I. Struktura i charakterystyka ogólna tworzyw budowlanych.

1. struktura i ogólna charakterystyka stanu stałego: stan stały (krystaliczny) - atomy, jony

lub cząsteczki są przestrzennie uporządkowane i tworzą sieć krystaliczną. W zależności od

kształtu komórki elementarnej wyróżnia się 7 układów krystalograficznych. Budowę

krystaliczną materiału charakteryzuje się przez podanie układu krystalograficznego, sposobu

rozmieszczenia ścian kryształu w stosunku do osi krystalograficznej oraz liczby

koordynacyjnej określającej liczbę jednakowych jonów lub atomów otaczających w tej

samej odległości atom lub jon przyjęty za centralny. Liczba ta odpowiada liczbie

wierzchołków wielościanu lub wieloboku, utworzonego przez jony lub atomy wokół

elementu centralnego.

1.1. Rodzaje ciał stałych: krystaliczne, amorficzne (bezpostaciowe) i polikrystaliczne

1.2. Energia każdej cząsteczki ciała krystalicznego jest minimalna, gdy otoczenie każdej

cząsteczki jest identyczne.

1.3. Izomorfizm (równopostaciowość) - niektóre substancje o tym samym typie wzoru

chemicznego np. CaO i MgO mogą odznaczać się tą samą postacią krystalograficzną, o

bardzo zbliżonych kątach między krawędziami i ich atomy i jony mogą się zastępować -

nazywamy to diadochią.

1.4. Polimorfizm - zjawisko występowania różnych odmian krystalograficznych tej samej

substancji np. węgiel, węglan wapniowy, dwusiarczek żelaza

własności ciał krystalicznych

2. ciała stałe:

2.1. Faza - jednolita fizycznie część układu, oddzielona od pozostałych części wyraźną

granicą, na której następuje skokowa, wyraźna zmiana właściwości

2.2. Układy jednorodne (jednofazowe, homogeniczne) - wszystkie substancje w jednym

stanie skupienia, roztwory i mieszaniny gazów - szkliwa i kryształy

2.3. Układy niejednorodne (wielofazowe, heterogeniczne) - faza ciągła z rozproszoną w

niej inną fazą - koloidy i kompozyty

3. siły spójności:

3.1. Kohezyjne - jest to siła stawiania oporu przez ciała fizyczne, poddawane rozdzieleniu

na części. Źródłem jej są oddziaływania międzycząsteczkowe i wynika z sił działających

wewnątrz ciała. Jest zależna od wielu czynników np. stanu skupienia (największa w

kryształach)

3.2. Adhezyjne - łączenie się ze sobą powierzchniowych warstw ciał fizycznych lub faz.

Występuje w wyniku oddziaływań międzycząsteczkowych stykających się substancji -

występuje np. przy klejeniu i malowaniu

3.3. Zniszczenie kohezyjne - następuje, gdy siły wiązań międzycząsteczkowych ustępują

siłom obciążenia zewnętrznego

3.4. Zniszczenie adhezyjne - następuje, gdy siły adhezji ustępują siłom obciążenia

zewnętrznego (słynny sernik)

4. ciała krystaliczne:

4.1. Definicja - rodzaj ciała stałego, w którym atomy nie mają pełnej swobody

przemieszczania się w objętości ciała i zajmują ściśle określone miejsca w sieci

przestrzennej, mogą jedynie drgać wokół położenia równowagi. Istnieje bardzo wiele

ciał krystalicznych - 100 pierwiastków, 4950 związków dwuskładnikowych, 16170

trójskładnikowych...

4.2. Ciało bezpostaciowe (amorficzne) - jest to ciało w stanie stałym, ale tworzące je

cząsteczki są ułożone w sposób chaotyczny, bardziej zbliżony do tego spotykanego w

cieczach.

4.3. Komórka (Wignera-Seitza) - teoretyczna konstrukcja przestrzenna, opisująca

fragment sieci krystalicznej, której środek stanowi dowolny węzeł sieci, a jej zasięg

zawsze spełnia definicję, że każdy zawarty w niej punkt, bliższy jest węzłowi

stanowiącemu jej środek, niż dowolnemu innemu węzłowi sieci krystalicznej

4.4. Sieć krystaliczna - sposób wypełnienia atomami przestrzeni tak, że pewna

konfiguracja atomów, zwana komórką elementarną, jest wielokrotnie powtarzana.

