UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI

WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ I ŚRODOWISKA

INSTYTUT BUDOWNICTWA

CHEMIA

ĆWICZENIE NR 1

Temat: Spoiwa gipsowe.

Cel ćwiczenia: Oznaczenie odmiany spoiwa gipsowego na podstawie ilości wody krystalizacyjnej w nim zawartej.

ZESPÓŁ 52

Michalski Marcin

Cieślik Sławomir

Rok akademicki 2003/2004

I - Podział i otrzymywanie spoiw gipsowych

1. Spoiwa gipsowe półwodne (właściwe) - otrzymuje się przez niskotemperaturową obróbkę cieplną (prażenie) gipsu surowego

2CaSO₄ · 2H₂0 + 3H₂0 - półhydrat

Gips autoklawizowany otrzymuje się przez autoklawizację lub gotowanie kamienia gipsowego w wodnych roztworach niektórych soli.

2. Spoiwa gipsowe bezwodne - ich dominującym składnikiem jest bezwodny siarczan wapnia: CaSO₄ - anhydryt II. Otrzymuje się to spoiwo przez obróbkę cieplną (700 - 800 ºC) skał gipsowych, która prowadzi do całkowitej dehydratacji gipsu i jego przeobrażenia w anhydryt.

3. Estrichgips - otrzymuje się przez prażenie gipsu surowego w temperaturze 850 - 1000 ºC. Efektem jest anhydryt II oraz 3 % CaO, który jest aktywatorem.

4. Gipsy ałunowe - otrzymuje się przez dwa wypały. Pierwszy w temperaturze 150 - 180 ºC, a drugi 500 - 800 ºC.

II - Rodzaje wody w ciałach stałych

1. Woda krystalizacyjna:

• występuje w formie cząsteczkowej

• związana z cząsteczką związku chemicznego (ze zw. występującym w formie cząsteczki lub kryształu) z reguły za pomocą wiązań słabszych niż wiązania występujące w obrębie samej cząsteczki

• jest związana ze zw. w ilościach ściśle określonych (stechiometrycznych)

• wydzielenie wody ze zw. następuje z reguły w ściśle określonych zakresach temperatur

• utrata wody przez związek zwykle jest połączona ze zmianą w budowie krystalicznej. Woda krystalizacyjna występuje w tzw. Hydratach

• dzieli się ona na wodę: kationową, anionową i sieciową.

2. Woda zeolityczna:

• wyst. w formie cząsteczkowej

• jej ilość w sieci krystalicznej może się zmieniać płynnie zależności od wilgotności środowiska otaczającego kryształ

• wydzielanie jej z kryształu następuje w szerokim zakresie temperatur

• opuszcza ona sieć w sposób ciągły bez zmiany struktury kryształu

• zajmuje ona miejsce w lukach struktury kryształu lub między warstwami struktur o charakterze warstwowym

3. Woda konstytucyjna:

• nie występuje w strukturach kryształu w postaci cząsteczkowej H₂0 ale jako grupy hydroksylowe (OH)

• grupy hydroksylowe (OH) są związane zwykle takimi samymi wiązaniami jak pozostałe składniki związku

• utrata jej powoduje całkowitą zmianę struktury kryształu

4. Woda zaabsorbowana:

• woda powstaje w wyniku kondensacji na powierzchni kryształów zaabsorbowanej pary wodnej

• nie stanowi ona substancji budującej dany związek i nie podlega prawom stechiometrii

• usuwa się ją w temperaturze 105 -110 ºC

5. Woda zaokludowana:

• woda zamknięta w krysztale podczas jego powstawania w czasie krystalizacj z wodnego roztworu

• ilość jej zależy od szybkości wzrostu

• można ją traktować jako przestrzenny defekt kryształu

III - Klasyfikacja badanego spoiwa gipsowego

1. Identyfikacja dominującej odmiany siarczanu wapnia na podstawie ilości wody w spoiwie.

1. waga tygielków pustych:

nr 45 : 60,141g

nr 46 : 60,640g

2. waga tygielków ze spoiwem gipsowym:

nr 45 : 61,878g

nr 46 : 62,505g

3. waga spoiwa gipsowego:

nr 45 : 61,878 - 60,141 = 1,737g

nr 46 : 62,505 - 60,640 = 1,865g

4. waga tygielków ze spoiwem po wyprażeniu w temperaturze 350°C:

nr 45 : 61,617g

nr 46 : 62,230g.

