PODZIAŁ REAKCJI CHEMICZNYCH:

1)ze względu na schemat reakcji

Jest to podział, który za podstawę klasyfikacji bierze wielkość i rodzaj reakcji cząsteczek produktów i suibstratów. Wegług tego schematu reakcje dzieli my na reakcje: syntezy, analizy i wymiany.

Reakcja syntezy- substaty łączą się ze sobą dając produkt o innych właściwościach, który zawiera wszystkie atomy zawarte w substratach. S+O₂>SO₂

Reakcja rozkładu-zwane reakcjami analizy- substrat rozkłada się na składniki prostsze, atomy lub cząsteczki o innych właściwościach, pod wpływem różnych czynników, np. dysocjaja termiczna (rozkład pod wpływem ogrzewania) CaCO₃+Q>CaO+CO₂

Reakcja wymiany- substraty wymieniają między sobą poszczególne atomy lub grupy atomów, np. SiO₂+2Mg>Si+2MgO

2)ze wzg na efekt energetyczny zaliczamy reakcje egzo- i endotermiczne.

R. egzotermiczne- to reakcje, podczas, których powstają produkty o mniejszej energii wewnętrznej niż suma energii wewnętrznej substratów. Część energii wydziela się w postaci ciepła: C+O₂>CO₂+394[kJ/mol]

R. endotermiczna- to reakcje, podczas których ciepło jest pobierane z otoczenia:

2Ag₂O+30[kJ/mol]>4Ag+O₂

3)ze wzg na wymiane elektronów między atomami

Reakcje, w których występuje wymiana elektronów między reagującymi substancjami, czyli zmiana stopni utlenienia atomów, są reakcjami oksydacyjno-redukującymi, tzn. że w reakcjach utlenienia nie musi uczestniczyć tlen. Stopień utlenienia atomu w związku chem. obliczamy przyjmując zgodnie z rzeczyw. że stopień utlenienia tlenu wynosi wodoru +1. Atomy lub cząsteczki pierwiastka w stanie wolnym(N₂,O₂,H₂,S) mają zerowy stopień utlenienia. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów tworzących cząsteczkę związku chemicznego musi być równa zero. Suma stopni utlenienia atomów tworzących jon jest równy jego aktualnemu ładunkowi. Liczba elektronów oddawanych przez jeden z substratów zwany reduktorem(utlenia się) jest równy liczbie e pobieranych przez drugi substrat zwany utleniaczem(redukuje się). FeSO₄+KMnO₄+H₂SO₄>K₂SO₄+MnSO₄+Fe₂(SO₄)₃+H₂O

2Fe⁺²-2e>2Fe⁺³/x5 ; Mn⁺⁷+5e>Mn⁺²/x2

10FeSO₄+2KMnO₄+8H₂SO₄>K₂SO₄+

2MnSO₄+5Fe₂(SO₄)₃+8H₂O

4)ze wzg na strukturę fazową substr. i produktów

R. homogeniczne- reakcje, których wszystkie substraty i produkty znajdują się w tej samej fazie, np. reackje w roztworach całkowicie ze sobą mieszających się NaOH+HCl>NaCl+H₂O

R. heterogeniczne- przebiegaja na granicy dwu faz, gdy: *reagujące substraty znajdują się w różnych fazach C_(s)+C_2(g)>CO_2(g)

*powstający produkt jest w innej fazie niż substraty Ag⁺_(c)+Cl^-_(c)>AgCl_(s) *wszystkie reagenty znajdują się w fazie stałej Fe₂O₃+ZnO>ZnFe₂O₄ *wszystkie składniki znajdują się w tej samej fazie, ale reakcje między gazowymi cząst. Przebiegają nie w całej objętości lecz jedynie na powierzchni granicznej innej fazy. Np. N_2(g)+3H_2(g)>2NH_3(g)

5)ze wzg na rodzaj reagentów

R. jonowe- przebiegają przeważnie w roztworach wodnych i innych rozpuszczalnikach polarnych. BaCl₂+H₂SO₄>BaSO₄+2HCl

Ba²⁺+2Cl^-+2H⁺+SO₄^2- >2H⁺+2Cl^-+BaSO₄

Ba²⁺+SO₄^2->BaSO₄

Reakcje jonowe przebiegają bardzo szybko , zwłaszcza wtedy gdy nie następuje wymiana elektronów między reagującymi atomami.

