UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI

WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ I ŚRODOWISKA

INSTYTUT BUDOWNICTWA

CHEMIA BUDOWLANA

ĆWICZENIE NR 1

Temat ćwiczenia : Identyfikacja materiału gipsowego na podstawie zawartości w nim wody krystalizacyjnej.

ZESPÓŁ NR 2

Łukasz Klabik

Damian Wyraz

Rok akademicki 2003/2004

I - Podział i otrzymywanie spoiw gipsowych

W przyrodzie występują dwa minerały , których głównym składnikiem jest siarczan(VI) wapnia ,anhydryt i gips . Anhydryt na wzór CaSO_{4 ,} gips natomiast jest uwodnionym siarczanem (VI) wapnia tzn. każda cząsteczka siarczanu(VI) wapnia jest związana z dwoma czasteczkami wody - dwuwodny siarczan(VU) wapnia.

Gips otrzymujemy ze skaly gipsowej wyprażonej w tem. Ok. 200°C i zmielone.

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 - Obliczenie teoretycznej zawartości wody krystalizacyjnej w głównych odmianach siarczanu wapnia.

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 %

VI Opis wykonanego ćwiczenia wraz z obliczeniami zawartości wody w preparacie.

1. waga tygielków pustych:

nr.3

43,007g

nr.4

47,403g

2. waga tygielków ze spoiwem gipsowym:

nr.3

47,207g

nr.4

49,970g

3. waga spoiwa gipsowego:

w tygielku nr.3

47,207 - 43,007= 4,200 g

w tygielku nr.4

49,970 - 47,403 = 2,567 g

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

nr.3

47,125 g

nr.4

49,923 g

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.3

47,207 - 47,125 = 0,082g

nr.4

49,970 - 49,923 = 0,047g

Obliczanie procentowej zawartości wody krystalizacyjnej w badanym spoiwie.

1. tygielek nr 3

waga spoiwa gipsowego: 4,200 g

m₃ = 0,082g (ubytek masy związany z utratą wody krystalizacyjnej)

4,200 = 100%

0,082 = x₃

x₃ = (0,082 · 100) : 4,200 = 1,952 %

Ubytek wody krystalizacyjnej w spoiwie z tygielka nr 3 wynosi 1,952 %

2. tygielek nr 4

waga spoiwa gipsowego: 2,567g

m₄ = 0,047g (ubytek masy związany z utratą wody krystalizacyjnej)

2,567 = 100%

0,047 = x₄

x₄ = (0,047 · 100) : 2,567= 1,830%

Ubytek wody krystalizacyjnej w spoiwie z tygielka nr 4 wynosi 1,830 %

3. obliczanie średniego ubytku wody krystalizacyjnej

x = (x₃+ x₄) : 2 = (1,952 + 1,830) : 2 = 1,891 %

Średni ubytek wody krystalizacyjnej wynosi: 1,891%

V Wniosek

Po zbadaniu materiału , można określić ze jest to gips półwodny, ponieważ wartość procentowa ubytku wody krystalizacyjnej w tym spoiwie najbardziej zbliżona jest do ubytku wody krystalizacyjnej w gipsie półwodnym.

---