Wykład 5

- SiO2 struktura przestrzenna, wiązania atomowe spolaryzowane między każdym jonem krzemu i tlenu. Nie przewodzą prądu, są izolatorami, posiadają wysoką temperaturę topnienia i są twarde.

Krzemiany i glinokrzemiany w budownictwie.

W glinokrzemianach cześć czworościanów krzemowych posiada jon Al. 3+ wprowadzone w miejsce jonów Si 4+. W wyniku tego zjawiska występuje niedobór ładunków dodatnich, które uzupełnione są obecnością jonów Na+ lub K+ w strukturze materiałów. Jony glinowe mogą występować w przestrzeniach poza czworościanami krzemotlenowymi obok jonów wapnia Ca+ i magnezu Mg+. Krzemiany i glinokrzemiany są składnikami skał, czyli naturalnych materiałów kamiennych, także w stwardniałym cemencie (betonie), ceramice. Są to materiały o podwyższonej ognioodporności termicznej.

Właściwości materiałów warstwowych:

- mogą łatwo przyjmować wodę

- łatwo je rozdzielać / rozdrabniać /

jest to budowana materiałów ilastych.

Ciekły stan skupienia substancji

1. Stanowią go czyste ciecze ( rozpuszczalniki ) raz roztwory gazów, innych cieczy i ciał stałych w czystych cieczach.

2. Rozpuszczalność substancji w rozpuszczalniku zależy od natury rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej ( polarne i niepolarne), temperatury, ciśnienia (dla gazów) i stopnia rozdrobnienia.

3. Roztwory te mają inne właściwości fizyczne niż czyste rozpuszczalniki (lepkość, napięcie powierzchniowe, temperatura przejść fazowych)

4. Dobrym rozpuszczalnikiem polarnym dla wielu substancji jest woda. Posiada małe polarne ruchliwe cząsteczki i wysoką stałą dielektryczną.

Woda jako rozpuszczalnik

1. rozpuszcza substancje o wiązaniach jonowych - sole atomowe spolaryzowanych, gazy, ciecze i niektóre polarne substancje organiczne ( posiadające grupę OH) NaCl, HCl, alkohole i cukry.

2. Woda oddziaływuje z substancjami rozpuszczonymi: tworzy uwodnione jony (hydraty) wywołuje dysocjację elektrolityczną i hydrolizę.

3. Woda na bardzo duże znaczenie dla budownictwa. Służy do produkcji ceramiki, cementu, do zarabiania spoiw mineralnych, do pielęgnacji betonu.

4. Woda w przyrodzie i przemyśle jest środowiskiem w którym pracują konstrukcje budowlane hydrotechniczne i przemysłowe.

5. Woda środowiskowa może być zupełnie pozbawiona zanieczyszczeń ( woda chłodnicza) lub być bardzo zanieczyszczona ( woda morska, ścieki przemysłowe)

Dysocjacja elektrolityczna

- jest to rozpad cząsteczek kwasów, zasad i soli na jony pod wpływem wody. Dysocjacji ulegają substancje o wiązaniach jonowych i atomowych spolaryzowanych. Substancje ulegające dysocjacji przewodzą prąd elektryczny jonowo i noszą nazwę elektrolitów.

- o mocy elektrolitu decyduje ilość nośników prądu, jonów. Im większe jest stężenie jonów tym elektrolit jest większej mocy.

- o mocy elektrolity decyduje wartość stopnia dysocjacji α

Stopień dysocjacji α

L= n/no lub n/no x 100%

Gdzie n- liczba cząsteczek zdysocjonowanych, no - liczba wszystkich cząsteczek

Dla elektrolitów mocnych L >0,5 - 50%

Dla elektrolitów słabych L bliskie 0 - do kilku %

Mocne: HCl, HNO₃, H₂SO₄, zasady i wodorotlenki sodu i potasu.

Słabe: kwas octowy CH₃COO(H) wodór kwaśny, kwas węglowy H₂CO₃, cyjanowy NH₃OH.