R. cząsteczkowe- przebiegają przeważnie w fazie gazowej, rzadziej w roztworach rozpuszczalników niepolarnych. Są one dość powolne. Np. 2SO₂+O₂>2SO₃

R. rodnikowe- zachodzą wtedy gdy proces wstępny jest wywoływany rozbieciem trwałej cząsteczki na nietrwałe rodniki. Np. reakcja fotosyntezy chlorowodoru.

6)ze wzg na odwracalność r.

Reakcja nieodwracalna- kiedy to powstałe produkty nie reagują z sobą, w praktyce chemicznej nie występują reakcje całkowicie nieodwracalne. W zapisie równania reakcji nieodwracalnej zamiast znaku równości stosuje się strzałki. To, że reakcja jest nieodwracalna można przewidzieć za pomocą jej objawów, mianowicie:*powstaje nierozpuszczalny produkt (wytrącenie osadu)*wydziela się gaz*powstaje słabo zdysocjowany produkt np. woda w reakcja zobojętniania. Np.

4Al+3O₂>2Al₂O₃ ; Si+O₂>SiO₂

Reakcje odwracalne- kiedy powstałe w reakcji (reakcji prostej) produkty reagują z sobą odtwarzając substraty (reakcja odwrotna), w tego typu równaniach reakcji stosuje się strzałki dwustronne lub dwie strzałki o przeciwnych kierunkach. Każda reakcja chemiczna w większym lub mniejszym stopniu jest odwracalna. Np. H₂+J₂>2HJ

KRYSZTAŁY

Kryształy jonowe W ciałach stałych jonowych cząstkami w węzłach sieci są jony dodatnie i ujemne. Siły przyciągania są duże. Wskutek tego jonowe ciała stałe mają zwykle dość wysokie temperatury topnienia, dużo wyższe od pokojowej. W związkach jonowych, np. w alkalicznych halogenkach, siły wiązania polegają na działających we wszystkich kierunkach siłach przyciągania elektrostatycznego przeciwnie naładowanych jonów, które tworzą elementy struktury periodycznej sieci krystalicznej o czym mogliśmy dowiedziec się z rozdziału IV. Elektrostatyczny lub polarny charakter sił wiązania i kulistosymetryczny rozkład ładunku powodują, że pojedyńcze jony w sieci jonowej są otoczone możliwie dużą liczbą jonów naładowanych przeciwnie.

Kryształami cząsteczkowymi nazywamy takie struktury, w których pojedyńcze cząsteczki utrzymywane są w sieci krystalicznej w wyniku odziaływania sił van der Waalsa, dipolowego

Oddziaływanie dipolowe spotyka się w ciałach stałych złożonych z cząsteczek biegunowych, np. w przypadku lodu, a oddziaływanie van der Waalsa we wszystkich cząsteczkowych ciałach stałych.
Ponieważ całkowite oddziaływanie międzycząsteczkowe w zasadzie jest słabe, kryształy cząsteczkowe mają niskie temperatury topnienia. Ponadto są one zwykle dość miękkie, ponieważ cząsteczki mogą być łatwo przemieszczane z jednego położenia w inne. Wreszcie są one złymi przewodnikami elektryczności, ponieważ elektron związany z jedną cząsteczką z trudem przeskakuje do innej cząsteczki. Większość substancji, które w temperaturze pokojowej są gazami, tworzy cząsteczkowe ciała stałe.

W kryształach kowalencyjnych atomy są związane z sobą wiązaniami atomowymi. Podobnie jak w kryształach jonowych, także w kryształach atomowych traci sens pojęcie cząsteczki, gdyż nie można tu wyróżnić indywidualnych cząsteczek. Cały kryształ atomowy (kowalencyjny) trzeba traktować jako jedną olbrzymią cząsteczkę. Przykładem kowalencyjnej struktury krystalicznej może być sieć krystaliczna diamentu, w której każdy atom jest otoczony czterema innymi atomami węgla rozmieszczonymi w narożnikach czworościanu.

Kryształ metaliczny. Budowę metalu najprościej można opisać w ten sposób, że od każdego atomu metalu odczepiają się elektrony walencyjne, których liczba jest zależna od jego położenia w układzie okresowym i które w sieci przestrzennej, utworzonej przez pozostałe dodatnie jony, poruszają się mniej lub bardziej swobodnie jako gaz elektronowy i wywołują przez to np. dobre przewodnictwo elektryczne, tak jak i wszystkie inne cech typowo metaliczne. Elektrony te przynależą jednocześnie do wszystkich atomów i tworzą wiązanie między jonami. Zachodzi formalnie podobieństwo z wiązaniami atomowymi z tą zasadniczą różnicą, że elektrony nie mogą być przyporządkowane jako para wiążąca poszczególnym atomom, lecz należą do sieci metalicznej jako całość.

