Spójność materiału:

1. Siły kohezji

- siły wewnątrz cząsteczkowe (wiązania chemiczne: atomowe, atomowe spolaryzowane, koordynacyjne, jonowe, metaliczne)

- siły międzycząsteczkowe (Vander Waalsa, mostki wodorowe)

2. Siły adhezji

- siły międzycząsteczkowe (Vander Waalsa, mostki wodorowe)

Wiązania chemiczne:

- atomowe: np pomiędzy cząsteczkami gazu, mocne wiązanie.

- atomowe spolaryzowane: gdy atomy różnią się elektroujemnością, powstaje dipol np. woda

- koordynacyjne: często wystepuje w jonach, solach, związkach kompleksowych

- jonowe: metale i niemetale, sole

- metaliczne: metale oddają elektrony walencyjne do wspólnego użytku, powstaje chmura elektronowa

Siły wiążące cząsteczki:

1. Siły Van der Waalsa (siły bliskiego zasięgu)

- siły orientacji: jon + dipol trwały lub dipol trwały + dipol trwały. Cząstki muszą być bardzo blisko siebie.

- siły indukcji: działają pomiędzy jonem o silnym ładunku a cząsteczką o symetrycznym rozkładzie ładunku. Jon + dipol indukowany lub dipol indukowany + dipol trwały

- siły dyspersji: w fazie stałej nie występują jedynie w cieczach łatwo lotnych np. w rozpuszczalnikach

2. Mostki wodorowe (wiązania protonowe) - wiązania mocne 20-25 kJ/mol. Cząsteczki które zawierają wodór, który jest związany wiązaniem atomowym spolaryzowanym wewnątrz cząsteczki. Dzięki mostkom wodorowym woda ma dużą temperaturę wrzenia (cieplo jest potrzebne do zniszczenia mostków).

Materiały w budownictwie:

1. Metale (stal, żeliwo i ich stopy)

- wiązania metaliczne: dają wytrzymalość na rozciąganie, dobrą ciągliwość, duży współczynnik rozszerzalności cieplnej, przewodzenie prądu za pomocą swobodnych elektronów, przewodzenie ciepła. Materiały nieprzezroczyste o charakterystycznym połysku (metalicznym)

2. Mineralne: kamienne, ilaste (ił, żwir), spoiwa (cement, gips, wapno), ceramika i szkło. Dominujące wiązania: jonowe i mostki wodorowe.

3. Organiczne: drewno, substancje bitumiczne (smoły, asfalty), tworzywa sztuczne (polimery). Dominujace wiązania: atomowe i siły Van der Waalsa.

Ciała krystaliczne: stała temperatura przemian fazowych, anizotropowe, brak zmian właściwości w dużym zakresie temperatur.

Ciała bezpostaciowe: zakres temp. Przemian fizycznych, izotropowe, opisywane w zależności od temperatury.

Kryształ - ciało wykazujące regularne i okresowo powtarzajace się ułożenie cząsteczek. Tworzenie kryształu zależy od układu w jakim się krystalizuje (regularny, tetragonalny, heksagonalny, trygonalny, rombowy, jednoskośny, trójskośny).

Ciecz - cząsteczki cieczy mogą łatwo przesuwać się względem siebie - płynność. Równanie Newtona:
, A-powierzchnia, dV-prędkość, dx-odległość, η - dynamiczny współczynnik lepkości.

Ciecze które nie podlegają prawu Newtona - ciecze nienewtonowskie. Im wyższe η tym większe siły spójności, zalezy to od temperatury.

Kryształ pod wpływem temperatury przechodzi w ciecz, potem oddając temperaturę przechodzi w ciecz sztywną (o nieuporządkowanej strukturze).

Cecha występująca na granicy faz - napiecie powierzchniowe

Powierzchnia graniczna - części stykających się faz dla których przeciętny stan energetyczny cząsteczek jest inny niż wewnątrz faz.

Zwilżalność - zdolność do pokrywania ciała stałego przez ciecz. Miarą jest kat zwilżalnosci (kąt zawarty pomiędzy styczną do kropli wody a powierzchnią). 0-90° - ciecz ma zdolność zwilżania ciała stałego, 90° i powyżej, ciecz nie zwilża ciała. Woda doskonale zwilża szkło, nie ma zdolności zwilżania tworzyw sztucznych.

