Kolokwium nr 2-1(1), Politechnika Opolska 1 Semestr Budownictwo


KOLOKWIUM Nr 2 - CHEMIA. PYTANIA.

A. Pytania po 2 pkt. odejmować za każdy błąd. Wybrać 5 pytań z tej listy.

1. Skład tlenkowy klinkieru portlandzkiego.

Skład tlenkowy klinkieru portlandzkiego. Podstawowe tlenki, z których zbudowany jest klinkier:

- CaO

- SiO2,

- Al2O3

- Fe2O3

Powszechnie występujące w przyrodzie.

2. Skład fazowy klinkieru portlandzkiego.

Związki te (CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3) podczas procesu wypału w piecu pod wpływem wysokiej temperatury reagują ze sobą tworząc podstawowe fazy (minerały) klinkierowe, zaliczamy do nich:

Skład chemiczny surowców

Skład chemiczny klinkieru

Skład(mineralny) 
wg metody Bogue'a

CaO

44,72

CaO*

67%

C3S*

51.5 - 85.2%

SiO2

14,34

SiO2*

24%

C2S*

0.2 - 27.1%

Al2O3

2,29

Al2O3*

4%

C3A*

6.8 - 15.6%

Fe2O3

1,84

Fe2O3*

3%

C4AF*

4.0 - 16.2%

MgO + SO3 + Inne

0,95

MgO + SO3 + inne

2%

wolne CaO

0.08 - 5.58%

Strata prażenia

35,86

 

 

 

 

*- tylko pokreślona część tabelki

2.Co to są reakcje protolizy? podaj 3 rodzaje tych reakcji z przykł.

Reakcja wymiany protonu między kwasem oddającym proton (jon H+), a zasadą przyjmującą proton, przebiega zawsze w kierunku słabszego kwasu i słabszej zasady (reakcja zobojętniania i hydrolizy).

Reakcje proteolizy wiążą się z protonową teorią zasad i kwasów. W myśl klasycznej definicji Arrheniusa zasady są związkami, które dysocjują z wydzieleniem jonów OH-, a kwasy z wydzieleniem jonów H+.

Protoliza obejmuje reakcje: zobojętniania, podstawiania i hydrolizy:

- zobojętnianie:

OH- + H3O+ -> 2H2O (zasada + kwas -> obojętna cząsteczka wody)

Ca(OH)2 + H2CO3 -> CaCO3 + 2H2O (wiązanie zaprawy wapiennej)

- reakcja podstawiania

CaCO3 + H2SO4 + H2O -> CaSO4 * 2H2O + CO2 (słaby kwas może być wyparty z jego soli przez mocniejszy kwas)

CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + H2O + CO2 ↑

- hydroliza (proteoliza soli)

NaHCO3 + H2O -> NaOH + H2CO3 (wodorowęglan sodu, odczyn zasadowy)

FeSO4 + 2H2O -> Fe(OH)2 + H2SO4 (jeden z etapów korozji żelaza; odczyn kwaśny)

4. Podaj min. 3 parametry określające stan układu.

Stan układu określają tzw. parametry stanu, tj. opisujące go wielkości fizyczne

- temperatura, ciśnienie, objętość, ilości (np. stężenia) poszczególnych substancji.

Wielkości, które nie zależą od ilości substancji w układzie, to tzw. parametry intensywne np. temperatura, ciśnienie; wielkości zależące od ilości substancji, to parametry ekstensywne np. masa, objętość.

5. Jak można przekazywać energię? (2 sposoby)

Ciepło jest energią przekazywaną od ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze, nigdy odwrotnie.

Przekazywanie ciepła może nastąpić przez przewodnictwo, konwekcję w cieczach i gazach oraz promieniowanie.

Promieniowanie może odbywać się w próżni.

Najlepszymi przewodnikami są metale.

Zmiana energii wewnętrznej ciała jest równa sumie pracy wykonanej nad ciałem przez siły zewnętrzne i energii dostarczonej jako ciepło.

6. Co to jest równowaga chemiczna?

Równowaga chemiczna, stan równowagi chemicznej, stan układu reakcyjnego, dla którego powinowactwo chemiczne reakcji chemicznej (A) przyjmuje wartość zerową, co jest równoważne z warunkiem

A=Σνiµi=0,

gdzie: νi - współczynnik stechiometryczny i-tego składnika (dla produktów ze znakiem minus), µi - potencjał chemiczny i-tego składnika.
Podczas równowagi chemicznej szybkość reakcji jest jednakowa w obu kierunkach (od substratów do produktów i odwrotnie), stężenia reagentów nie ulegają zmianom.