Symetria kryształów, właściwość kryształów pozwalająca przekształcić dany kryształ sam w siebie w wyniku operacji symetrii.
1) symetria translacyjna, cecha wyróżniająca kryształy spośród innych faz skondensowanych. Występowania symetrii translacyjnej w budowie wewnętrznej kryształów dowodzi zachodzenie na nich zjawiska dyfrakcji promieni X (rentgenografia), a także dyfrakcji strumieni cząstek elementarnych (elektronografia, neutronografia).
2) symetria postaci zewnętrznej kryształów, monokryształy danej substancji wyrastają (w przypadku braku zakłóceń z zewnątrz) w postaci wielościanów, których elementy symetrii punktowej odpowiadają jednej z 32 klas krystalograficznych. Ta symetria kształtów odpowiada symetrii ich właściwości makroskopowych, opisywanych za pomocą tensorów.
3) symetria sieci przestrzennej kryształu (sieć krystaliczna), symetria punktowa modelu danego kryształu, zwanego jego siecią przestrzenną. Każdy z 14 możliwych typów sieci Bravais’ego wykazuje jedną z siedmiu możliwych grup symetrii punktowej sieci przestrzennych, co prowadzi do podziału wszystkich kryształów na siedem układów Bravais’ego.
4) symetria dyfrakcyjna kryształów, symetria punktowa obrazu dyfrakcyjnego, pozwalająca przypisać każdy kryształ do jednej z 11 tzw. klas Lauego (lauegram).
5) symetria struktury kryształu, czyli pełny opis symetrii jego budowy wewnętrznej, który prowadzi do określenia przynależności danego kryształu do jednego z 230 typów grup przestrzennych. Ta symetria kształtów ułatwia rozszyfrowywanie ich struktur z pomiarów dyfrakcji na kryształach, upraszcza opis ich budowy i ustalenie typu struktury.

Koloidy – zole są to układy o dużym stopniu rozdrobnienia 10-9m – 10-7m. Są stanem pośrednim pomiędzy roztworami rzeczywistymi, które są układami fizycznie jednorodnymi o rozdrobnieniu cząstkowym, a zawiesinami i mieszaninami niejednorodnymi. 8 podstawowych ukł. koloidalnych : f. rozpraszająca, oś. dyspersyjny, układ koloidalny:

1. gaz – ciecz – piana 2. gaz – c.stałe – piana st.

3. ciecz – gaz – aerozole 4. ciecz – ceicz – emulsja

5. ciecz – c.stale – piana stała 6. c.stałe – gaz – aerozole(pył, kurz) 7. c.stałe–ciecz–zole 8.c.stałe – c.stałe – zole stałe

Część układu tworzącą fazę ciągłą stanowi ośrodek dyspersyjny (rozpraszający), a drugą stanowi fazę zdyspergowaną (rozproszoną)Cząstki fazy rozproszonej mogą mieć kształty blaszkowate, nitkowate oraz kuliste.

Podział ukł. koloidalnych ze względu na 1)powinowactwo dwóch faz:

Zole liofilowe – bardzo trwałe ( warstwa solwatacyjna jest miarą trwałości zoli liofilowych Zole liofobowe – nie ma powinowactwa, brak wspólnych cech.

2)ze względu na wielkość cząsteczek:

Układy monodyspersyjne koloidy w których cząstki fazy rozproszonej mają jednakową wielkość oraz polidyspersyjne - cząstki mają różne wymiary.

Metody otrzymywania koloidów:

*Metoda dyspersyjna - rozdrabnianie aż do uzyskania rozdrobnienia koloidalnego (z zawiesin) osiąga się: Mechanicznie - młyn koloidalny Elektrycznie - łuk elektryczny; stosuje się do otrzymywania zoli metali, tlenków metali itp. Chemicznie – peptyzacja - proces odwrotny do koagulacji stosuję się tu peptyzatory (substancje o silnych właściwościach adsorpcyjnych), które rozdzielają silnie złączone cząstki

*Metody kondensacyjne – rozdrobnienie koloidalne osiąga się w wyniku łączenia pojedynczych cząsteczek chemicznych. Stosując procesy chemiczne:

Polimeryzacja Zmniejszenie rozpuszczalności – wlewanie do wody nasyconego roztworu siarki w alkoholu Redukcja Utlenianie – H₂SS koloidalne

