UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI

WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ I ŚRODOWISKA

INSTYTUT BUDOWNICTWA

CHEMIA BUDOWLANA

Ćwiczenia laboratoryjne

Ćwiczenie nr 3

TEMAT: ”Spoiwa krzemianowe - oznaczenie modułu szkła wodnego.”

GRUPA DZIEKAŃSKA 13

PODGRUPA B

Marcin Szymański

ROK AKADEMICKI 2007/2008

SPIS TREŚCI

I. CZĘŚĆ OGÓLNA

1. PRZEDMIOT BADANIA……………………………………..str.3

2. ZADANIE DO WYKONANIA………………………………..str.3

3. CEL ĆWICZENIA……………………………………………..str.3

II. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

4. OTRZYMYWANIE SZKŁA WODNEGO……………………str.3

5. ZASTOSOW. SZKŁA WODNEGO W BUDOWNICTWIE.....str.4

6. MECHANIZM WIĄZANIA I TWARDNIENIA SPOWI

KRZEMIANOWYCH………………………………………….str.4

III. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

7. SKRÓCONY OPIS PRZEPROWADZONYCH BADAŃ,

OBLICZENIA I WYNIKI BADAŃ…….....…………………...str.4

7.1. OZNACZENIE ZAWARTOŚCI WODY (W) I SZKŁA

SODOWEGO (S) W PROCENTACH WAGOWYCH…........str.4

7.2. OZNACZENIE ZAWARTOŚCI TLENKU SODOWEGO (N)

W PROCENTACH WAGOWYCH ( % wag )…………….....str.5

7.2.1. PRZEBIEG I WYNIKI MIARECZKOWANIA…………....str.5

7.2.2. OBLICZENIE MIANA TITRANTA WYRAŻONEGO W

g SKŁADNIKA OZNACZANEGO NA 1cm³ JEGO

OBJĘTOŚCI…………………………………………….....str.5

7.2.3. WYNIKI OZNACZENIA…………………………………..str.6

7.3. OZNACZENIE ZAWARTOŚCI TLENKU KRZEMOWEGO

(K) W PROCENTACH WAGOWYCH……………………...str.6

7.4. OBLICZENIE MODUŁU SZKŁA WODNEGO (MSW)……...str.6

7.5. TABELARYCZNE ZESTAWIENIE WYNIKÓW BADAŃ...str.7

8. OPIS REAKJI ZACHODZĄCEJ W SZKLE WODNYM W WYNIKU ZMIANY pH..................................................................str.7

I. CZĘŚĆ OGÓLNA.

1. PRZEDMIOT BADANIA

Szkło wodne.

2. ZADANIE DO WYKONANIA

Oznaczenie modułu szkła wodnego.

3. CEL ĆWICZENIA

3.1. Poznanie podstaw fizyko-chemii spoiw budowlanych opartych na szkle

wodnym tj. spoiw krzemianowych.

3.2. Poznanie chemicznej analizy ilościowej, zwanej miareczkowaniem

alkacymetrycznym.

II. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

4. OTRZYMYWANIE SZKŁA WODNEGO.

Szkło wodne otrzymywane jest z mieszaniny dwóch surowców :

• jeden dostarcza tlenku krzemu SO2,

• drugi dostarcza tlenku sodu Na2O lub potasu K2O.

W praktyce wykorzystuje się piasek kwarcowy oraz węglan sodu lub potasu, względnie wodorotlenek sodu lub potasu. Gdy do produkcji szkła wodnego stosuje się surowiec będący nośnikiem tlenku sodu wówczas otrzymuje się szkło wodne sodowe; natomiast gdy do produkcji stosuje się surowiec będący nośnikiem tlenku potasu , wówczas otrzymujemy szkło wodne potasowe.

Otrzymywanie:

• surowce miesza się w takich ilościach wagowych, aby stosunek

ilości moli SiO2 / ilości moli Na2O lub K2O zawartych w mieszaninie był z góry określony.

• uzyskaną mieszaninę surowcową miesza się i rozdrabnia, a następnie poddaje obróbce termicznej w temperaturze powodującej jej całkowite stopnienie, uzyskuje się wodny roztwór stopu w postaci bezbarwnej, syropowej cieczy o odczynie zasadowym .

