WODA
WODA
P.Łukowski, 4
Światowe zużycie roczne niektórych materiałów
Stal
Drewno
Beton
Żywność
przemysł
∼∼∼∼ 300 mld t
budownictwo
∼∼∼∼ 100 mld t
∼∼∼∼ 1 % bezpowrotnie !
1,3 mld t
3,5 mld t
10 mld t
1500 mld t
Woda
2300 mld t
Oszczędzajmy wodę – także (zwłaszcza!) budując!
H
2
O
Co czyni wodę tak wyjątkową substancją?
P.Łukowski, 5
P.Łukowski, 6
Co czyni wodę tak wyjątkową substancją?
E wiązania wodorowego >> E wiązania Van der Waalsa
Przemiana fazowa wody
Trzeba dostarczyć znacznie więcej energii, żeby
doprowadzić do przemiany fazowej wody, niż w
przypadku innych cieczy
Temperatura topnienia i wrzenia wody jest znacznie
wyższa, niż innych cieczy o podobnej masie
cząsteczkowej
P.Łukowski, 8
P.Łukowski, 9
Gdyby cząsteczka wody miała budowę liniową...
H
2
S
H
2
O
H
2
O ??
T
wrz
= 100
°°°°C
T
wrz
= -61
°°°°C
T
wrz
= -80
°°°°C
Dysocjacja elektrolityczna wody
2H
2
O
⇔ H
3
O
+
+ OH
–
H
2
O
⇔ H
+
+ OH
–
16
10
8
,
1
2
−
⋅
=
⋅
=
−
+
O
H
OH
H
c
c
c
c
K
dysocjacja
≡ rozpad
dysocjacja elektrolityczna
≡ rozpad na jony pod
wpływem elektrolitu
Stała dysocjacji (elektrolitycznej) wody:
P.Łukowski, 11
H
2
O
⇔ H
+
+ OH
–
16
10
8
,
1
2
−
⋅
=
⋅
=
−
+
O
H
OH
H
c
c
c
c
K
≅ const
=
⋅
=
−
+
OH
H
I
c
c
K
Iloczyn jonowy wody:
?
Czyli jakie jest stężenie molowe wody w wodzie ? ☺
V
n
c
=
ρ
H2O
= 1000 g/dm
3
M
H2O
= 18 g/mol
1 dm
3
wody zawiera 1000/18 = 55,56 moli wody, czyli
3
56
,
55
2
dm
mol
c
O
H
=
O
H
c
c
K
2
⋅
=
P.Łukowski, 12
14
16
10
56
,
55
10
8
,
1
2
−
−
≅
⋅
⋅
=
⋅
=
⋅
=
−
+
O
H
c
OH
H
I
c
K
c
c
K
const
c
c
K
OH
H
I
=
=
⋅
=
−
−
+
14
10
c
H
+
↑ ⇒ c
OH
-
↓
c
H
+
↓ ⇒ c
OH
-
↑
Czyli w roztworach wodnych:
P.Łukowski, 13
Odczyn wody / roztworu wodnego
W czystej chemicznie wodzie c
H
+ = c
OH
-
K
I
= 10
-14
⇒ c
H
+ = c
OH
- =
√K
I
= 10
-7
mol/dm
3
K
I
= const także w roztworach wodnych, zatem:
W roztworach kwaśnych
c
H
+ > c
OH
- (odczyn kwaśny)
c
H
+ > 10
-7
mol/dm
3
a c
OH
- < 10
-7
mol/dm
3
W roztworach zasadowych
c
H
+ < c
OH
- (odczyn zasadowy)
c
H
+ < 10
-7
mol/dm
3
a c
OH
- > 10
-7
mol/dm
3
W roztworach obojętnych
c
H
+ = c
OH
- = 10
-7
mol/dm
3
(odczyn neutralny)
P.Łukowski, 14
Wykładnik jonów wodorowych, pH
pH = -log c
H
+
Czyli pH jest to...