7. Jak wpływa temperatura na szybkość reakcji?

0x08 graphic
Według reguły van't Hoffa podwyższenie temperatury o około 10 stopni powoduje 2-4-krotny wzrost szybkości reakcji.

Gdzie: v1- szybkość reakcji przebiegającej w czasie t1 w temperaturze T1, v2- szybkość reakcji przebiegającej w czasie t2 w temperaturze T2 ,γ - czynnik temperaturowy (γ =2, 3 lub 4) ΔT = T2 - T1
Silny wpływ temperatury na szybkość reakcji tłumaczy, dlaczego w praktyce trzeba często stosować ogrzewanie, również w przypadku reakcji egzotermicznych (przebiegających z wydzieleniem ciepła).

8. Co to jest katalizator?

Katalizatorem nazywa się substancję, której obecność w mieszaninie reagentów zwiększa szybkość reakcji.

9. Co to jest energia aktywacji?

Energia aktywacji, najmniejsza energia, jaką muszą posiadać cząsteczki substratów, by wskutek zderzenia tych cząsteczek, mogła zajść reakcja chemiczna. W przypadku reakcji, do których stosuje się prawo Arrheniusa, wyznaczana jest poprzez pomiar stałych szybkości reakcji w różnych temperaturach.

10. Przedstaw podział roztworów w zależności od rozmiarów cząstek rozpuszczonych.

W zależności od wielkości cząstek substancji rozpuszczonej w wodzie, rozróżnia się: roztwór właściwy, roztwór koloidalny i zawiesinę. 
Roztwór właściwy - cząstki substancji są niewidoczne, średnica cząstek poniżej 10-9 m.
Roztwór koloidalny - średnica cząstek: od 10-9 m do 17 -7 m.
Zawiesina - średnica cząstek: od 10-6 m do 15-5 m.

11. Jak zależy od temperatury rozpuszczalność gazów i cieczy?

O ile wzrost stężenia wpływa dodatnio na rozpuszczalność gazu w cieczy, o tyle temperatura ma działanie przeciwne. Tłumaczyć to możemy zjawiskowo - większa energia translacji ułatwia większej ilości cząsteczek gazu wyrwanie się z objętości cieczy i przejścia z powrotem w stan gazowy. Możemy spojrzeć na tę zależność inaczej - ponieważ rozpuszczanie gazu jest zjawiskiem egzotermicznym, sprzyjać mu będzie obniżanie temperatury.

12. Wymień 5 rodzajów koloidów z przykładami. (Wybierz z wymienionych 5 do zapamiętania)

Aerozol ciekły - mgła

Aerozol stały - dym

Piana - piana mydlana

Emulsja - lakier do paznokci, mleko, majonez

Piana Stała - pumeks, styropian

Emulsja stała - opal

Zol stały - szkło rubinowe

13. Podaj podział koloidów ze względu na budowę cząstek.

Część układu tworzącą fazę ciągłą stanowi ośrodek dyspersyjny (rozpraszający), a drugą stanowi fazę zdyspergowaną (rozproszoną).

Cząstki fazy rozproszonej dla kolidów mają rozmiary od 1nm do 100nm, czyli od 10-7 do 10-5 cm. Cząstki fazy rozproszonej mogą mieć kształty blaszkowate, nitkowate oraz kuliste.

Wyróżnia się układy monodyspersyjne - koloidy w których cząstki fazy rozproszonej mają jednakową wielkość oraz - polidyspersyjne, w których cząstki mają różne wymiary.

0x01 graphic

0x08 graphic

14. Co to jest emulgator? opisz jego budowę.

EMULGATOR- zw. chemiczny, substancja powierzchniowo czynna, umożliwiająca powstanie emulsji oraz zapewniająca jej trwałość. Gromadzi się na powierzchni granicznej obu faz tworzących emulsję, silnie zmniejszając napięcie powierzchniowe tej powierzchni, a nawet powiększając tę powierzchnię. Zastosowanie: w produkcji farb, klejów, mat. budowlanych, tworzyw gumowych. Podział: emulgatory anionowo czynne, kationowo czynne, niejonowe, stałe.

15. Podaj 2 sposoby tworzenia układów koloidalnych.

SPOSOBY TWORZENIA UKŁADÓW KOLOID.- rozdrobnienie fazy stałej np. w generatorach ultradźwiękowych lub przez peptyzację(przechodzenie osadu koloidalnego ponownie w stan roztworu koloid.), łączenie się cząsteczek w agregaty, rozpuszczenie związku wysokocząsteczkowego, np. białka, w wodzie.