Kapilarność - zachowanie się cieczy w kapilarach

Układ rozproszony - jeżeli w jednej substancji rozproszona jest inna. W zależności od wielkości cząstek fazy rozproszonej układ dzielimy na:

1. jednofazowy (średnice cząstek fazy rozproszonej mają rozmiary co najwyżej pojedynczych cząstek).

- d<10^-9m - roztwór jednorodny, przejście roztworu jednorodnego w koloid nazywamy kondensacją.

2. wielofazowy

- 10^-9m<d<10^-6m koloid (np. mleko - pozornie jednorodne). Wyróżniki układów koloidalnych (3): - Ruchy Braun'a: ciągły chaotyczny ruch względem fazy rozproszonej niezaleznie od oddziaływań zewnętrznych. - efekt Tyndala: ? - zachowanie w polu elektrycznym: elektroforeza czyli przemieszczanie sie cząstek fazy rozproszonej względem nieruchomej fazy rozpraszającej, elektroosmoza czyli przemieszczanie się fazy ciągłej przy nieruchomej fazie rozproszonej, zjawisko dializy

- d>10^-6m rozproszenie makroskopowe, niejednorodne. Cząstki są na tyle duże, że podlegają sile ciężkości. Przejście z rozproszenia makroskopowego w koloid nazywamy dyspersją.

Reguła przekory - jeżeli zmienimy jeden z parametrów zewnątrz układu w stanie równowagi to reaguje on tak aby przeciwstawić się tej zmianie.

Podział według stanu skupienia tworzących faz:

1. gaz: -ciecz, -ciało stałe

2. ciecz: -gaz (piana), - ciecz (emulsja), - ciało stałe (zol)

3. ciało stałe: - gaz (piana stala - pumeks), - ciecz (emulsja stała - perła), - ciało stałe (zol stały - stopy metali)

Układy o rozproszeniu makroskopowym:

Kompozyty - układy rozproszone, dzielą się na:

1. fazę ciągłą (matrycę): mineralna (spoiwa cementowe, wapienne), organiczna (polimery, bitumy, żywice syntetyczne), mieszane (mineralno-organiczna), metalowa

2. faza rozproszona (inkluzja): ziarnista, włóknista, ziarnisto-włóknista

Inkluzja - wzmocnienie matrycy.

- Inkluzja ziarnista - 3 rodzaje. 1 - materiał nie zawiera porów. 2 - materiał moze zawierać pory zamknięte. 3 - materiał zawiera pory otwarte np. beton. Adhezja - siły przyciągania Van der Waalsa.

- Inkluzja włóknista - rola matrycy jest przekazanie obciążeń na włókna. Im większa długość włókna do jego srednicy tym większa wytrzymałość.

- Inkluzja ziarnisto-włóknista duża wytrzymałość na ściskanie, mała na rozciąganie.

Reakcje chemiczne - przemiany polegające na przegrupowaniu atomów w substancjach i wytworzeniu substancji o odmiennym składzie i właściwościach.

Opis reakcji chemicznej:

1. Typ reakcji

- synteza A+B->AB

- analiza AB->A+B

- wymiana pojedyncza AB+C->AC+B

- wymiana podwójna AB + CD -> AC + BD

2. rodzaj reagujących cząstek:

- jonowe (roztwory wodne elektrolitów)

- cząsteczkowe (rozkład węglanu wapnia)

- wolnorodnikowe (tworzenie polimerów)

3. Liczba cząsteczek substratów biorących udział w reakcji: jednocząsteczkowe, dwucząsteczkowe, wielocząsteczkowe

4. Kierunek przebiegu reakcji: nieodwracalne i odwracalne

5. Liczba faz: homogeniczna (tylko w 1 fazie), heterogeniczna (na granicy faz)

6. Efekt energetyczny reakcji: egzoenergetyczne (zmiana entropii układu jest ujemna), endoenergetyczne (dostarczamy energie)

7. Sposób prowadzenia reakcji: izobaryczna, izohoryczna

8. Zmiana elektrowartościowości pierwiastków: bez zmiany, red-oks np. CaCO₃ → CaO + CO₂

Reakcje hydratacji - procesy w wyniku których woda zostaje chemicznie związana. Zachodzą samoczynnie z wydzieleniem energii. Im więcej się wydziela ciepła tym większy wzrost wytrzymałości.