4.5. Węzły sieciowe - zbiór punktów mających takie samo otoczenie

4.6. Rodzaje kryształów:

a) molekularne - kryształ, który jest dość nietrwały mechanicznie, topiący się w

niskich temperaturach (<300oc), nie przewodzący elektryczności, zbudowany z

odrębnych, niepołączonych ze sobą wiązaniami chemicznymi atomami lub

cząsteczkami, siły tworzące wiązania są dosyć słabe (siły Van der Waalsa), należy

do nich większość związków organicznych np. lód, suchy lód.

b) jonowe - kryształy związków nieorganicznych elektrolitów, są to makrocząsteczki,

gdzie kation otoczony jest odpowiednią liczbą anionów, które wokół siebie mają

kationy. Ich konfiguracja jest najbliższa gazom szlachetnym. Mają wysoką

temperaturę topnienia i mogą być zwilżane.

c) metaliczne - tworzą metale i ich stopy, wykazują duże przewodnictwo cieplne i

elektryczne, co spowodowane jest występowaniem tzw. gazu elektronowego

d) kowalencyjne - zbudowane z atomów połączonych kowalencyjne (np. diament), są

bardzo trwale mechanicznie, odporne chemicznie, wysokiej temperaturze topnienia i

szczególnych właściwościach optycznych.

4.7. Defekty sieci krystalicznej - niedoskonałości kryształów polegające na punktowym

lub warstwowym zerwaniu regularności sieci. Występuje we wszystkich rzeczywistych

kryształach i wynika z natury procesu krystalizacji.

4.8. Właściwości kryształów: topią się w niskich temperaturach, są wytrzymałe na

ściskanie, mogą rozpuszczać się w wodzie i być zwilżane, przewodzą cieplnie i

elektrycznie

4.9. Układ krystalograficzny - to system klasyfikacji kryształów, ze względu na układ

wewnętrzny cząsteczek w sieci krystalicznej. Wyróżnia on 7 układów, a w nich 32

klasy.

4.10. Izotropia - brak różnic właściwości fizyczny materiałów, takich jak rozszerzalność

termiczna, czy przewodnictwo elektryczne, niezależnie od kierunku w jakim są one

mierzone. Jest to cecha ciał amorficznych i kryształów regularnych

4.11. Anizotropia - wykazywanie różnic w zależności od kierunku. Wyróżniamy np.

anizotropię sprężystości i prędkości, którą wykazują wszystkie kryształy. Konsekwencją

anizotropii prędkości wzrostu w warunkach swobodnego narastania jest samorzutne

tworzenie się prawidłowych postaci wielościennych

II. Siły spójności w tworzywach budowlanych

1. Rodzaje wiązań:

1.1. Wiązania atomowe (kowalencyjne, homeopolarne) - polegają na utworzeniu wspólnej

pary elektronowej z dwóch atomów tego samego pierwiastka. Biorą w nim udział

elektrony walencyjne, następuje nakładanie się dwóch orbitali i gęstość elektronowa

wzrasta. Podstawowym warunkiem tworzenia tego wiązania są niesparowane elektrony

o przeciwnych spinach. Prowadzą one do dużej oporności cieplnej i elektrycznej, braku

plastyczności, dużej twardości i temperatury topnienia np. diament. Są to wiązania

ukierunkowane, symetryczne o energii wiązań 250-1000 kJ/mol

1.2. Wiązania jonowe (elektrowalejcyjne, heteropolarne) - powstają między atomami

różnych pierwiastków różniących się elektroujemnością. Polegają one na tym, że atom

pierwiastka elektrododatniego oddaje elektron lub elektrony z powłoki walencyjnej,

natomiast atom pierwiastka elektroujemnego przyjmuje te uwolnione elektrony na swoją

powłokę. Materiały z tego typu wiązaniem są bardzo twarde, mają wysokie temperatury

topnienia i wrzenia, są złymi przewodnikami elektryczności i ciepła, dobrze

rozpuszczają się w rozpuszczalnikach o dużej polarności takich jak woda. Są to wiązania

bezkierunkowe o energii wiązań około 400-800 kJ/mol.