16. Co to jest dializa?

Dializa (rozdzielanie) - jest to metoda oczyszczania roztworów koloidalnych z elektrolitów przy użyciu błony półprzepuszczalnej.

17. Podaj def. ciśnienia osmotycznego.

Ciśnienie osmotyczne - różnica ciśnień wywieranych na półprzepuszczalną membranę przez dwie ciecze, które ta membrana rozdziela. Przyczyną pojawienia się ciśnienia osmotycznego jest różnica stężeń związków chemicznych lub jonów w roztworach po obu stronach membrany i dążenie układu do ich wyrównania.

18. Co to jest emulsja?

Emulsja - dwufazowy układ dyspersyjny ciecz-ciecz dwóch niemieszających się wzjamnie cieczy - polarnej i niepolarnej. Jest to układ termodynamicznie trwały. Kinetycznie trwałe emulsje można jedynie otrzymać w obecności emulgatora. Emulsja jest szczególnym przypadkiem układu koloidalnego.

19. Co to jest wapno martwe?

Wapno martwe - wapno wypalane w zbyt wysokiej temperaturze oblepione stopionymi tlenkami zanieczyszczeń, niepodatne na proces gaszenia.

20. Co to jest spoiwo krzemianowe?

Spoiwo krzemianowe ze szkłem wodnym otrzymywane przez zmieszanie szkła wodnego z wypełniaczem mineralnym o uziarnieniu do 0,2 mm. Jako wypełniacza używa się np. mączki kwarcowej.

21. Jaka jest zawartość tlenków Na i K w cemencie i jaka jest ich rola?

Alkalia, czyli Na2O i K2O - mogą być szkodliwe w przypadku stosowania kruszyw wykazujących reaktywność alkaliczną kruszywa (pęcznienie);

CEM I, CEM II, CEM IV i CEM V, które zawierają mniej niż 0,6% alkaliów spełniają wymagania dotyczące cementu niskoalkalicznego. Takie wymagania również spełniają cementy hutnicze CEM III/A, CEM III/B. CEM III/C oraz cement CEM II/B zawierający mniej niż 0,7% alkaliów.

 W zależności od ilości granulowanego żużla wielkopiecowego w CEM III stosuje się różne wymagania. CEM III/A zawierający mniej niż 49% żużla nie może zawierać więcej niż 0,95% alkaliów. Jeżeli zawiera więcej niż 50% żużla to ilość alkaliów nie może być większa niż 1,10%. Więcej niż 2,0% alkaliów nie mogą mieć cementy CEM III/B oraz CEM III/C.

Reaktywność alkaliczna to podatność pewnych rodzajów kruszyw na reakcję z alkaliami zawartymi w betonach. Alkalia są wprowadzane do betonu głównie z cementem. Zastosowanie kruszyw reaktywnych w betonach, w pewnych niesprzyjających warunkach, np. w obecności wilgoci, może doprowadzić do wystąpienia reakcji alkalicznych, a w ich następstwie do destrukcji betonu.

22. Jakie materiały odpadowe są wykorzystywane do produkcji cementu (min. 3).

- żużle metalurgiczne (wielkopiecowy, miedziowy, niklowy, ołowiowy)

- popioły lotne (pyły krzemianowo-glinianowe, pyły krzemianowo-wapniowe)

- gipsy odpadowe (fosfogipsy, fluorogipsy, borogipsy)

B. Pytania po 3 pkt. odejmować za każdy błąd. Wybrać 4 pytania z tej listy.

1. Wymień 4 termodynamiczne funkcje stanu, scharakteryzuj każdą jednym zdaniem.

- energia wewnętrzna- całkowita energia układu będąca sumą całkowitej energii kinetycznej i potencjalnej
- entalpia-opisuje procesy izotermiczno - izobaryczne, inaczej nazywana energią niesioną przez strugę czynnika
- entropia- funkcja stanu, która opisuje ilościowo "nieuporządkowanie" układu, określa kierunek przebiegu procesów chemicznych
- energia swobodna- odpowiada tej części energii wewnętrznej, która może być w danym procesie uwolniona na zewnątrz układu w formie pracy lub ciepła przy stałej temperaturze i objętości.