• uzyskany stop gwałtownie się schładza przez wlanie do kadzi wypełnionej wodą w wyniku czego stop zestala się w postaci zgranulowanej masy szklanej.

• następnie stop mieli się i rozpuszcza w wodzie w warunkach podwyższonej temperatury i ciśnienia.

5. ZASTOSOWANIE SZKŁA WODNEGO W BUDOWNICTWIE.

W budownictwie stosuje się głównie szkło wodne sodowo - wapniowe („szkło zwykłe”) o zawartości SiO2 > 70%, Na2O 15 - 17% oraz CaO 0.5 - 8%. Szkło budowlane jest wytwarzane w postaci szkła płaskiego ciągnionego lub walcowego, a także formowanego na powierzchni stopionego metalu („float”), oraz szkła profilowanego; wytwarza się także kształtki szklane, szkło piankowe (spieniane, np. w wyniku rozkładu CaCO3 → CaO + CO2↑) oraz włókniste materiały szklane. Szkło wodne znajduje szerokie zastosowanie praktyczne w różnorodnych gałęziach przemysłu - przemyśle papierniczym, mydlarskim, włókienniczym, drzewnym, spożywczym. Impregnowane za pomocą szkła wodnego wyroby drewniane i tekstylne stają się trudno palne, gdyż w czasie wysychania wytwarza się galaretowata powłoka kwasu krzemowego, która działa izolująco. Dlatego impregnuje się często szkłem wodnym materiały przeznaczone na dekoracje teatralne. Zestawy szkło wodne - fluorokrzemian o wypełniacz kwarcowy są stosowane jako kity i zaprawy do wykonywania kwasoodpornych posadzek i wypraw. Kompozyty takie są odporne na suche środowisko kwaśne (np. gazy kominowe). W środowisku wodnym są nietrwałe.

6. MECHANIZM WIĄZANIA I TWARDNIENIA SPOWI

KRZEMIANOWYCH.

Spoiwa krzemianowe powstają w skutek wymieszania szkła wodnego z mączką kamienną zawierającą fluorokrzemian sodowy lub potasowy. Mączka ta stanowi przemielony andezyt, kwarcyt lub piasek kwarcowy z dodatkiem fluorokrzemianu sodowego. Mieszanina mączki kamiennej ze szkłem wodnym ma właściwości wiążące, a po stwardnieniu charakteryzuje się odpornością na działanie kwasów. Czas wiązanie wynosi ok. 16 godzin.

III. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA.

7. SKRÓCONY OPIS PRZEPROWADZONYCH BADAŃ,

OBLICZENIA I WYNIKI.

7.1. OBLICZENIE ZAWARTOŚCI WODY (W) I SZKŁA

SODOWEGO (S) W PROCENTACH WAGOWYCH

Do tygielka nr 86 o znanej nam masie wkropiliśmy ok. 20 kropel otrzymanego do badania szkła wodnego. Tygielek z zawartością zważyliśmy. Następnie tygielek włożyliśmy do pieca

(temp. ok. 200^OC) i po ostygnięciu ponownie zważyliśmy.

Dane obliczeniowe:

Nr tygielka	Masa tygielka	Masa tygielka i próbki przed prażeniem	Masa tygielka i próbki po prażeniu	Masa próbki przed prażeniem	Masa próbki po prażeniu	Ubytek masy
86	57,77 g	59,53 g	58,50 g	1,76 g	0,73 g	1,03 g

Obliczenia dla tygielka nr 86:

1,76 - 100% 1,76 - 100%

0,73 - S 1,03 - W

0,73 1,03

S = 100%= 41,48% W = 100%= 58,52%

1,76 1,76

7.2. OZNACZENIE ZAWARTOŚCI TLENKU SODOWEGO (N)

W PROCENTACH WAGOWYCH ( % wag ).

7.2.1. PRZEBIEG I WYNIKI MIARECZKOWANIA.

Do zlewki o masie 45,0 g wkropiliśmy ok. 20 kropel badanego szkła wodnego i ponownie zważyliśmy (46,81 g). Badana próbka miała masę 1,81 g.

Następnie do zlewki dodaliśmy ok.100 cm³ gorącej wody i wymieszaliśmy ( w celu rozpuszczenia szkła wodnego ).