Hydratacja bezpośrednia tlenków: CaSO₄ + 2H₂O → CaSO₄ * 2H₂O

Hydratacja pośrednia tlenków: CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Hydratacja jonów: Al₃³ + 6H₂O → [Al(H₂O)₆]³⁺

Hydroliza - reakcja egzotermiczna, odwrotna do zobojętniania, w skutek dysocjacji słabych elektrolitów, powstaje sól i woda np. NaCl → Na⁺ + Cl^-, pH=7

Elektrolity - w roztworze wodnym ulegają rozpadowi na jony. Dzielą się na: mocne - wszystkie cząstki ulegają rozpadowi, średnie i słabe - rozpada się okolo 30% cząsteczek

Stopień dysocjacji - ilość cząsteczek ulegających rozpadowi, do wszystkich cząsteczek.

Reakcja zobojętniania - reakcja kwasu z zasadą w wyniku których powstaje sól i woda

Wiązanie spoiw - otrzymywane z dużym nakładem energii, aby samorzutnie sie wiązały i twardniały.

Szybkość reakcji chemicznej - miarą szybkości jest ubytek substratów w czasie lub przyrost produktów. Szybkość zalezy od stężenia substratów. Katalizatory zwiększaja szybkość reakcji, inhibitory zmniejszają prędkość.

Tiksotropia - odwracalne przechodzenie żelu w zol pod wpływem bodźców mechanicznych. Krzemionka koloidalna ma właściwości tiksotropii. Jej dodatek powoduje że w bezruchu tworzy sie struktura żelowa, w zol przechodzi pod wpływem mieszania.

Emulsje - układ dwóch wzajemnie nierozpuszczalnych cieczy (układ koloidalny). Układ zwarty → (emulgowanie) → układ rozproszony → (deemulgacja) → układ zwarty. Aby emulsje były trwałe należy obniżyć napięcie powierzchniowe między cieczami. Przykłady emulsji: mleko, śmietana, majonez, mleczko kosmetyczne, kremy, żele, smary, farby, emulsje bitumiczne, emulsje żywiczne.

Emulsje stosowane w budownictwie:

- korzystne jest gdy H₂O jest fazą ciągłą

- materiały mają zdolność adsorbowania pary wodnej z powietrza

- gdy chcemy zabezpieczyć materiał budowlany to o ilości bitumów lub zywicy decyduje rodzaj emulgatora

Emulgator - środek powierzchniowo czynny składający się z części hydrofilnej i hydrofobowej.

Trwałość zależy od:

- różnicy gęstości faz (różnica maleje, gęstość rośnie)

- średnia cząsteczek fazy rozproszonej (wielkość maleje, trwałość rośnie)

- lepkość fazy ciągłej (lepkość maleje, trwałość rośnie)

- rodzaj emulgatora który ma za zadanie obniżać napięcie powierzchniowe

- stabilizator emulsji i obecność koloidu ochronnego

Reakcje podczas użytkowania betonu:

Beton - kompozyt ziarnisty 3 rodzaju - porowatość otwarta - może odbywać się transport masy. Różnica stężeń - dyfuzja. Różnica ciśnień.

18CaO + 4SiO₂ + 2Al₂O₃ + Fe₂O₃ → 3(3CaOSiO₂) + 2CaO*SiO₂ + 3CaO*Al₂O₃ + 4CaO*Al₂O₃

Korozja betonu

- korozja 1 rodzaju: nie zachodzi reakcja chemiczna, rozpuszczanie wodorotlenku wapniowego przez wody miękkie - agresywność. Obniża się odczyn betonu podczas wymywania wapnia. Objawy - rozszczelnianie sie struktury.

- korozja 2 rodzaju: Składniki środowiska reagują ze składnikami ? → związki rozpuszczalne. Reakcja chemiczna w fazie cieklej. Kontakt z roztworami wodnymi. Agresywność kwasowa: Ca(OH)₂ + 2H⁺ → Ca²⁺ + 2H₂O. Roztwór o pH<4.5 musi być zabezpieczony blokując dostęp roztworu do betonu.

- korozja 3 rodzaju: Składniki spoiwa reagują → produkty nierozpuszczalne w wodzie ale o znacznie zwiększonej objętości.

Korozja wewnetrzna betonu - zawsze korozja pęcznienia - niewłasciwy dobór składników betonu lub złej jakości. Uruchomiona z udziałem wody ze środowiska zewnętrznego.

Korozja stali:

a) z udziałem prądu elektrycznego

- w układzie

- z zewnętrznego źródła

b) bez udziału prądu elektrycznego

- w wyniku reakcji chemicznych (utlenianie, rozpuszczanie)