• Wymiana – AgNO₃+KIAgI+KNO₃

Koagulacja – proces polegający na łączeniu się cząstek fazy rozproszonej koloidu w większe agregaty tworzące fazę ciagłą o nieregularnej strukturze. Do koagulacji można doprowadzić również przez ogrzewanie, przepływ prądu, zmianę pH lub starzenie się następujące wskutek pozostawienia zolu na długi czas.

właściwości układów koloidalnych:

Ruchy Browna – koloidalne cząsteczki znajdują się w nieustannym chaotycznym ruchu Dyfuzja – ruch cząsteczek substancji pod wpływem różnicy stężeń pomiędzy różnymi częściami roztworu nie ulegają siłom samorzytnej sedymentacji

Rozproszenie światła – efekt Tyndalla ulegają koagulacji

DYSOCJACJA, rozpad cząsteczek związku chemicznego na atomy, jony, prostsze cząsteczki lub wolne rodniki.
1) Dysocjacja jonowa jest rozpadem elektroobojętnych cząsteczek elektrolitu na jony (aniony i kationy). Dysocjacja jonowa jest procesem równowagowym, stała dysocjacji jonowej nie zależy od stężenia elektrolitu.
Stopień dysocjacji elektrolitycznej dla danego elektrolitu w roztworze (α), definiowany jako stosunek liczby zdysocjowanych cząsteczek elektrolitu do ogólnej liczby cząsteczek elektrolitu wprowadzonych do roztworu, wpływa na wartość przewodnictwa elektrycznego roztworu i jest podstawą klasyfikacji elektrolitów na mocne (α≅1) i słabe (α«1).
Stopień. dysocjacji elektrolitycznej zależy od rodzaju elektrolitu i rozpuszczalnika, stężenia roztworu, temperatury oraz siły jonowej roztworu.
2) Dysocjacja termiczna następuje pod wpływem odpowiednio wysokiej temperatury, ulegają jej wszystkie związki chemiczne.

Materiał to wszystkie substancje, z których wykonano przedmioty materialne.
Materiałami w pojęciu technicznym nazywa się ciała stałe, których właściwości czynią je użytecznymi dla człowieka, gdyż wykonuje się z nich złożone produkty pracy – przedmioty użytkowe, narzędzia, konstrukcje i budowle, maszyny i pojazdy, broń, dzieła sztuki itp.
Materiały techniczne można podzielić na 3 grupy:
1. Metale
a) Technicznie czyste
b) Stopy (spieki)
2. Ceramika
a) Wielko-tonażowa
b) Specjalna
c) Szkło
3. Polimery
a) Ogólnego stosowania
b) Specjalne Metale to materiały, które w stanie stałym charakteryzują się następującymi właściwościami:
1. Dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, przy dodatnim temperaturowym współczynniku rezystywności (opór metali zwiększa się wraz z temp.)
2. Połysk – zdolność odbijania promieni przez wypolerowane powierzchnie.
3. Plastyczność – zdolność do trwałych odkształceń pod wpływem naprężeń.
Właściwości te wynikają z wiązania metalicznego występującego pomiędzy atomami tworzącymi metal i budowy krystalicznej.
Metale stanowią obecnie najsilniejszą grupę materiałów konstrukcyjnych i narzędziowych.

MATERIAŁY MINERALNE

MINERALNE SPOIWA BUDOWLANE

1. Klasyfikacja
Spoiwa mineralne - wypalony i sproszkowany minerał, który po wymieszaniu z wodą na skutek reakcji chemicznych ulega stwardnieniu, wykazując właściwości wiążące.
Ze względu na zachowanie się spoiw mineralnych w czasie twardnienia w środowisku wodnym rozróżnia się:
• spoiwa powietrzne - twardnieją (uzyskują odpowiednią wytrzymałość mechaniczną) tylko na powietrzu:
o wapno,
o gips oraz cement anhydrytowy (tzw. cement Keena),
o spoiwo magnezjowe (tzw. cement Sorela),
o spoiwo krzemianowe ze szkłem wodnym, uzyskiwane przez zmieszanie szkła wodnego (roztwór krzemianów sodowych lub potasowych otrzymywany przez stopienie piasku z węglanem sodowym lub potasowym i rozpuszczenie stopu w wodzie pod ciśnieniem) z wypełniaczem mineralnym o uziarnieniu do . Jako wypełniacza używa się np. mączki kwarcowej. Obecnie raczej nie używane;
• spoiwa hydrauliczne - twardnieją na powietrzu i pod wodą:
o cementy,
o wapno hydrauliczne (cement romański)