1.3. Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane - rodzaj wiązania atomowego, w którym

tworzy się para elektronowa z elektronów walencyjnych atomów dwóch różnych

pierwiastków i jest ona przesunięta do bardziej elektroujemnego pierwiastka, co w

konsekwencji prowadzi do powstania spolaryzowanej elektrycznie cząsteczki, tzn.

dipola. Energia wiązań wynosi 250-300 kJ/mol

1.4. Wiązania koordynacyjne - wiązania atomowe, w których elektrony pochodzą od

jednego atomu - donor - a drugi atom - akceptor - uzupełnia powłokę walencyjną

donora. Energia wiązania to 250-350 kJ/mol

1.5. Wiązania metaliczne - metale przekazują swoje najbardziej zewnętrzne elektrony do

przestrzeni międzywęzłowej siatki krystalicznej metalu, w wyniku czego tworzy się

chmura elektronowa (gaz elektronowy). Wolne elektrony odpowiadają za

przewodnictwo cieplne i elektryczne, powodują dużą wytrzymałość materiału przy

istnieniu defektów struktury, podatność na odkształcenia plastyczne, skłonność do

wykazywania zjawiska fotoelektrycznego i nieprzeźroczystości. Energia wiązań wynosi

250-500 kJ/mol

1.6. Siły Van der Waalsa - charakter tych wiązań wynika z sił przyciągania lub

odpychania elektrostatycznego, występują między atomami lub cząsteczkami wówczas,

gdy podczas zbliżenia ich do siebie tworzą się swoiste dipole w następstwie wzajemnego

oddziaływania chmur elektronowych i ładunków jąder atomowych. Oddziaływanie

pomiędzy powstającymi dipolami prowadzi do postania siły, która jest składową

przyciągającą w wiązaniu Van der Waalsa. Są one tym większe im większa jest zdolność

atomu do polaryzacji. Wzrastają wraz ze wzrostem ciśnienia i maleją wraz ze wzrostem

temperatury. Siły te bardzo szybko maleją wraz ze wzrostem odległości, ale mają za to

charakter addytywny. Kształtują własności kohezyjne materiału np. temperaturę wrzenia

i topnienia, twardość, lepkość i napięcie powierzchniowe. Energia wiązań wynosi 4-25

kJ/mol. Wyróżniamy:

a) siły orientacji (efekt Keesom'a) - wzajemne oddziaływanie stałych dipoli lub jonów i

stałych dipoli (jon - dipol trwały lub dipol trwały - dipol trwały)

b) siły indukcji (efekt Debye'a) - oddziaływanie stałego dipolu i dipolu przez niego

indukowanego (jon - dipol indukowany)

c) siły dyspersji: dipole chwilowe (rezonans elektronowy) i zjawisko statyczne (dipol

trwały - dipol indukowany)

1.7. Wiązania wodorowe (mostki wodorowe) - jest to odmiana sił Van der Waalsa,

również o charakterze elektrostatycznym. Proton jednej z cząsteczek może działać silnie

polaryzująco na elektron atomu elektroujemnego drugiej cząsteczki, przyciągając go do

siebie. Wiązanie występuje wówczas, gdy wodór wiąże się z innym atomem np.

fluorem, azotem lub chlorem, w taki sposób, że wiązanie jest wyraźnie polarne.

Występuje ono w takich substancjach jak amoniak, woda, czy fluorowodór. Substancje

te odznaczają się anormalnie wysokimi temperaturami wrzenia, występuje także

wysokie napięcie powierzchniowe. Występuje tu asocjacja - wiązanie się

pojedynczych cząsteczek w zespoły cząsteczkowe (asocjaty). Energia wiązań wynosi

20-40 kJ/mol. Mostki wodorowe występują też w materiałach polimerowych np.

polietylen i poliamid

1.8. Wiązania addytywne - wiązania, których siły mogą się sumować np. Van der Waalsa

i mostki wodorowe.

1.9. Wiązania nieaddytywne - wiązania, których siły nie mogą się sumować

1.10. Rodzaj występujących wiązań powoduje następujący podział:

a) metale - żelazne i nieżelazne, wyłącznie z wiązaniem metalicznym

b) materiały mineralne - dominuje wiązanie jonowe, bądź jonowo-atomowe

c) materiały organiczne - dominują wiązania atomowe i siły międzycząsteczkowe

(drewno, bitumy, tworzywa sztuczne)

1.11. W polimerach - substancja wielkocząsteczkowych, suma oddziaływań

międzycząsteczkowych jest tak duża, że przewyższa siłę oddziaływań

wewnątrzcząsteczkowych

2. Solwatacja - proces otaczania rozpuszczonego związku chemicznego przez cząsteczki

rozpuszczalnika. Występuje zazwyczaj w rozpuszczalnikach silnie polarnych. Proces polega

na tworzeniu trwałej otoczki - otoczki solwatacyjnej - wokół cząsteczki rozpuszczonego

związku. Powstaje ona na skutek słabych oddziaływań elektrostatycznych.

