руководство по безопасности для демонстрации химии (2016 г. ) . Эти рекомендации также доступны на сайте ChemEd X.

НГСС

Научная практика: анализ и интерпретация данных

Анализ данных в 9–12 основывается на K–8 и переходит к более подробному статистическому анализу, сравнению наборов данных на предмет согласованности и использованию моделей для создания и анализа данных.

Резюме:

Анализ данных в 9–12 основывается на K–8 и переходит к более подробному статистическому анализу, сравнению наборов данных на предмет согласованности и использованию моделей для создания и анализа данных. Анализ данных с использованием инструментов, технологий и/или моделей (например, вычислительных, математических) для обоснованных и надежных научных утверждений или определения оптимального проектного решения.

Граница оценки:

Уточнение:

Научная практика: построение объяснений и разработка решений

Построение объяснений и разработка решений в 9–12 базируется на опыте K–8 и переходит к объяснениям и проектам, которые поддерживаются многочисленными и независимыми источниками доказательств, созданными учащимися, в соответствии с научными идеями, принципами и теориями.

Резюме:

Построение объяснений и разработка решений в 9–12 базируется на опыте K–8 и переходит к объяснениям и проектам, которые поддерживаются многочисленными и независимыми источниками данных, созданными учащимися, в соответствии с научными идеями, принципами и теориями. Построить и пересмотреть объяснение, основанное на действительных и надежных доказательствах, полученных из различных источников (включая собственные исследования учащихся, модели, теории, симуляции, экспертные оценки) и предположении, что теории и законы, описывающие мир природы, действуют сегодня так же, как и раньше. в прошлом и будет продолжать делать это в будущем.

Граница оценки:

Уточнение:

Научная практика: планирование и проведение исследований

Планирование и проведение расследований в 9-12 базируется на опыте K-8 и включает в себя исследования, которые предоставляют доказательства и тестируют концептуальные, математические, физические и эмпирические модели.

Резюме:

Планирование и проведение расследований в 9-12 основывается на опыте K-8 и включает в себя исследования, которые предоставляют доказательства и проверяют концептуальные, математические, физические и эмпирические модели. Планируйте и проводите расследование индивидуально и совместно, чтобы получить данные, которые послужат основой для доказательств, а в плане: определите типы, количество и точность данных, необходимых для получения надежных измерений, и учтите ограничения точности данных ( например, количество испытаний, стоимость, риск, время) и соответствующим образом уточнить план.

Граница оценки:

Уточнение:

Научная практика: использование математики и вычислительного мышления

Математическое и вычислительное мышление на уровне 9–12 основано на K–8 и переходит к использованию алгебраического мышления и анализа, ряда линейных и нелинейных функций, включая тригонометрические функции, экспоненты и логарифмы, а также вычислительных инструментов для статистического анализа для анализа , представлять и моделировать данные. Простые вычислительные модели создаются и используются на основе математических моделей основных предположений. Используйте математические представления явлений для обоснования утверждений.

Резюме:

Математическое и вычислительное мышление на уровне 9–12 основывается на K–8 и переходит к использованию алгебраического мышления и анализа, ряда линейных и нелинейных функций, включая тригонометрические функции, экспоненты и логарифмы, а также вычислительных инструментов для статистических вычислений. анализ для анализа, представления и моделирования данных. Простые вычислительные модели создаются и используются на основе математических моделей основных предположений. Используйте математические представления явлений для обоснования утверждений.

Граница оценки:

Уточнение:

Материя HS-PS1 и ее взаимодействие

Материя и ее взаимодействия помогают учащимся сформулировать ответ на вопрос: «Как можно объяснить структуру, свойства и взаимодействия материи?» Основная дисциплинарная идея PS1 из NRC Framework разбита на три подидеи: структура и свойства материи, химические реакции и ядерные процессы. Ожидается, что учащиеся разовьют понимание субструктуры атомов и предоставят более механистические объяснения свойств веществ. Химические реакции, включая скорости реакций и изменения энергии, могут быть поняты учащимися на этом уровне в терминах столкновений молекул и перегруппировок атомов. Студенты могут использовать периодическую таблицу как инструмент для объяснения и предсказания свойств элементов. Используя эти расширенные знания о химических реакциях, учащиеся могут объяснить важные биологические и геофизические явления. Явления, связанные с ядрами, также важны для понимания, поскольку они объясняют образование и изобилие элементов, радиоактивность, выделение энергии Солнцем и другими звездами, а также выработку ядерной энергии. Студенты также могут применить понимание процесса оптимизации в инженерном проектировании систем химических реакций. Сквозные концепции паттернов, энергии и материи, а также стабильности и изменения вызываются в качестве организующих концепций для этих основных дисциплинарных идей. Ожидается, что в ожидаемых результатах PS1 учащиеся продемонстрируют умение разрабатывать и использовать модели, планировать и проводить исследования, использовать математическое мышление, строить объяснения и разрабатывать решения; и использовать эти практики, чтобы продемонстрировать понимание основных идей.

*Дополнительную информацию об этой категории NGSS можно найти по адресу https://www.nextgenscience.org/dci-arrangement/hs-ps1-matter-and-its-interactions.

Резюме:

» Материя и ее взаимодействия помогают учащимся сформулировать ответ на вопрос: «Как можно объяснить структуру, свойства и взаимодействия материи?» Основная дисциплинарная идея PS1 из NRC Framework разбита на три подидеи: структура и свойства материи, химические реакции и ядерные процессы Ожидается, что учащиеся разовьют понимание субструктуры атомов и предоставят более механистические объяснения свойств. веществ. Химические реакции, включая скорости реакций и изменения энергии, могут быть поняты учащимися на этом уровне с точки зрения столкновений молекул и перегруппировок атомов. Учащиеся могут использовать периодическую таблицу как инструмент для объяснения и предсказания свойства элементов. Используя эти расширенные знания о химических реакциях, учащиеся могут объяснить важные биологические и геофизические явления. Явления, связанные с ядрами, также важны для понимания, поскольку они объясняют образование и распространенность элементов, радиоактивность, выделение энергии от солнца и других звезд, а также производства ядерной энергии.Учащиеся также могут применить понимание процесса оптимизации в инженерном проектировании к системам химических реакций. Сквозные концепции паттернов, энергии и материи, а также стабильности и изменения вызываются в качестве организующих концепций для этих основных дисциплинарных идей. Ожидается, что в ожидаемых результатах PS1 учащиеся продемонстрируют умение разрабатывать и использовать модели, планировать и проводить исследования, использовать математическое мышление, строить объяснения и разрабатывать решения; и использовать эти практики, чтобы продемонстрировать понимание основных идей» 9. 0013 Граница оценки:

Уточнение:

Химические реакции HS-PS1-2

Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут построить и пересмотреть объяснение результата простой химической реакции на основе самых удаленных электронных состояний атомов, тенденций в периодической таблице и знания закономерностей химических свойств.

*Более подробную информацию обо всех DCI для HS-PS1 можно найти на https://www.nextgenscience.org/dci-arrangement/hs-ps1-matter-and-its-interactions, а также дополнительные ресурсы на https://www. .nextgenscience.org.

Резюме:

Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут построить и пересмотреть объяснение результата простой химической реакции, основанное на самых удаленных электронных состояниях атомов, тенденциях в периодической таблице и знании закономерностей химических свойств.

Граница оценки:

Оценка ограничивается химическими реакциями с участием элементов основных групп и реакциями горения.

Уточнение:

Примеры химических реакций могут включать реакцию натрия и хлора, углерода и кислорода или углерода и водорода.

HS-PS1-4 Энергия

Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут разработать модель, иллюстрирующую, что высвобождение или поглощение энергии в системе химической реакции зависит от изменений общей энергии связи.

*Более подробную информацию обо всех DCI для HS-PS1 можно найти на https://www.nextgenscience.org/dci-arrangement/hs-ps1-matter-and-its-interactions, а также дополнительные ресурсы на https://www. .nextgenscience.org.