2. Przedstaw podział reakcji w chemii budowlanej według min. 4 kryteriów z przykładami.

- reakcje strąceniowe- prowadzą do powstania trudno rozpuszczalnych w wodzie związków, które wytrącają się w postaci osadu np. Ca(OH)2 + Co2--> CaCO3 + H2O
- reakcje kompleksowe- powstają związki, w których występują tzw jony lub atomy centralne np. 3CaO + Al2O3 +6H2O---> Ca3[Al(OH)6]2
- reakcje heterogeniczne- reakcje pomiędzy dwoma lub kilkoma substancjami zachodząca w drodze łączenia się np. CaO + SiO2 --> CaSiO3
- reakcje endotermiczne i egzotermiczne
np. wypalanie kamienia wapiennego CaCo3 + 178,5kJ--> CaO +CO2 (endo)
gaszenie wapna palonego CaO +H2O--> Ca(OH)2 + 67kJ (EGZO)

3. Zapisz pierwszą zasadę termodynamiki.

I zasada termodynamiki mówi, że w układzie izolowanym (bez wymiany masy i energii z otoczeniem) ilość energii pozostaje niezmienna-prawo zachowania energii

4. Podaj wzór na entalpię.

0x01 graphic

5. Zapisz stałą równowagi chemicznej. Od czego zależy jej wartość?

Stała równowagi chemicznej, stała równowagi reakcji chemicznej, K, stosunek iloczynu równowagowych ułamków molowych (lub stężeń albo ciśnień cząstkowych) produktów reakcji chemicznej (podniesionych do potęg równych ich współczynnikom stechiometrycznym) do iloczynu równowagowych ułamków molowych (lub odpowiednio: stężeń albo ciśnień cząstkowych) substratów (w odpowiednich potęgach).

0x01 graphic

6. Podaj prawo działania mas (Guldberga-Waagego) i zapisz równanie kinetyczne reakcji.

Prawo działania mas: Szybkość reakcji jest wprost proporcjonalna do iloczynu stężeń substratów.
Jeżeli mamy równanie reakcji chemicznej aA + bB + cC ---> dD, to szybkość reakcji opisuje równanie;

v = k[A]a * [B]b * [C]c /7-26/

gdzie: k - stała szybkości reakcji, (a, b, c) - wykładnik potęgi, do której należy podnieść stężenie, odpowiednio [A], [B], [C].

7. Zapisz równanie Arrheniusa.

0x01 graphic

8. Narysuj przebieg zależności stężeń substratów i produktów od czasu.

0x01 graphic

9. Zapisz regułę faz Gibbsa i przedstaw wykres fazowy wody.

S=A-F+2

gdzie s- liczba stopni swobody, A - liczba składników, F - liczba faz

0x01 graphic

10. Opisz min. 5 cech fizycznych układów koloidalnych.

- Efekt Tendalla - polega na rozproszeniu wiązki światła przechodzący przez układ koloidalny (na takich cząstkach powstaje smuga świetlna)

- koagulacja - proces degradacji koloidów ( łączenie się cząstek w większe skupiska -agregaty)

- ruchy Browna- nieustanne, chaotyczne ruchy cząstek fazy rozproszonej w ciekłym lub gazowym ośrodku depresyjnym

- elektrofaza - ruch cząstek fazy rozproszonej poprzez działanie pola elektrycznego

- Ciśnienie osmotyczne- różnica ciśnień na półprzepustowej membranie przez 2 ciecze, którą ta membrana rozdziela.

11. Podaj min. 3 charakterystyczne cechy fizyczne koloidów.

Efekt Tyndalla - to zjawisko fizyczne polegające na rozpraszaniu wiązki światła przechodzącej przez układ koloidalny na cząstkach jego fazy rozproszonej z wytworzeniem charakterystycznego stożka świetlnego (smugi świetlnej). 

Koagulacja to proces degradacji koloidów polegający na łączeniu się cząstek w większe skupiska - agregaty. 

Ruchy Browna - nieustanne, chaotyczne ruchy (postępowe, obrotowe i drgające) cząstek fazy rozproszonej w ciekłym lub gazowym ośrodku dyspersyjnym.

Elektorforeza to ruch cząstek fazy rozproszonej względem fazy rozpraszającej pod wpływem pola elektrycznego.