3. Hydratacja (uwodnienie) - ogól procesów chemicznych, w których woda jest przyłączana

do innych substancji. Jest to szczególna postać solwatacji.

4. Hydrofilowość - skłonność cząsteczki do łączenia się z wodą.

5. Liofilowość - cecha niektórych cząsteczek koloidalnych polegająca na zdolności do

adsorpcji (proces wiązania się atomów na powierzchni lub granicy faz) na ich

powierzchni cząsteczek rozpuszczalnika - zdolność ta zapobiega sklejaniu się cząsteczek

oraz nadaje trwałość układom koloidalnym.

6. Hydrofobowość - skłonność cząsteczek do odpychania cząsteczek wody. Najczęściej są to

cząsteczki nieposiadające momentu dipolowego (apolarne) np. parafina, rtęć, siarka.

7. Liofobowość - cecha niektórych cząsteczek koloidalnych, polegająca na braku skłonności

do adsorpcji cząsteczek rozpuszczalnika. Powoduje to łatwą koagulację (proces polegający

na łączeniu się cząsteczek fazy rozproszonej koloidu w większe agregaty (połączone

mniejsze cząsteczki w większe) tworzące fazę ciągłą o nieregularnej strukturze)

III. Zjawiska powierzchniowe

1. Energia powierzchniowa - na granicy faz występują odmienne właściwości materii, niż

ma to miejsce w głębi faz. Do warstwy powierzchniowej zaliczamy te części każdej ze

stykających się faz, w których przeciętny stan energetyczny cząsteczek, jest różny od

średniego stanu wewnątrz fazy. Siły przyciągania w głębi cieczy równoważą się wzajemnie,

natomiast w miarę zbliżania się do powierzchni występuje asymetria oddziaływań („brak

cząsteczek nad powierzchnią”). Dlatego w rezultacie powstaje siła wypadkowa, skierowana

do wnętrza cieczy. Powstaje swego rodzaju napięta błonka.

2. Ciecz - stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne trudno zmienia objętość, a łatwo

zmienia kształt, wskutek czego przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje. Siły

oddziaływań międzycząsteczkowych nie są duże, ale umożliwiają występowanie napięcia

powierzchniowego. Ciecz po dostarczeniu odpowiedniej ilości energii przechodzi w stan

gazowy, z drugie strony łatwo można ją ochłodzić i doprowadzić do zestalenia.

3. Lepkość - własność płynów związana z oddziaływaniami międzycząsteczkowymi,

nazywamy tak opór, jaki występuje podczas ruchu jednych części ośrodka względem

innych. Zgodnie z prawem Newtona, siła styczna F potrzebna do nadania cieczy o

współczynniku lepkości  gradientu prędkości

dV

dx na powierzchni P równoległej do

kierunku przepływu, wynosi: F=⋅P⋅dV

dx

4. Adsorpcja - najczęściej jest to proces wiązania substancji gazowej na powierzchni cieczy

lub ciała stałego, lub cieczy na stałej. Substancja gromadząca się na powierzchni to

adsorbat, a substancja przyjmująca to adsorbent (jest on bardziej zwarty i ma mniejszą

energię kinetyczną). Adsorpcja na powierzchni ciał stałych jest procesem samorzutnym.

4.1. Centrum (miejsce) adsorpcyjne - umowne określenie obszaru na którym następuje

adsorpcja.