Charakterystyka spoiw

Spoiwa gipsowe i anhydrytowe
Spoiwa gipsowe i anhydrytowe są to materiały wiążące, otrzymywane z naturalnych siarczanów wapniowych występujących w przyrodzie w postaci kamienia gipsowego (CaSO4*2H2O) i anhydrytu (CaSO4). Produkcja tych spoiw polega głównie na obróbce termicznej kamienia gipsowego lub anhydrytu.
Spoiwa gipsowe szybko wiążące otrzymuje się w prażarkach w niskich temperaturach (135 - 230oC). Surowcem jest mączka gipsowa. Podczas wypalania zachodzi proces odwodnienia według reakcji
CaSO4*2H2O --> CaSO4*1/2H2O + 3/2H2O
Produkt tej reakcji CaSO4*1/2H2O występuje w dwóch odmianach (alfa) i (beta). Odmiany te wykazują istotne różnice rozpuszczalności, czasu wiązania i wytrzymałości.
Odmiana (beta) w odróżnieniu od odmiany (alfa) ma wygląd kłaczkowaty,θ krystalizuje w postaci bardzo drobnych kryształów. Stąd odmiana (beta) ma gorsze właściwości wytrzymałościowe niż odmiana (alfa), która ma zwartą strukturę krystaliczną.
Spoiwa tej grupy należą do spoiw powietrznych szybko wiążących - o początku wiązania od 3 do 12 minut i końcu wiązania 15 do 20 minut.
Spoiwa gipsowe wolno wiążące produkowane są w wysokich temperaturach. Dzielą się one na:
• spoiwa anhydrytowe
• gips hydrauliczny
Spoiwa anhydrytowe należą do grupy spoiw gipsowych powietrznych. Podstawowym składnikiem jest bezwodny siarczan wapnia (CaSO4).
Sam siarczan wapniowy nie wykazuje właściwości wiążących, staje się dopiero spoiwem po zmieleniu i zaktywizowaniu pewnymi dodatkami (tlenki alkaliczne, tlenek magnezowy, wapno palone i hydratyzowane, siarczany, cement portlandzki).
Spoiwo anhydrytowe otrzymuje się w wyniku wypalania kamienia gipsowego lub anhydrytu naturalnego w temperaturze 600 - 700oC i zmieleniu go z aktywatorami. naturalnego w temperaturze 600 - 700oC i zmieleniu go z aktywatorami>
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
Początek wiązania gipsu hydraulicznego zachodzi po upływie 2 do 6 godzin, koniec wiązania po 6 do 30 godzin. Zaletą tak otrzymanego spoiwa jest większa odporność na działanie wody i czynników atmosferycznych (mrozu)
Wiązanie spoiw gipsowych polega w zasadzie na reakcji odwrotnej do reakcji odwodnienia surowców stosowanych do produkcji gipsu.
CaSO4*1/2H2O + 3/2H2O --> CaSO4*2H2O +14,2 kJ/mol

Spoiwo budowlane to materiał wiążący, sproszkowany,

• zazwyczaj wypalany materiał mineralny - spoiwo mineralne

• lub chemiczny (żywica),

• który zmieszany z wodą lub inną substancją ciekłą wiąże i twardnieje, uzyskując cechy ciała stałego.

Parametry spoiwa budowlanego

• czas wiązania

  • początek wiązania czas od chwili nawilżenia spoiwa i jego wymieszania w którym zaczyn utrzymuje właściwości plastyczne

  • koniec wiązania czas uzyskania dostatecznie stwardniałego tworzywa. Zależy on od rodzaju spoiwa, ilości wody zarobowej oraz jej temperatury.

MATERIAŁY ORGANICZNE

Lepiszcza bitumiczne – są to materiały organiczne, które dzięki zachodzącym w nich zmianom fizycznym (adhezji i kohezji) zmieniają swoją konsystencję i wykazują się cechami wiążącymi. W materiałach tych, w odróżnieniu od spoiw, nie zachodzą zmiany chemiczne. W zależności od pochodzenia, lepiszcza dzielą się na:

• smołowe – smoły to ciecze otrzymywane podczas suchej destylacji drewna (smoła drzewna) lub węgla (smoła węglowa); obecnie raczej nie stosowane, z uwagi na dużą toksyczność smoły

• asfaltowe – asfalty to mieszanina węglowodorów wielkocząsteczkowych pochodzenia naturalnego (asfalt naturalny) lub otrzymywanych w wyniku przeróbki ropy naftowej (asfalt ponaftowy); odporne na działanie wody, kwasów, zasad; rozpuszczalne w dwusiarczku węgla, benzynie i innych rozpuszczalnikach