strona 1/5
Surowce pochodzenia mineralnego
Dorota Lewandowska, Anna Warchoł, Lidia Wasyłyszyn
Treść podstawy programowej:
Surowce i tworzywa pochodzenia mineralnego: węgiel kamienny, ropa naftowa, gaz ziemny, wapień,
gips, szkło.
Zagadnienia do powtórki
1. Surowce mineralne
2. Metale w służbie człowieka
3. Surowce energetyczne
4. Sole wapnia wykorzystywane w budownictwie
5. Wszechobecna krzemionka
Kompendium wiedzy
1. Surowce mineralne
Surowce mineralne to materiały pochodzenia naturalnego, które są wydobywane i przetwarzane
przez człowieka w celach użytkowych.
Gospodarka surowcami mineralnymi to bardzo ważna dziedzina polityki gospodarczej kraju. Powin-
na być prowadzona w sposób:
" oszczędny ze względu na nieodnawialność surowców mineralnych,
" odpowiedzialny ze względu na konsekwencje wynikające z ujemnych skutków wydobywania bo-
gactw naturalnych.
W stanie wolnym (w postaci pierwiastków chemicznych) w skorupie ziemskiej występują tylko nielicz-
ne metale (złoto, srebro oraz platynowce) i niemetale (siarka, węgiel w postaci grafitu lub diamentu).
Rudy, minerały to związki chemiczne lub ich mieszaniny, które powstały w skorupie ziemskiej i uży-
wane są bezpośrednio w życiu codziennym, w przemyśle lub stanowią surowiec do otrzymywania za-
wartych w nich pierwiastków lub związków chemicznych.
Data utworzenia: 2008-11-30
strona 2/5
2. Metale w służbie człowieka
Właściwości fizyczne metali:
" w temperaturze pokojowej metale są ciałami stałymi (za wyjątkiem rtęci)
" najczęściej mają srebrzysto-szarą barwę (z wyjątkiem złota i miedzi, cezu)
" są dobrymi przewodnikami prądu i ciepła
" posiadają różną twardość (sód jest miękki, a żelazo bardzo twarde),
" posiadają charakterystyczny połysk,
" sÄ… kowalne i ciÄ…gliwe (miedz
, glin, srebro)
" mają różne temperatury topnienia (najniższą rtęć, bardzo wysoką wolfram),
" niektóre łatwo reagują z tlenem (metale nieszlachetne), inne są odporne na działanie tlenu i in-
nych czynników (metale szlachetne  złoto, srebro, platyna).
Ze względu na właściwości fizyczne metale są w różnorodny sposób wykorzystywane przez
człowieka np.:
" miedz
 do produkcji przewodów elektrycznych ze względu na dobre przewodnictwo elektryczne,
do produkcji rur rozprowadzających wodę ze względu na odporność chemiczną,
" stopy glinu  do wyrobu kabli elektrycznych ze względu na dobre przewodnictwo elektryczne
i dużą ciągliwość,
" rtęć  do wyrobu termometrów, ponieważ ma najniższą temperaturę topnienia i dużą rozszerzal-
ność termiczną oraz do produkcji lamp jarzeniowych,
" wolfram  do produkcji żarówek, bo przewodzi prąd, a równocześnie ma bardzo wysoką tempe-
raturÄ™ topnienia.
Metale otrzymywane są między innymi z rud w procesach utleniania i redukcji, np.
utlenianie
2PbO + C = 2Pb + CO2
redukcja
Tlenek ołowiu(II) pełni rolę utleniacza (oddaje tlen), a węgiel rolę reduktora (odbiera tlen).
Bardzo duże znaczenie w gospodarce człowieka mają stopy wykonane z różnorodnych metali.
Data utworzenia: 2008-11-30
strona 3/5
Stopy  to mieszaniny jednorodne otrzymane w wyniku stopienia pierwiastków, posiadają inne wła-
ściwości niż składniki, z których są otrzymane. Stopy to: stal (żelazo i węgiel), brąz (cyna i miedz
),
mosiÄ…dz (cynk i miedz
), duraluminium (glin, magnez, krzem, żelazo i mangan).
Korozja  proces chemiczny polegający na niszczeniu metali, przede wszystkim żelaza i jego stopów,
zachodzący pod wpływem czynników atmosferycznych: tlenu, wody, tlenków azotu, tlenku siarki(IV).
Pasywacja  to proces polegajÄ…cy na powstawaniu na powierzchni metalu cienkiej warstwy tlenku,
która chroni metal przed dalszym działaniem czynników atmosferycznych.
Patynowanie  powstawanie cienkiej warstwy patyny, czyli związków miedzi o barwie zielonej, na
powierzchni miedzi i jej stopów. Patyna jest mieszaniną wodorotlenku miedzi(II) Cu(OH)2 i węglanu
miedzi(II) CuCO3.
3. Surowce energetyczne
Tradycyjne z
ródła energii to:
" węgle kopalne (antracyt, węgiel kamienny, węgiel brunatny i torf)
" ropa naftowa
" gaz ziemny
Uzyskiwanie energii w sposób tradycyjny (spalanie węgla, ropy naftowej gazu ziemnego) wiąże się
z emisją do atmosfery tlenków węgla, siarki, azotu. Jeśli tradycyjne z
ródła energii będą eksploatowane
tak intensywnie jak dotychczas, to w niedługim czasie wyczerpią się.
Bardziej opłacalna jest przeróbka węgla kamiennego i ropy naftowej.
W wyniku suchej destylacji węgla kamiennego można otrzymać następujące produkty: gaz świetl-
ny, wodÄ™ pogazowÄ… i koks. Wszystkie te substancje to podstawowe surowce w wielu dziedzinach
przemysłu.