4.2. Cząstki adsorbowane tracą swobodę ruchu Sads0 - ich entropia maleje

4.3. wykorzystanie w praktyce: kataliza, farbiarstwo, odbarwienie roztworów, oczyszczanie

wody, cieczy przemysłowych i ścieków

4.4. adsorpcja fizyczna (właściwa) - dominują oddziaływania typu sił Van der Waalsa

4.5. adsorpcja chemiczna (aktywowana) - występują oddziaływania chemiczne,

powierzchnia adsorbentu może być pokryta co najwyżej monomolekularną warstwą

adsorbatu

4.6. wszystkie procesy adsorpcji są procesami egzotermicznymi

4.7. izotermy adsorpcji - zależność opisująca wpływ ciśnienia na stopień pokrycia

powierzchni

4.8. izoterma Langmuira - adsorpcja jest monowarstwowa, wszystkie centra adsorpcji są

równie cenne, adsorpcja w dowolnym centrum nie zależy od obsadzenia centrów

sąsiadujących

5. Adhezja - łączenie się ze sobą powierzchniowych warstw ciał fizycznych wynikające z

oddziaływań międzycząsteczkowych stykających się substancji. Występuje przy klejeniu,

malowaniu, lakierowaniu oraz jest wykorzystywane przez niektóre zwierzęta do poruszania

się.

6. Napięcie powierzchniowe - zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy i

innego ciała, wynikające tego, iż cząsteczki fazy wewnętrznej (objętościowej) podlegają

jednakowym siłom oddziaływania ze wszystkich stron, natomiast w przestrzeni

przypowierzchniowej występuje asymetria oddziaływań. Cząsteczki w tej warstwie są silnie

wciągane do wnętrza fazy objętościowej, ponieważ przyciąganie ze strony fazy gazowej jest

znikome i praktycznie się je pomija. Napięcie maleje wraz ze wzrostem temperatury.

Napięcie jest zależne od rodzaju cieczy (największe ma woda), temperatury i ciśnienia.

6.1. Zwilżalność - zdolność do pokrywania powierzchni ciała stałego przez ciecz. Miarą

zwilżalności jest kąt zwilżalności, który tworzy się na brzegach swobodnej kropli na

powierzchni ciała stałego. Wyróżniamy trzy przypadki, zależne od wielkości kąta:

a) 90o - ciecz zwilża ciało stałe

b) =0o - zwilżanie doskonałe (szkło, miedź)

c) 90o - brak zwilżania (polimery)

6.2. Emulgowanie - proces łączenie dwóch niemieszalnych substancji, z których

przynajmniej jedna jest cieczą, prowadzący do powstania trwałej emulsji. Najczęściej

dzieje się to przez dodanie emulgatora i silne, mechaniczne wymieszanie całości.

6.3. Zjawiska kapilarne - szereg zjawisk związanych z zachowaniem cieczy w obiektach

o małych rozmiarach np. rurkach kapilarnych. Napięcie powierzchniowe odpowiada za

ruch cieczy w cienkich, kapilarnych rurkach, wbrew sile ciążenia.

a) Wysokość wzniosu: h=2⋅T⋅cos

⋅g⋅r , dla czystej wody, rurce o promieniu 1 mm,

wysokość wzniosu wynosi ok. 14 mm.

6.4. Związki powierzchniowo czynne (środki zwilżające) - związki obniżające napięcie

powierzchniowe na granicy faz. Możemy je podzielić na:

a) zwilżające -

b) emulgatory - związek umożliwiający powstanie emulsji i zapewniający jej trwałość.

Gromadzi się na powierzchni granicznej, prowadząc do powstania miceli. Dzielimy

je na grupy: anionowe, kationowe, niejonowe i stałe

c) pianotwórcze

d) piorące (detergenty)

Działają one poprzez:

ułatwianie mieszania się

zmianę pH powierzchni co prowadzi do zrywania wiązań wodorowych, którymi

brud jest związany z powierzchnią

obniżają twardość wody

6.5. Hydrofobizacja - proces nadawania powierzchniom materiałów hydrofilowych, czyli

Ośrodek rozpraszający Substancja rozpraszana Rodzaj

Gaz

Gaz Gaz

Ciecz Aerozol ciekły

Ciało stałe Aerozol stały

Ciecz

Gaz Piana

Ciecz Emulsja

Ciało stałe Zol, zawiesina, roztwór

Ciało stałe

Gaz Piana stała

Ciecz Emulsja stała

Ciało stałe Zol stały (pirozol)

zdolnych do wchłaniania wody, własności hydrofobowych. Procesowi temu poddaje się

najczęściej: metale, tkaniny, drewno, beton, cegły i inne materiały budowlane. Osiąga

się to poprzez: malowanie, naklejanie folii z hydrofobowych tworzyw sztucznych,

impregnacje, szlifowanie, czy też powierzchniowe topienie.