HCl H⁺ + Cl^-

H₂SO₄ 2H⁺ + SO₄^2-

1 stopień: H₃PO₄ H⁺ + H₂PO₄^-

2 stopień: H₂PO₄^- H⁺ + HPO₄²-

3 stopień: HPO₄^2- H⁺ + PO₄^3-

CH₃COOH
CH₃COO- + H⁺

H₂0
H⁺ + OH^-

Są to elektrolity słabej mocy.

Stała dysocjacji wody Kc

Kc = C_H + C_OH- / C_H2O

Gdzie Kc = stała równowagi dysocjacji wody 1,8 * 10^-12 mol/dm3

C = stężenia jonów i wody w mol/dm3

Stężenie cząsteczkowe wody = 55,6 mol/dm3

Kc x C_H20 = Kn

Gdzie: Kn - iloczyn jonowy wody = 10^-14 (mol/dm3)2

Gdy stężenia obu jonów są sobie równe to:

C_H+ = C_OH- = 10 ^-7 mol/dm3 (obojętne)

Wykładniki jonów wodorowych pH

pH = -log C_H+

Dla środowisk:

- obojętnych (stężenie H⁺ = 10 ^-7 mol /dm3) pH=7

- kwaśne (duże stężenie H⁺) pH=0-7

- zasady (małe stężenie H⁺) pH=7-14

Agresywność wody w stosunku do betonu

6,5 ≤ pH < 7 bardzo słaba

5,0 ≤ pH < 6,5 słabe

4,5 ≤ pH < 5,0 średnie

pH < 4,5 silne

Hydroliza

- jest to reakcja chemiczne rozpuszczonej w wodzie soli z wodą. Wyniku tej reakcji powstają niezdysocjonowany kwas, niezdysocjonowana zasada lub niezdysocjonowane kwas i zasada.

-hydrolizie ulegają sole mocnych zasad i słabych kwasów, sole mocnych kwasów i słabych zasad oraz sole słabych zasad i słabych kwasów.

- w wyniku występowania hydrolizy woda środowiskowa może zmieć odczyn kwaśny i wywołać procesy korozji kwasowej betonu.

NH₄ NO₃ NH₄⁺ + NO₃^-

Sól słabej zasady i mocnego kwasu

NH₄⁺ + NO₃^- + H₂O NH₄OH + H⁺ + NO₃^-

Słaba zasada mocny kwas

pH <7

Na₂ SiO₃ 2 Na⁺ + SiO₃^2-

Krzemian sodu

Sól mocnej zasady i słabego kwasu

2Na+ + SiO₃^2- + H₂O 2Na⁺ + 2OH^- + H₂SiO₃

mocna zasada słaby kwas

pH > 7

(NH₄)₂ S 2 NH₄⁺ + S^2-

sól słabego kwasu i słabej zasady

2NH₄⁺ + S^2- + 2H₂O 2NH₄OH + H₂S

słaba zasada słaby kwas

pH ≈4

Stan gazowy skupienia materii

- stan gazowy substancji występuje powyżej temperatury wrzenia i jest stanem zupełnego nieuporządkowania materii.

- definiują go parametry takie jak : temperatura, ciśnienie, objętość i ilość substancji ( liczba moli)

- parametry te powiązane ze sobą zależnościami określonymi dla gazu doskonałego ( cząsteczki są punktami bez objętości , brak oddziaływania między cząsteczkami gazu, zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste) i gazu rzeczywistego.

Główne zależności to :

- ze wzrostem ciśnienia maleje objętość gazu (dla danej masy substancji -m i temperatury T, m i T = const)

- ciśnienie całkowite mieszaniny gazów jest sumą ciśnień cząsteczkowych gazów ich tworzących ( dla T, m - const)

- równanie stopnia gazowego pV= nRT, gdzie p- ciśnienie, T- temperatura, R- stała gazowa, n- liczba moli

Z ostatniej zależności korzysta się przy przeliczaniu objętości, jaką zajmuje gaz w warunkach rzeczywistych mu objętości w warunkach normalnych ( 273K, 760mm) dla których określona jest gęstość.

---