5. różnica mas tygielków ze spoiwem przed i po prażeniu w temperaturze 350°C (ubytek mas związany z utratą wody krystalizacyjnej w spoiwie po wyprażeniu):

nr 45 : 61,878 - 61,617 = 0,261g

nr 46 : 62,505 - 62,230 = 0,275g

2. Obliczanie procentowej zawartości wody krystalizacyjnej w badanym spoiwie.

1. tygielek nr 45

waga spoiwa gipsowego: 1,737g

m₄₅ = 0,261g (ubytek masy związany z utratą wody krystalizacyjnej)

1,737 = 100%

0,261 = x₄₅

x₄₅ = (0,261 · 100) : 1,737 = 15,026 %

Ubytek wody krystalizacyjnej w spoiwie z tygielka nr 45 wynosi 15,026 %

2. tygielek nr 46

waga spoiwa gipsowego: 1,865g

m₄₅ = 0,275g (ubytek masy związany z utratą wody krystalizacyjnej)

1,865 = 100%

0,275 = x₄₆

x₄₆ = (0,275 · 100) : 1,865 = 14,745 %

Ubytek wody krystalizacyjnej w spoiwie z tygielka nr 46 wynosi 14,745 %

3. obliczanie średniego ubytku wody krystalizacyjnej

x = (x₄₅ + x₄₆) : 2 = (15,026 + 14,745) : 2 = 14,901 %

Średni ubytek wody krystalizacyjnej wynosi: 14,901 %

3. Klasyfikacja badanego materiału na podstawie ilości wody krystalizacyjnej utraconej w wyniku prażenia.

1. CaSO₄ · 2H₂0 - gips dwuwodny

Masa atomowa pierwiastków:

Ca - 40,08

S - 32,06

O - 15,99

H - 1,00

Obliczanie całkowitej masy cząsteczkowej związku:

40,08 + 32,06 + 4 · 15,99 + 4 · 1,00 + 2 · 15,99 = 172,08 u

Obliczanie masy cząsteczkowej wody krystalizacyjnej:

4 · 1,00 + 2 · 15,99 = 35,98 u

z proporcji:

172,08 = 100 %

35,98 = x %

x % = (35,98 · 100) : 172,08 = 20,9 % - zawartość wody w związku w %

2. 2 (CaSO₄ · 2H₂0) = ( 2CaSO₄ · 2H₂0) + ↑ H₂0 - spoiwo gipsowe półwodne (półhydrat)

Obliczanie całkowitej masy cząsteczkowej związku:

2 (40,08 + 32,06 + 4 · 15,99) = 344,16 u

Obliczanie masy cząsteczkowej wody krystalizacyjnej:

6 · 1,00 + 3 · 15,99 = 53,97 u

z proporcji:

344,16 = 100 %

53,97 = x %

x % = (53,97 · 100) : 344,16 = 15,68 % - procent utraconej wody krystalizacyjnej

Badanie zawartości wody pozostałej w związku 2CaSO₄ · 2H₂0

2 (40,08 + 32,06 + 4 · 15,99) + 2 · 1,00 + 15,99 = 290,19 u

H₂0 2 · 1,00 + 15,99

x % = (15,99 · 100) : 290,19 = 5,510 % - jest to gips półwodny

3. CaSO₄ · 2H₂0 = CaSO₄ + ↑ 2H₂0 - spoiwo gipsowe bezwodne (anhydryt)

Jest to gips naturalny poddany obróbce cieplnej, w wyniku której stracił calkowicie wodę krystalizacyjną

4. CaSO₄ - siarczan wapnia (naturalny anhydryt)

Zawartość wody w tym związku wynosi 0 %

WNIOSEK:

Badane spoiwo gipsowe jest gipsem półwodnym, ponieważ wartość procentowa ubytku wody krystalizacyjnej w tym spoiwie najbardziej zbliżona jest do ubytku wody krystalizacyjnej w gipsie półwodnym.

---