Zawartość zlewki przenieśliśmy bez straty do kolby miarowej i dopełniliśmy wodą destylowaną do kreski (250 cm³) i wymieszaliśmy.

Z tak przygotowanego roztworu pobraliśmy 50 cm³ badanej cieczy i wlaliśmy do zlewki. Potem dodaliśmy ok. 6 kropel indykatora (oranżu metylowego).

Następnie miareczkowaliśmy powoli roztworem HCl 0,1mol aż do zmiany barwy z żółtej na różową.

Ilość zużytego titranta w każdym z 3 miareczkowań wyniosła średnio 8,73 cm³.

V₁=8,2 cm³ V₂= 9,0 cm³ V₃=9,0 cm³

7.2.2. OBLICZENIE MIANA TITRANTA WYRAŻONEGO W

g SKŁADNIKA OZNACZANEGO NA 1cm³ JEGO

OBJĘTOŚCI.

Na₂O+2HCl2Nacl+H₂O

masa atomowa Na = 23g.

masa atomowa O = 16g.

masa atomowa H = 1g

masa atomowa Cl = 35,5 g

masa cząsteczkowa Na₂O =
g

masa cząsteczkowa 2HCl =2(1+35,5)=73g

3,646g HCl 1000cm³

x 1cm³

x = 0,00365g HCl

73g HCl 62g Na₂O

0,00365g HCl K.

K. = (0,00365 ^. 62):73

K = 0,0031g Na₂O

7.2.3. WYNIKI OZNACZENIA

Oznaczenie zawartości tlenku sodowego (N) w procentach wagowych( % wag ).

V K 5

N = 100%

m

gdzie:

V - objętość kwasu zużytego do miareczkowania,

K - miano roztworu kwasu wyrażone w gramach Na₂O na 1cm³ kwasu,

m - masa próbki szkła wodnego w g

5 - współczynnik przeliczeniowy

8,73 x 0,0031 x 5

N = x 100%

1,81

N= 7,46%

7.3. OZNACZENIE ZAWARTOŚCI TLENKU KRZEMOWEGO

(K) W PROCENTACH WAGOWYCH.

K= S - N

K= 41,48 - 7,46 = 34,02

K= 34,02%

7.4. OBLICZENIE MODUŁU SZKŁA WODNEGO (MSW)

Moduł definiuje się jako stosunek ilości moli SiO₂ do ilości moli Na₂O (K₂O) zawartych w szkle wodnym

ilość moli SiO2 K x MN

M = =

ilość moli Na2O N x MK

0,3402 x 62 21,0924

M = =

0,0746 x 60 4,476

M = 4,71

7.5. TABELARYCZNE ZESTAWIENIE WYNIKÓW BADAŃ

Lp.	Wielkość oznaczana	Wynik
1	Woda (W)	58,52 % wag
2	Szkło wodne (S)	41,48 % wag
3	Tlenek Na2O (N)	7,46 % wag
4	Tlenek SiO2 (K)	34,02 % wag
5	Moduł szkła wodnego (Msw)	4,71

8. OPIS REAKCJI ZACHODZĄCEJ W SZKLE WODNYM W WYNIKU ZMIANY JEGO pH.

Do badanej próbki szkła wodnego dodawaliśmy kwas HCl w niewielkich ilościach, w ten sposób zmienialiśmy jego pH na kwaśmy odczyn. Po pewnym czasie dodawania zauważyć możemy powolne przeobrażania się szkła wodnego w „żel”. Po dodaniu odpowiedniej ilości kwasu HCl szkło wodne przeobraziło się w ciało stałe. Proces jest również odwracalny po dodaniu zasady, pH również się zmieni. Te doświadczenie ma ścisły związek z mechanizmem wiązania szkła wodnego. Mechanizm wiązania szkła wodnego polega na jego procesie koagulacji tj. przeobrażenia się z fazy zolowej w żelową. Koagulacja szkła wodnego powoduje, że zmienia ono swoja postać z cieczy na ciało stałe (bezpostaciowy osad o dużej powierzchni). Po dodaniu kwasu HCl zmieniliśmy pH, przyśpieszyliśmy proces przeobrażania się szkła wodnego z postaci z cieczy w ciało stałe.

4

---