12. Podaj dwie charakterystyczne, wzajemnie odwracalne reakcje koloidów.

Tiksotropia to odwracalna przemiana żelu w zol zachodząca pod wpływem mechanicznych zabiegów (mieszanie, wstrząsanie): 

0x01 graphic

13. Podaj def. spoiw powietrznych i hydraulicznych + min. po 2 przykłady.

spoiwa powietrzne - twardnieją (uzyskują odpowiednią wytrzymałość mechaniczną) tylko na powietrzu:

- wapno,

- gips oraz cement anhydrytowy (tzw. cement Keena),

- spoiwo magnezjowe (tzw. cement Sorela),

- spoiwo krzemianowe ze szkłem wodnym, 

spoiwa hydrauliczne - twardnieją na powietrzu i pod wodą:

- cementy,

- wapno hydrauliczne (cement romański).

14. Zapisz i scharakteryzuj reakcję gaszenia wapna. W jakich postaciach występuje?

Wapno palone poddaje sie procesowi gaszenia wg reakcji

CaO + H2O --> Ca(OH)2 - 63,5 kJ/mol

W zależności od sposobu prowadzenia procesu gaszenia wapno dzieli się na:

Ciasto wapienne otrzymywane jest w dołach do gaszenia i stanowi układ koloidalny wodorotlenku wapnia w nasyconym wodnym roztworze tegoż wodorotlenku. zawartość wody wynosi ok. 50% masy ciasta wapiennego.
Wapno hydratyzowane (sucho gaszone) jest sproszkowanym wodorotlenkiem wapnia, który otrzymuje się metodą przemysłową przez gaszenie wapna palonego małą ilością wody (ok. 25%)
Mleko wapienne charakteryzuje się znacznym nadmiarem wody w układzie koloidalnym wodorotlenku wapnia.

15. Omów wiązanie gipsu (3 etapy, 1 reakcja).

Etapy :

W procesie wiązania półwodnego siarczanu wapnia wyróżnia się trzy podstawowe etapy:

Reakcja:

CaSO4 · ½ H2O + 3/2H2O → CaSO4 · 2H2O

Wiązanie gipsu polega na ponownym uwodnieniu siarczanu wapnia

półwodnego do siarczanu wapnia dwuwodnego zgodnie z reakcją:

CaSO4 · ½ H2O + 3/2H2O → CaSO4 · 2H2O

16. Omów rodzaje cementu wg normy 197 (nazwy, rodzaje dodatków i ich zawartość).

Wykaz 27 cementów powszechnego użytku wg PN-EN 197-1:2002

Główne rodzaje

Nazwy 27 cementów powszechnego użytku

Zawartość klinkieru %

Zawartość drugiego składnika głównego %

Zawartość składników drugorzędnych %

CEM I

Cement portlandzki

CEM I

95-100

0

0-5

CEM II

Cement portlandzki żużlowy

CEM II/A-S

80-94

Składnik S  6-20

0-5

CEM II/B-S

65-79

Składnik S  21-35

0-5

Cement portlandzki krzemionkowy

CEM II/A-D

90-94

Składnik D  6-10

0-5

Cement portlandzki pucolanowy

CEM II/A-P

80-94

Składnik P  6-20

0-5

CEM II/B-P

65-79

Składnik P  21-35

0-5

CEM II/A-Q

80-94

Składnik Q 6-20

0-5

CEM II/B-Q

65-79

Składnik Q 21-35

0-5

Cement portlandzki popiołowy

CEM II/A-V

80-94

Składnik V 6-20

0-5

CEM II/B-V

65-79

Składnik V 21-35

0-5

CEM II/A-W

80-94

Składnik W 6-20

0-5

CEM II/B-W

65-79

Składnik W 21-35

0-5

Cement portlandzki łupkowy

CEM II/A-T

80-94

Składnik T 6-20

0-5

CEM II/B-T

65-79

Składnik T 21-35

0-5

Cement portlandzki wapienny

CEM II/A-L

80-94

Składnik L 6-20

0-5

CEM II/B-L

65-79

Składnik L 21-35

0-5

CEM II/A-LL

80-94

Składnik LL 6-20

0-5

CEM II/B-LL

65-79

Składnik LL 21-35

0-5

Cement portlandzki wieloskładnikowy

CEM II/A-M

80-94

Wiele składników  6-20

0-5

CEM II/B-M

65-79

Wiele składników  21-35

0-5

CEM III

Cement hutniczy

CEM III/A

35-64

Składnik S 36-65

0-5

CEM III/B

20-34

Składnik S 66-80

0-5

CEM III/C

5-19

Składnik S 81-95

0-5

CEM IV

Cement pucolanowy

CEM IV/A

65-89

Skłądniki (D,P,Q,V,W)11-35

0-5

CEM IV/B

45-64

Składniki (D,P,Q,V,W)36-55

0-5

CEM V

Cement wieloskładnikowy

CEM V/A

40-64

Składnik S 18-30 i składniki (P,Q,V) 18-30

0-5

CEM V/B

20-38

Składnik S 31-50 i składniki (P,Q,V)  31-50

0-5

17. Opisz sposoby działania plastyfikatorów.

18. Opisz korozję magnezową betonu, zapisz reakcję.

Polega na wymywaniu rozpuszczalnych składników betonu, głównie Ca(OH)2, bądź składników wtórnych betonu tj. składników powstałych w wyniku wcześniejszego oddziaływania środowiska z betonem np. CaCl2 powstającego wg reakcji