IV. Fizykochemia koloidów

1. Koloid - niejednorodna mieszanina, zwykle dwufazowa, tworząca układ, w którym jedna z

substancji jest rozproszona w drugiej. Rozdrobnienie (czyli dyspersja) substancji

rozproszonej jest tak duże, że fizycznie mieszanina sprawia wrażenie substancji

jednorodnej. Stopień dyspersji wynosi od 10-9 do 10-6m . Typowy układ koloidalny

składa się z dwóch faz:

a) ciągłej zewnętrznie - czyli substancji rozpraszającej, zwanej też ośrodkiem

dyspersyjnym

b) nieciągłej (rozproszonej) wewnętrznej - czyli substancji zawieszonej

(zdyspergowanej)

Rodzaje układów koloidalnych:

2. Metody otrzymywania:

a) dyspersyjne: mechaniczna, elektryczna, ultradźwiękowa, termiczna - makroskopowe

b) kondensacyjne: korzystając z różnic rozpuszczalności, za pomocą reakcji

chemicznych - mikroskopowe. Polega na osiągnięciu rozdrobnienia w wyniku

łączenia pojedynczych cząsteczek lub jonów, w większe zespoły w procesach

fizycznych i chemicznych takich jak: reakcje redoks, reakcje wymiany, hydrolizy,

polimeryzacji

3. Zjawiska wyróżniające stan koloidalny:

3.1. Ruchy Browna - chaotyczne ruchy cząsteczek w płynie wywołane zderzeniami

zawiesiny z cząsteczkami płynu

3.2. Efekt Tyndalla - zjawisko fizyczne polegające na rozpraszaniu światła przez koloid z

wywożeniem charakterystycznego stożka świetlnego nazwanego efektem Tyndalla. Gdy

przez koloid przepuści się wiązkę światła, to wskutek uginania się promieni na

cząstkach fazy rozproszonej światło staje się widoczne w postaci stożków

3.3. Elektroforeza - wymuszenie poruszania się naładowanych cząsteczek koloidalnych

pod wpływem pola elektrycznego względem nieruchomego ośrodka rozpraszającego.

Wyróżniamy: katoforezę (w kierunku katody) i anodoforezę (w kierunku anody).

Stosowana np. do identyfikacji białek, aminokwasów i DNA

3.4. Elektroosmoza - osmoza, która zachodzi pod wpływem przyłożonej różnicy

potencjału elektrycznego (przemieszczanie się fazy ciągłej, a unieruchomienie fazy

rozproszonej). Jest wykorzystywana np. do osuszania murów

3.5. Dializa - metoda oczyszczania roztworów koloidalnych z elektrolitów za pomocą

błony półprzepuszczalnej

4. Żele - szczególny rodzaj układu koloidalnego, będący koagulowanym zolem. Niektóre zole

wykazują skłonność do tworzenia osadów bezpostaciowych, często galaretowatych,

zawierających znaczne ilości fazy ciekłej. Taki stan pośredni między ciałem stałym, a

ciekłym charakteryzuje się tym, że duże ilości fazy rozpraszającej wypełniają luźną sieć

przestrzenną zbudowaną z substancji rozproszonej, co objawia się zdolnością do

zachowania stabilnego kształtu

4.1. Kserożel - ciało stałe formowane poprzez ostrożne suszenie żelu, bez niszczenia jego

mikrostruktury np. żelatyna.

4.2. Liożel - żel o dużej zawartości fazy ciekłej, powstający w procesie żelatynowania,

zwany też galaretą

4.3. Pęcznienie żeli - zdolność do adsorpcji ośrodka dyspersyjnego

4.4. Synereza - kurczenie się żelu wywołane wydzieleniem się fazy ciągłej (ośrodka

dyspersyjnego) w postaci osobnej fazy

5. Koagulacja - proces polegający na łączeniu się cząsteczek fazy rozproszonej koloidu w

większe agregaty tworzące fazę ciągłą o nieregularnej strukturze. Można ją osiągnąć

poprzez: ogrzewanie, zmianę pH, dodanie elektrolitu, wprowadzenie zolu o odmiennym

znaku ładunku elektrycznego, działania mechaniczne (mieszanie, wstrząsanie), naświetlanie

radiochemiczne, dehydratację, desolwatację, odparowanie ośrodka dyspersyjnego, działanie

ultradźwiękami.