W wyniku destylacji frakcjonowanej ropy naftowej (mieszaniny węglowodorów) otrzymuje się: gaz
opałowy, benzynę, benzynę ciężką, naftę, olej napędowy, olej opałowy, olej smarowy, mazut i asfalt.
Frakcje o wyższej temperaturze wrzenia np. benzynę ciężką, naftę, oleje poddaje się procesowi krakingu,
czyli rozbijaniu długich łańcuchów węglowodorowych na krótkie liczące od 5  10 atomów węgla.
Alternatywnymi z
ródłami energii są:
" energia słoneczna
" energia wodna
" energia wiatru
" energia biopaliwa
" energia geotermiczna
Data utworzenia: 2008-11-30
strona 4/5
4. Sole wapnia wykorzystywane w budownictwie
Węglan wapnia CaCO3 jest głównym składnikiem skał wapiennych (wapieni, kalcytu, kredy, mar-
murów). Jest powszechnie stosowany w budownictwie zarówno jako kamień budulcowy, jak również
jako z
ródło otrzymywania wapna palonego, czyli tlenku wapnia CaO.
W piecach zwanych wapiennikami poddaje się wapienie termicznemu rozkładowi:
o
C
çÅ‚900çÅ‚
çÅ‚
CaCO3 CaO + CO2
Otrzymane wapno palone miesza się z wodą i otrzymuje się wapno gaszone, czyli w postaci stałej
wodorotlenek wapnia Ca(OH)2. Ten proces nazywany jest procesem gaszenia wapna. W trakcie gasze-
nia wapna do otoczenia wydziela się ciepło, jest to proces egzoenergetyczny. Powstająca substancja
ma właściwości żrące, dlatego należy zachować szczególną ostrożność.
CaO + H2O = Ca(OH)2
Wapno gaszone miesza siÄ™ z piaskiem i wodÄ… w celu otrzymania zaprawy murarskiej. Zaprawa mu-
rarska na wskutek oddziaływania z tlenkiem węgla(IV) zawartym w powietrzu twardnieje:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
Powyższe równanie reakcji ilustruje proces twardnienia zaprawy murarskiej, jest również odpowie-
dzią na pytanie: dlaczego w nowo wybudowanym budynku czuje się wilgoć. Oprócz tlenku węgla(IV)
wiąże zaprawę murarską również piasek, którego głównym składnikiem jest tlenek krzemu(IV) SiO2:
Ca(OH)2 + SiO2 = CaSiO3 + H2O
Skały wapienne można wykryć spośród innych skał za pomocą roztworu kwasu np. popularnego octu
CaCO3 + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + H2O + CO2Ä™!
Na powierzchni skały wapiennej oblanej kwasem pojawiają się pęcherzyki wydzielającego się gazu
 tlenku węgla(IV).
Siarczan(VI) wapnia  woda 1/2, czyli CaSO4 Å" 2H2O, to główny skÅ‚adnik gipsu. Ozdobna odmiana
gipsu to alabaster. Związek będący głównym składnikiem gipsu należy do tzw. hydratów, czyli soli
uwodnionych, które w sieć krystaliczną mają wbudowane cząsteczki wody. W nazwie hydratu zawarta
jest informacja, ile czÄ…steczek wody przypada na okreÅ›lonÄ… liczbÄ™ jonów tworzÄ…cych sól, np. CaSO4 ·
2
2H2O to siarczan(VI) wapnia  woda 1/2, co oznacza, że na 1 kation wapnia Ca2+ i 1 anion SO4  przy-
padajÄ… 2 czÄ…steczki wody.
Data utworzenia: 2008-11-30
strona 5/5
Gips stosuje się w budownictwie  wyrównuje się ściany zaprawą gipsową, która po pewnym czasie
twardnieje. Zaprawa gipsowa to mieszanina gipsu palonego i wody. Gips palony otrzymuje siÄ™ w trak-
cie rozkładu termicznego gipsu krystalicznego:
temperatura
çÅ‚çÅ‚çÅ‚çÅ‚
2[CaSO4 Å" 2H2O] (CaSO4)2 Å" H2O + 3H2O
W trakcie twardnienia zaprawy gipsowej zachodzi proces odwrotny  gips palony Å‚Ä…czy siÄ™ z wodÄ…
i twardnieje. Proces ten wykorzystywany jest w medycynie do usztywniania złamanych kończyn.
5. Wszechobecna krzemionka
Tlenek krzemu(IV) czyli SiO2 to składnik piasku, zwyczajowo nazywa się go krzemionką. W przyro-
dzie występuje pod postacią:
" kwarcu tworzącego skały (granity, gnejs i piaskowce)
" barwnych odmian kwarcu: ametystu (fioletowy), cytrynu (żółty), kwarcu różowego
" bezpostaciowej ziemi okrzemkowej
" kamienia ozdobnego: opal
Krzemionka jest odporna na działanie czynników atmosferycznych. Stopiona z tlenkami metali
tworzy szkło, przezroczyste, bezpostaciowe ciało stałe:
" szkło kwarcowe (produkcja naczyń laboratoryjnych, elementów aparatury optycznej i lamp kwar-
cowych): SiO2
" szkło sodowe (wyrób przedmiotów codziennego użytku): SiO2, CaO, Na2O
" szkło potasowe (produkcja szkła laboratoryjnego): SiO2, CaO, K2O
" szkło ołowiowe (produkcja soczewek i kryształów): SiO2, PbO, K2O
Data utworzenia: 2008-11-30