... wynik pomiaru pH-metrem ☺
P.Łukowski, 15
pH a odczyn
c
H
+ > 10
-7
mol/dm
3
c
OH
- < 10
-7
mol/dm
3
pH < 7
odczyn kwaśny
c
H
+ < 10
-7
mol/dm
3
c
OH
- > 10
-7
mol/dm
3
pH > 7
odczyn zasadowy
c
H
+ = c
OH
- = 10
-7
mol/dm
3
pH = 7
odczyn obojętny
P.Łukowski, 16
3 wielkości: pH, c
H
+, c
OH
-
Skoro
pH = -log c
H
+
to
c
H
+ = 10
-pH
2 zależności: definicja pH, definicja iloczynu
jonowego wody
Zatem mając daną jedną z tych 3 wielkości,
można zawsze obliczyć dwie pozostałe:
Dane c
H
+
⇒
⇒
⇒
⇒ c
OH
- = K
I
/ c
H
+,
pH = -log c
H
+,
Dane c
OH
-
⇒
⇒
⇒
⇒ c
H
+ = K
I
/ c
OH
-,
pH = -log c
H
+,
Dane pH
⇒
⇒
⇒
⇒ c
H
+ = 10
-pH
,
c
OH
- = K
I
/c
H
+
P.Łukowski, 17
P.Łukowski, 18
Występowanie:
-
swobodna
: w makroporach i na powierzchni materiału
jest względnie łatwa do usunięcia
Woda a materiały budowlane
Występowanie:
- kapilarna
: w mikroporach (d < 10
-7
m)
jest trudna do usunięcia, a może być przyczyną
uszkodzeń materiału, np. podczas zamarzania
Woda a materiały budowlane
P.Łukowski, 20
Występowanie:
- krystalizacyjna
: w strukturze cząsteczek lub kryształów
stanowi integralną część materiału
CaSO
4
⋅⋅⋅⋅ 2H
2
O
3CaO
⋅⋅⋅⋅ 2SiO
2
⋅⋅⋅⋅ 3H
2
O
Ca(OH)
2
CaO + H
2
O
→
→
→
→ Ca(OH)
2
Woda a materiały budowlane
Ca
OH
OH
woda konstytucyjna
P.Łukowski, 21
Woda jako rozpuszczalnik
P.Łukowski, 22
Dzięki polarnej (dipolowej) budowie cząsteczki woda jest
najlepszym znanym rozpuszczalnikiem i niezastąpionym
medium dla procesów technologicznych, w tym w
budownictwie: wytwarzanie i stosowanie materiałów
budowlanych...
ale także...
dla procesów korozyjnych.
P.Łukowski, 23
Najważniejsze reakcje chemiczne z udziałem wody
Hydroliza = rozpad substancji pod wpływem wody
Hydroliza jest reakcją odwrotną do zobojętniania
kwas + zasada
⇔ sól + woda
układ w stanie równowagi
kwas + zasada
⇒ sól + woda
zobojętnianie
sól + woda
⇒
⇒
⇒
⇒ kwas + zasada
hydroliza
P.Łukowski, 24
Czy wszystkie sole ulegają hydrolizie?
Sole słabych kwasów i słabych zasad:
(NH
4
)
2
CO
3
+ 2H
2
O
⇔ 2NH
4
OH + H
2
CO
3
Sole słabych kwasów i mocnych zasad:
Na
2
CO
3
+ 2H
2
O
⇔ 2NaOH + H
2
CO
3
Sole mocnych kwasów i słabych zasad:
NH
4
Cl + H
2
O
⇔ NH
4
OH + HCl
Sole mocnych kwasów i mocnych zasad:
NaCl + H
2
O
⇔
TAK !
TAK !
TAK !
NIE !
P.Łukowski, 25
Najważniejsze reakcje chemiczne z udziałem wody
Hydratacja = przyłączenie cząsteczek wody
CaSO
4
+ 2H
2
O
⇒ CaSO
4
⋅ 2H
2
O
woda krystalizacyjna
CaO + H
2
O
⇒ Ca(OH)
2
to też hydratacja!
woda konstytucyjna
Dehydratacja = reakcja odwrotna do hydratacji
(odłączenie cząsteczek wody)
CaSO
4
⋅ 2H
2
O
⇒ CaSO
4
+ 2H
2
O
P.Łukowski, 26
P.Łukowski, 27
Klasyfikacja wody do celów budowlanych
wg PN-EN 1008
●
woda pitna – przydatna do stosowania w betonie i niewymagająca
badania,
● woda odzyskiwana z procesów przemysłu betonowego – zazwyczaj
przydatna do stosowania w budownictwie, wymaga badania w
ograniczonym zakresie,
● woda ze źródeł podziemnych, naturalna woda powierzchniowa i woda
ze ścieków przemysłowych – może być przydatna do stosowania w
budownictwie, jednakże powinna być badana,
● woda morska – może być przydatna w budownictwie, ale jest
nieodpowiednia do wytwarzania żelbetu i betonu sprężonego,
● woda z kanalizacji – nie nadaje się do stosowania w budownictwie.