6. Peptyzacja - zjawisko przechodzenia osadu koloidalnego lub żelu w koloid (odwrotność

koagulacji)

7. Tiksotropia (pamięć cieczy) - własność niektórych płynów, polegająca na czasowym

zmniejszeniu lepkości pod wpływem działania sił ścinających. U podstaw tiksotropii leży

budowa cząsteczkowa bazująca na silnych międzycząsteczkowych oddziaływaniach

elektrycznych. Umożliwia ona np. malowanie, tynkowanie

8. Reopeksja (anty-tiksotropia) - własność niektórych płynów do przechodzenia zolu w żel w

wyniku zwiększenia lepkości pod wpływem działania sił ścinających np. powolnego

mieszania. W praktyce oznacza to zastygniecie substancji

9. Emulsje - niejednorodna mieszanina dwóch substancji, z których przynajmniej jedna jest

cieczą i występują w niej micele (niewielkie drobiny wewnątrz których znajdują się

cząsteczki tworzące fazę rozproszoną, na powierzchni których znajduje się otoczka

solwatacyjna złożona z cząsteczek fazy rozpraszającej lub emulgatora)

9.1. Trwałość emulsji:

a) napięcie międzyfazowe mniejsze od 10-4 J

m2

b) różnica gęstości faz - im mniejsza tym emulsja trwalsza

c) lepkość fazy ciągłej - im mniejsza tym emulsja trwalsza

d) średnica cząsteczek fazy wewnętrznej - im mniejsza tym emulsja trwalsza

e) obecność emulgatora - ułatwienie rozdrobnienia fazy wewnętrznej

f) obecność stabilizatora

g) obecność koloidu ochronnego

h) stosunek objętościowy cieczy:

do 26 % o trwałości decyduje ciecz, której jest mniej

30 - 50 % o trwałości decyduje emulgator

10. Emulgatory - związek chemiczny umożliwiający powstanie emulsji i zapewniający jej

trwałość. Wyróżniamy emulgatory:

a) anionowe - mydła oraz aniony mono-estrów kwasu siarkowego

b) kationowe - czwartorzędowe sole aminowe, pochodne pirydyny

c) niejonowe

d) amfolityczne

11. Kompozyty - materiał o strukturze niejednorodnej, złożony z dwóch lub więcej faz o

różnych właściwościach. Najczęściej jeden z komponentów stanowi lepiszcze (osnowa,

matryca) (rodzaj spoiwa używanego do produkcji komponentów, działa podobnie do kleju),

które gwarantuje spójność, twardość, elastyczność i odporność na ściskanie, a drugi tzw.

wypełniacz (inkluzja), zapewnia większość mechanicznych własności kompozytu. Do

bardziej znanych kompozytów należą: beton, laminaty, szkło zbrojone, czy cermetale.

Dzielimy je na umacniane:

a) cząstkami

b) włóknami ciętymi i ciągłymi

11.2. Kompozyty budowlana:

a) układ ciało stałe - ciało stałe

b) rozproszenie makroskopowe - powyżej 10-6m

c) udział fazy rozproszonej (inkluzji) - 70-80 %

d) fazy dobrane są tak, aby właściwości wynikowe kompozytu były sumą oddziaływań

addytywnych i synergistycznych

11.3. Rodzaje kompozytów:

a) strukturalne - ciągłe struktury komponentów konstrukcyjnych lub regularne

struktury trójwymiarowe

b) laminaty - włókna zatopione w lepiszczach:

taśmy kompozytowe

maty kompozytowe

nieuporządkowane

c) mikrokompozyty i nanokompozyty

d) stopy strukturalne

11.4. Rodzaje wypełniacza:

a) włóknisty - kilka do 70 % objętości, pełnią rolę zbrojenia, zwiększają odporność na