Резюме:

Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут разработать модель, иллюстрирующую, что высвобождение или поглощение энергии в системе химической реакции зависит от изменений общей энергии связи.

Граница оценки:

Оценка не включает расчет общих изменений энергии связи во время химической реакции на основе энергий связи реагентов и продуктов.

Пояснение:

Акцент делается на идее, что химическая реакция представляет собой систему, влияющую на изменение энергии. Примеры моделей могут включать рисунки и схемы реакций на молекулярном уровне, графики, показывающие относительную энергию реагентов и продуктов, а также представления, демонстрирующие сохранение энергии.

HS-PS3 Энергия

Энергия помочь учащимся сформулировать ответ на вопрос «Как передается и сохраняется энергия?» Основная идея, выраженная в Структуре для PS3, разбита на четыре подосновные идеи: Определения энергии, Сохранение энергии и передача энергии, Связь между энергией и силами и Энергия в химических процессах и повседневной жизни. Под энергией понимается количественное свойство системы, зависящее от движения и взаимодействия вещества и излучения внутри этой системы, причем полное изменение энергии в любой системе всегда равно полной энергии, переданной в систему или из нее. Учащиеся начинают понимать, что энергия как в макроскопическом, так и в атомном масштабе может быть объяснена либо движением частиц, либо энергией, связанной с конфигурацией (относительным положением) частиц. В некоторых случаях энергию, связанную с конфигурацией частиц, можно рассматривать как накопленную в полях. Студенты также демонстрируют свое понимание инженерных принципов, когда они проектируют, строят и совершенствуют устройства, связанные с преобразованием энергии. Сквозные концепции причины и следствия; системы и системные модели; энергия и материя; а влияние науки, техники и технологий на общество и мир природы получает дальнейшее развитие в ожиданиях производительности, связанных с PS3. Ожидается, что в этих требованиях к производительности учащиеся продемонстрируют умение разрабатывать и использовать модели, планировать и проводить исследования, используя вычислительное мышление и проектируя решения; и использовать эти практики, чтобы продемонстрировать понимание основных идей. *

*Дополнительную информацию обо всех DCI для HS-PS3 можно найти по адресу https://www.nextgenscience.org/topic-arrangement/hsenergy.

Резюме:

Энергия помочь учащимся сформулировать ответ на вопрос «Как передается и сохраняется энергия?» Основная идея, выраженная в Структуре для PS3, разбита на четыре подосновные идеи: Определения энергии, Сохранение энергии и передача энергии, Связь между энергией и силами и Энергия в химических процессах и повседневной жизни. Под энергией понимается количественное свойство системы, зависящее от движения и взаимодействия вещества и излучения внутри этой системы, причем полное изменение энергии в любой системе всегда равно полной энергии, переданной в систему или из нее. Учащиеся начинают понимать, что энергия как в макроскопическом, так и в атомном масштабе может быть объяснена либо движением частиц, либо энергией, связанной с конфигурацией (относительным положением) частиц. В некоторых случаях энергию, связанную с конфигурацией частиц, можно рассматривать как накопленную в полях. Студенты также демонстрируют свое понимание инженерных принципов, когда они проектируют, строят и совершенствуют устройства, связанные с преобразованием энергии. Сквозные концепции причины и следствия; системы и системные модели; энергия и материя; а влияние науки, техники и технологий на общество и мир природы получает дальнейшее развитие в ожиданиях производительности, связанных с PS3. Ожидается, что в этих требованиях к производительности учащиеся продемонстрируют умение разрабатывать и использовать модели, планировать и проводить исследования, используя вычислительное мышление и проектируя решения; и использовать эти практики, чтобы продемонстрировать понимание основных идей

Граница оценки:

Уточнение:

Получение кремния и силанов из песка | Эксперимент

Нагрейте магний и песок вместе для получения кремния и помогите учащимся изучить, как экзотермические реакции могут создавать новые вещества

Установите защитный экран для этого взрывного практического занятия, наполненного взрывоопасным водородом, расплавленным кремнием и кислотной промывкой

Этот эксперимент должно пройти от пяти до десяти минут.