Ca(OH)2+2Cl-=CaCl2+2(OH)-

Wymywanie składników pierwotnych lub wtórnych wywołuje w betonie procesy fizyko-chemiczne prowadzące do jego niszczenia.

19. Opisz korozję amonową betonu, zapisz reakcję.

Korozja magnezowa i amonowa przebiegają według tego samego mechanizmu. Magnez zastępuje wapń w strukturze betonu tworząc nierozpuszczalny w wodzie wodorotlenek bez właściwości wiążących. Ich źródłem są głównie wody morskie. A także substancje stosowane do odladzania dróg.

              Ca(OH)2 + MgCl2 ® CaCl2 + Mg(OH)2

              Ca(OH)2 + 2NH4Cl ® CaCl2 + 2NH4OH

20. Opisz korozję kwasową betonu, zapisz przykładową reakcję.

Cement jest materiałem o charakterze zasadowym, a więc łatwo reagującym z kwasami. Procesy zachodzące w betonie pod wpływem oddziaływania na niego środowiska kwasowego uzależnione są od:

a)rodzaju powstających produktów reakcji,

b)ich oddziaływania na beton. Wyróżnić można 4 podstawowe przypadki oddziaływania kwasu na beton.

 

15K kwasowa - przypadek 1. Produktami reakcji betonu ze środowiskiem kwasowym tj. wodnymi roztworami kwasów (lub ich soli) są związki rozpuszczalne, które są następnie wypłukiwane z betonu. W tym przypadku dominującym mechanizmem niszczenia betonu jest mechanizm odpowiadający korozji rodzaju 1. Z takim mechanizmem mamy do czynienia w przypadku oddziaływania np. kwasu solnego HCl na beton. Tworzący się w wyniku reakcji 2HCl+Ca(OH)2®CaCl2+2H2O chlorek wapnia ma rozpuszczalność równą 74500mg/l, podczas gdy Ca(OH)2 tylko 1230mg/l. Ok. 605x większa rozpuszczalność CaCl2 w porównaniu do Ca(OH)2 powoduje, że ten ostatni związek bardo szybko jest z betonu wyprowadzony na zewnątrz. Konsekwencje tego zjawiska są takie same jak w przypadku korozji ługującej. W tym przypadku zjawiska w czasie zachodzi szybciej, efektem, czego jest szybsza utrata wytrzymałości przez beton.

W skrócie : Korozja kwasowa spowodowana przez wodne roztwory kwasów mineralnych jak np. HCl. Związki te reagują ze składnikami kamienia cementowego, tworząc łatwo rozpuszczalne sole

 

              CA(OH)2 + 2H+ ® Ca2+ + 2H2O

              3CaO . Al2O3 + 12H­­+ ® 3Ca2+ + 2Al3+ + 6H2O

              3CaO . SiO2 + 6H+ ® 3Ca2+ + H2SiO3 + 2H2O

C. Pytania po 4 pkt. odejmować za każdy błąd. Wybrać 2 pytania z tej listy.

1. Podaj regułę le Chatelier i Brauna (przekory) i opisz wpływ ciśnienia i temperatury na stałą równowagi dla przykładowych reakcji

Równowagi chemiczne są dynamiczne i dlatego reagują na zmiany warunków. Jeżeli na układ będący w stanie równowagi zadziała czynnik zewnętrzny, który równowagę zaburzy, to w układzie zajdzie przemiana zmierzająca do zminimalizowania skutków działanie tego czynnika i osiągnięcia nowego stanu równowagi.

Na stan układu będącego w równowadze wpływa: zmiana stężenia któregokolwiek z reagentów, zmiana ciśnienia (dla reakcji z udziałem reagentów gazowych), zmiana temperatury.