naprężenia rozciągające i pozwalają zachować integralność

b) ziarnisty - zwiększa nośność mechaniczną przez efekt synergistyczny

c) mieszaniny - suma właściwości wypełniaczy włóknistych i ziarnistych

11.5. Rodzaje matrycy:

a) mineralna

b) organiczna

c) mineralno-organiczna

d) metalowa

11.6. Mechanizmy wzmocnienia:

a) dyspersyjne - cząstki o średnicy 0,01-0,1 m w ilości 1-15 % - obciążenie

przenosi osnowa, cząstki dyspersyjne przeciwstawiają się dyslokacji i następuje

obniżenie skłonności do pełzania

b) wzmocnione cząstkami o średnicy powyżej 1 m w ilości powyżej 25 % -

obciążenie przenosi osnowa i inkluzja, twarde cząstki ograniczają odkształcanie

osnowy

c) wzmocnienie włóknami w ilości od kilku od 70 % objętości - włókna są mocne,

sztywne i lekkie

11.7. Rola osnowy:

a) spaja razem włókna

b) przekazuje obciążenia zewnętrzne

c) chroni przed uszkodzeniami powierzchnia rozdziela włókna

d) zapobiega pęknięciom

e) zapewnia kompozytom dużą wytrzymałość i odporność

11.8. Rodzaje włókien:

a) szklane - wysoka wytrzymałość, mała sztywność, duża gęstość, najniższe koszty

b) węglowe - wysoka wytrzymałość, wysoki moduł sprężystości, mniejsza gęstość niż

szklanych

c) borowe - wysoka wytrzymałość, duża sztywność, duża gęstość, najwyższy koszt,

wewnątrz włókna wolframowe

d) aramidowe - największy stosunek wytrzymałości do gęstości, wysoki koszt

e) inne włókna: poliamidowe, SiC, stalowe, V, Mo

V. Reakcje chemiczne, ich istota, kinetyka, zapis i klasyfikacja

1. Reakcje - przegrupowanie substratów i wytworzenie produktów poprzez zerwanie

istniejących wiązań - cząsteczki posiadają energię aktywacji reakcji

2. Reakcje zapisujemy za pomocą równania reakcji, z którego odczytujemy co jest

substratem, a co produktem oraz jaki jest ich stosunek (bilans reakcji)

3. Przykłady reakcji zapisanych w chemii cementu:

- CaSiO3 - CaOSiO2 -CS

- Ca2 SiO4 - 2CaOSiO2 - C2 S

- Ca3 SiO5 - 3CaOSiO2 -C3 S

- Ca3 Al2O6 - 3CaOAl2O3 - C3 A

- Ca4 Al2Fe2O10 - 4CaO Al2O3Fe2O3 - C4 AF

- CaOH2 - CaOH2O-CH

4. Zapisujemy tak, ponieważ:

- CaO-C

- SiO2 - S

- AL2O3 - A

- Fe2O3 - F

- H2O - H

- SO3-S

5. Przebieg hydratacji:

3CaOSiO25H2OCaOH22CaOSiO2⋅4H2O , co możemy krócej zapisać jako:

C3 S5HCHC2 S H4

6. Reakcje:

a. Typy reakcji:

- syntezy: AB AB

- analizy: AB AB

- wymiany: ABC ACBlub ABCD ACBD

b. Rodzaj reagujących cząsteczek:

- jonowe

- cząsteczkowe

- wolnorodnikowe (otrzymywanie polimeru z monomeru)

c. Liczba cząsteczek substratów biorących udział w reakcji:

- jednocząsteczkowe

- dwucząsteczkowe

- wielocząsteczkowe

d. Kierunek przebiegu reakcji

- odwaracalna

- nieodwracalna (w danych warunkach przebiega tylko w kierunku produktu)

e. Liczba faz:

- homogeniczne (jednofazowe) - substraty i produkty w tym samym stanie

- heterogeniczne (wielofazowe)

f. Sposób prowadzenia reakcji:

- podstałym ciśnieniem (izobaryczne)

- ze stałą objętością (izoforyczne) - w materiałach budowlanych często dochodzi do zmiany

objętosci

g. Zmiany elektroujemności pierwiastków:

- bez zmiany

- ze zmianą (redoks) - utlenianie metaliczne

h. Efekt energetyczny reakcji:

- egzotermiczna - H0 - reakcje samorzutne, korozja, wiązanie spoiw

- endotermiczna - H0 - reakcje wymuszone - otrzymywanie spoiw i ceramiki

7. Reakcje otrzymywania wapnia:

CaCO3178,5 kJ CaOCO2 H=178,5 kJ /mol jest to: analiza, cząsteczkowa,

jednocząsteczkowa, nieodwracalna, heterogeniczna, endotermiczna, izobaryczna, bez zmian

8. Reakcja hydratacji (gaszenia) wapnia:

CaOH2OCaOH267kJ H=67 kJ /mol jest ona egzotermiczna

9. Otrzymywanie spoiwa cementowego:

18CaO4 SiO22Al2O3Fe2O333CaOSiO22CaOSiO23CaOAl2O34CaO Al2O3 Fe2O3

---