Оборудование

Аппаратура

• Защита глаз
• Защитный экран
• Пробирка из пирекса, примерно 150 мм x 17 мм
• Зажим и подставка
• Горелка Бунзена
• Стакан, 250 см ³
• Коническая колба, 250 см ³
• Фильтровальная воронка и фильтровальная бумага
• Доступ к печи
• Эксикатор
• Доступ к балансу верхней чаши

Химикаты

• Сухой порошок магния, 1 г
• Сухой серебряный песок, 1 г
• Кислота соляная, 2 моль дм ^–3 , 50 см ³

Примечания по охране труда и технике безопасности

• Прочтите наше стандартное руководство по охране труда и технике безопасности.
• Всегда надевайте защитные очки.
• Используйте защитный экран между аппаратом и аудиторией.
• Порошок магния сильно горит на воздухе. Пыль от порошка магния может быть опасной.
• Перед реакцией убедитесь, что смешанные порошки абсолютно сухие.
• В обязанности учителя входит проверка оценки риска работодателем.
• Порошок магния легко воспламеняется (см. карточку опасности CLEAPSS HC059b).
• Соляная кислота в используемой концентрации вызывает раздражение (см. карту опасности CLEAPSS HC047a).

Процедура 

Перед демонстрацией

1. Высушите порошок магния и песок в течение нескольких часов в печи при температуре около 100°C.
2. Храните их в эксикаторе до момента использования.
3. Убедитесь, что пробирка сухая.

Демонстрация

1. Взвесьте 1 г серебряного песка и 1 г порошка магния и тщательно перемешайте.
2. Распределить смесь по дну пробирки, зажатой почти горизонтально.
3. Поместите защитный экран между трубой и зрителями, если зрители находятся близко.
4. Нагрейте один конец смеси с ревущим пламенем Бунзена, держа горелку рукой. Через несколько секунд смесь начнет светиться. Это свечение можно «гонять» по трубке с пламенем, пока не прореагирует вся смесь. Трубка почернеет и частично расплавится.
5. Если два порошка не высохнут, некоторое количество магния прореагирует с паром, и образовавшийся водород взорвется.
6. Когда реакция завершится, дать смеси остыть (около пяти минут) и с помощью шпателя вылить продукты примерно в 50 см ³ 2 моль дм ^–3 соляной кислоты.
7. Через несколько минут хлопки прекратятся, и на дне стакана останется серый кремниевый порошок, возможно, с небольшим количеством непрореагировавшего песка.
8. Кислоту слить, твердое вещество несколько раз промыть водой и отфильтровать кремний.
9. Пройдитесь по классу, чтобы показать его слегка металлический серебристо-серый цвет. При желании покажите, что он не реагирует со щелочами (или кислотами).

Примечания

• Диоксид кремния представляет собой твердое вещество с гигантской структурой, тогда как диоксид углерода имеет молекулярную структуру.
• Силаны самопроизвольно реагируют с воздухом при комнатной температуре, тогда как алканы стабильны.
• Эти различия можно объяснить, рассматривая соответствующие энергии связи и наличие d-орбиталей в кремнии, но не в углероде.
• Энергии связи в кДж моль ^–1 : Si=O 638; Si–O 466; С–О 336; С=О 805; Si-H 318; С– Н 413.
• Реакции:
• SiO ₂ (т) + 2Mg(т) → 2MgO(т) + Si(т)
• 2Mg(s) + Si(s) → Mg ₂ Si(s)
• MgO(т) + 2HCl(водн.) → MgCl ₂ (водн.) + H ₂ О(л)
• Mg ₂ Si(т) + 4HCl(водн.) → 2MgCl ₂ (водн.) + SiH ₄ (г)
• Можно также производить высшие силаны, такие как Si ₂ H ₆
• SiH ₄ (г) + 2O ₂ (г) → SiO ₂ (т) + 2H ₂ O(л)

Дополнительная информация

• Эта исходная смесь имеет небольшой избыток магния по отношению к стехиометрической массе (1 г песка на 0,8 г магния), поскольку некоторое количество магния неизбежно будет реагировать с воздухом.