Równowaga przesunięta w prawo → (wzrost stężenia produktów)

- dodawanie substratu

- usuwanie produktu

- ogrzewanie układu, w którym przebiega reakcja endotermiczna

- chłodzenie układu, w którym przebiega reakcja egzotermiczna

- wzrost ciśnienia w układzie, w którym przebiega reakcja, dla której Vsubstratu>Vproduktu

- obniżenie ciśnienia w układzie, w którym przebiega reakcja, dla której Vsubstratu<Vproduktu


Równowaga przesunięta w lewo ← (wzrost stężenia substratów)

- dodawanie produktu

- usuwanie substratu

- ogrzewanie układu, w którym przebiega reakcja egzotermiczna

- chłodzenie układu, w którym przebiega reakcja endotermiczna

- obniżenie ciśnienia w układzie, w którym przebiega reakcja, dla której Vsubstratu>Vproduktu

- wzrost ciśnienia w układzie, w którym przebiega reakcja, dla której Vsubstratu<Vproduktu


Przykłady:

0x08 graphic
Określ, w którą stronę przesunie się stan równowagi reakcji:

2CO(g) + O2 2CO2(g)

jeżeli:

a/ zwiększy się stężenie tlenu

b/ obniży się temperaturę mieszaniny reakcyjnej

c/ zwiększy się ciśnienie panujące w układzie reakcyjnym

Prowadzimy rozważania zgodnie z regułą przekory


2. Opisz proces wypalania wapna z reakcjami dla wapienia i dolomitu, zakres temp.

wapno palone (niegaszone) - CaO, czyli tlenek wapnia. Otrzymywane przez wypalanie (prażenie) kamienia wapiennego w temperaturze 900 - 1300°C, w wapienniku. Po wypaleniu, ma formę brył, których barwa zależy od domieszek. Do niektórych zastosowań wapno palone bywa mielone. Im mniej jest domieszek, tym bardziej białe jest wapno. Wapno palone łatwo chłonie wilgoć z powietrza i wchodzi w reakcję chemiczną, w wyniku której powstaje wodorotlenek wapnia. 

CaCO3 ----> CaO + CO2

Dolomit (CaCO3·MgCO3), pospolity minerał wapnia i magnezu. Krystalizuje w układzie trygonalnym. Kolor bezbarwny, biały lub szarawy. Połysk szklisty. Stanowi główny składnik skał osadowych zwanych dolomitami. Domieszkowo występują w nich bituminy, kalcyt, minerały ilaste. Struktura ziarnista, zbita. Występuje również w wapieniach, marglach i opokach.
Powstaje w wyniku dolomityzacji, tj. procesu przekształcania się skał wapiennych w dolomity. Proces dolomityzacji zachodzi pod wpływem działania wód bogatych w węglan magnezu.
Dolomit ma liczne zastosowania w przemyśle, m.in. jako jeden z surowców do produkcji zapraw ceramicznych i wyrobu szkła, dodatek schładzający podczas wypalania materiałów ceramicznych, kamień drogowy i budowlany oraz topnik w procesach stalowniczych i nawóz.

3. Opisz skład i proces wiązania zaprawy wapiennej z reakcjami (2 etapy, 1 reakcja).

Charakterystyczną reakcją skał wapiennych jest reakcja węglanu wapnia z kwasem solnym służąca sprawdzeniu czy dana skała jest skałą wapienną.
0x01 graphic

Termiczny rozkład wapieni to reakcja, w której pod wpływem temperatury węglan wapnia rozpada się na tlenek wapnia i tlenek węgla(II).
0x01 graphic

Gaszenie wapna to reakcja tlenku wapnia z wodą, natomiast twardnienie zaprawy murarskiej to reakcja zasady wapniowej z tlenkiem węgla(II) zawartym w powietrzu.
Gaszenie wapna:
0x01 graphic

Twardnienie zaprawy murarskiej:
0x01 graphic

4. Opisz wypalanie gipsu dwuwodnego i scharakteryzuj formy powstające w zależności od temperatury wypalania (4 formy). Zapisz reakcję.

Gips hydrauliczny jest spoiwem powietrznym wykazującym właściwości hydrauliczne. Spoiwo to, obok podstawowego składnika jakim jest CaSO4, zawiera pewien niewielki procent tlenku wapniowego CaO. Gips hydrauliczny otrzymuje się przez wypalanie kamienia gipsowego w temperaturze 800 - 1000oC. W takiej temperaturze gips dwuwodny przechodzi w siarczan bezwodny, ulegając częściowemu rozkładowi w/g reakcji

CaSO4 --> CaO + SO2 + 1/2O2

W zależności od temperatury i czasu wypalania gipsu uzyskuje się spoiwa o zróżnicowanych właściwościach.

- gips półwodny 2CaSO4 · H2O (CaSO4 · ½H2O) powstaje podczas prażenia gipsu dwuwodnego w temperaturze 120º ÷ 140ºC.

- gips bezwodny powstaje w temperaturze wypalania 170º ÷ 200ºC bardzo szybko wiążący (rozpuszczalny anhydryt).

- w temperaturach 220º ÷ 800ºC powstają gipsy bardzo wolno wiążące lub bez właściwości wiążących (tzw. martwo palone).

- W temperaturach 800º ÷ 1000ºC powstaje gips jastrychowy (estrychgips), wolno wiążący, o dużej wytrzymałości, o właściwościach odmiennych od gipsu budowlanego.

5. Zapisz reakcję alitu z wodą, nazwij tę reakcję (C/S=1,5). Co powstaje?

Jeśli C/S =1,5, to x-1,5, y=1,5 i wówczas:

2C3S + 6H -> C3S2H3 + 3CH - reakcja hydrolizy alitu (co powstaje?)

Alit - 3CaO * SiO2

6. Zapisz reakcję belitu z wodą, nazwij tę reakcję (C/S=1,5). Co powstaje?

Jeśli C/S =1,5, to x-1,5, y=1,5 i wówczas:

2C2S + 4H -> C3S2H3 + CH - reakcja hydrolizy belitu (co powstaje?)

Belit - 2CaO * SiO2

7. Zapisz reakcję glinianu trójwapniowego z wodą bez obecności gipsu i nazwij tę reakcję. Nazwij produkt.

C3A + 6H -> C3AH6 ( rekacja to hydratacja C3A, produkt hydrogarnet)

8. Zapisz reakcję brownmillerytu z wodą bez obecności gipsu i nazwij tę reakcję. Nazwij produkt.

C4AF + 7H -> C3(A,F)H6 + C(A,F)H (reakcja hydratacji fazy ferrytowej, produkt według ksiazki czarneckiego nie ma nazwy ;/ )

9. Zapisz reakcję pucolanową.

S+Ca(OH)2 -> (nad strzałkę H2O) -> C-S-H

10. Opisz rolę gipsu w cemencie.

Gips spełnia rolę regulatora czasu wiązania

11. Opisz korozję siarczanową betonu, zapisz reakcje (2).

Korozja siarczanowa - wywołana reakcją składników betonu ze środowiskiem zawierającym jony SO4 2- (górny indeks)
Jony siarczanowe reagują ze składnikami stwardniałego zaczynu cementowego, tworząc nierozpuszczalne produkty korozji, krystalizujące z przyłączeniem wody. Korozja siarczanowa to najczęściej spotykane zagrożenie dla betonu 
Wodorotlenek wapniowy przechodzi w uwolniony siarczan wapniowy:
Ca(OH)2 + SO4 w górnym indeksie 2- -> CaSO4 + 2OH - ,
CaSO4 + 2H2O -> CaSO4 * 2H2O
a następnie w monosiarczanoglinian:
3CaO*Al2O3 + CaSO4*2H20 +10H2O -> 3CaO*Al2O3*CaSO4*12H2O
Najpierw następuje wypełnienie kapilarów i porów materiału a podczas powstawania kryształów następuje duże naprężenie wewnętrzne powodujące pękanie

12. Opisz korozję węglanową betonu, zapisz reakcje (2).

Korozja węglanowa - wywołana reakcją składników betonu ze środowiskiem agresywnym zawierającym dwutlenek węgla
Jest spowodowana działaniem wód zawierających większe ilości wolnego CO2. Początkowo powstaje węglan wapniowy:
Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O
który przechodzi w łatwo rozpuszczalny wodorowęglan:
CaCO3 + CO2 + H2O -> Ca(HCO3)2

D. Pytania po 5 pkt. odejmować za każdy błąd. Wybrać 1 pytanie z tej listy.

1. Zapisz reakcję glinianu trójwapniowego z wodą w obecności gipsu (3 reakcje w zależności od ilości gipsu tzn. stosunku CS*H2/C3A). Nazwij produkt.

0x08 graphic

2. Zapisz reakcję brownmillerytu z wodą w obecności gipsu (2 reakcje w zależności od ilości gipsu tzn. stosunku CS*H2/C3A). Nazwij produkt.

C4AF+3CS*H2 + 27H -> C6AS*H32 +CFH
C4AF+3CS*H2 + 27H -> C6FS*H32 +CAH
produkt: monosiarczan


Wyszukiwarka