1. OTRZYMYWANIE SZKŁA WODNEGO.

Szkło wodne otrzymywane jest z mieszaniny dwóch surowców :

• jeden dostarcza tlenku krzemu SO2,

• drugi dostarcza tlenku sodu Na2O lub potasu K2O.

W praktyce wykorzystuje się piasek kwarcowy oraz węglan sodu lub potasu, względnie wodorotlenek sodu lub potasu. Gdy do produkcji szkła wodnego stosuje się surowiec będący nośnikiem tlenku sodu wówczas otrzymuje się szkło wodne sodowe; natomiast gdy do produkcji stosuje się surowiec będący nośnikiem tlenku potasu , wówczas otrzymujemy szkło wodne potasowe.

Otrzymywanie:

• surowce miesza się w takich ilościach wagowych, aby stosunek

ilości moli SiO2 / ilości moli Na2O lub K2O zawartych w mieszaninie był z góry określony.

• uzyskaną mieszaninę surowcową miesza się i rozdrabnia, a następnie poddaje obróbce termicznej w temperaturze powodującej jej całkowite stopnienie, uzyskuje się wodny roztwór stopu w postaci bezbarwnej, syropowej cieczy o odczynie zasadowym .

• uzyskany stop gwałtownie się schładza przez wlanie do kadzy wypełnioną wodą w wyniku czego stop zestala się w postaci zgranulowanej masy szklanej.

• następnie stop mieli się i rozpuszcza w wodzie w warunkach podwyższonej temperatury i ciśnienia.

2. ZASTOSOWANIE SZKŁA WODNEGO W BUDOWNICTWIE

W budownictwie stosuje się głównie szkło wodne sodowo - wapniowe („szkło zwykłe”) o zawartości SiO2 > 70%, Na2O 15 - 17% oraz CaO 0.5 - 8%. Szkło budowlane jest wytwarzane w postaci szkła płaskiego ciągnionego lub walcowego, a także formowanego na powierzchni stopionego metalu („float”), oraz szkła profilowanego; wytwarza się także kształtki szklane, szkło piankowe (spieniane, np. w wyniku rozkładu CaCO3 → CaO + CO2↑) oraz włókniste materiały szklane. Szkło wodne znajduje szerokie zastosowanie praktyczne w różnorodnych gałęziach przemysłu - przemyśle papierniczym, mydlarskim, włókienniczym, drzewnym, spożywczym. Impregnowane za pomocą szkła wodnego wyroby drewniane i tekstylne stają się trudno palne, gdyż w czasie wysychania wytwarza się galaretowata powłoka kwasu krzemowego, która działa izolująco. Dlatego impregnuje się często szkłem wodnym materiały przeznaczone na dekoracje teatralne. Zestawy szkło wodne - fluorokrzemian o wypełniacz kwarcowy są stosowane jako kity i zaprawy do wykonywania kwasoodpornych posadzek i wypraw. Kompozyty takie są odporne na suche środowisko kwaśne (np. gazy kominowe). W środowisku wodnym są nietrwałe.

3. MECHANIZM WIĄZANIA I TWARDNIENIA SPOIW KRZEMOWYCH.

Procesy zachodzące podczas wiązania krzemianowego:

Spoiwa krzemianowe powstają w skutek wymieszania szkła wodnego z mączką kamienną zawierającą fluorokrzemian sodowy lub potasowy. Mączka ta stanowi przemielony andezyt, kwarcyt lub piasek kwarcowy z dodatkiem fluorokrzemianu sodowego. Mieszanina mączki kamiennej ze szkłem wodnym ma właściwości wiążące, a po stwardnieniu charakteryzuje się odpornością na działanie kwasów. Czas wiązanie wynosi ok. 16 godzin.

4. SKRÓCONY OPIS PRZEPROWADZONYCH BADAŃ.

Przedmiotem badań jest szkło wodne.

Celem ćwiczenia jest poznanie podstaw fizyko-chemii spoiw budowlanych opartych na szkle wodnym czyli tzw. spoiw krzemionkowych.

Zasada oznaczenia sprowadza się do określenia modułu szkła wodnego.

Obliczenia i wyniki badań:

1. Oznaczenie procentowej zawartości wody i substancji suchej.

Do tygielka nr. 10 o znanej masie 61,605g. wkropiliśmy ok. 20 kropli otrzymanego do badania szkła wodnego. Tygielek z zawartością ponownie zważyliśmy, jego masa wynosiła 63,074g. Następnie naczynie włożyliśmy do pieca ( 250° C) i ponowni zważyliśmy. Tygielek ważył 62,242g.

Procentową zawartość wody (W) oraz substancji suchej (S) w szkle wodnym obliczyliśmy z następujących wzorów.

b - c c - a

W = --------- 100% S = ---------- 100%

b - a b - a

a - masa pustego tygielka,

b - masa tygielka z próbką szkła wodnego przed prażeniem,

c - masa tygielka z próbką po prażeniu.

63,074 − 62,242

W= --------------------- = 0,5664

63,074 - 61,605

WS= 56,64%

62,242 − 61,605

Ss = ---------------------- = 0,4336

63,074 − 61,605

Ss= 43,36%

1. Oznaczenie zawartości Na₂O w szkle wodnym.

Do wymytej zlewki ważącej zaledwie 144,675g o pojemności 250 ml wlaliśmy (wkropiliśmy) ok. 20 kropli badanego szkła wodnego i ponownie zważyliśmy ( 145,790g ). Następnie do zlewki wlaliśmy 100cm³ gorącej wody i wymieszaliśmy (celem rozpuszczenia szkła wodnego ). Zawartość zlewki przenieśliśmy bez straty do kolby miarowej. Kolbę uzupełniliśmy do pojemności 250 ml wodą destylowaną. Z tak przygotowanego roztworu pobraliśmy niespełna 3 razy po 50 cm³ badanej cieczy, a następnie wlaliśmy do trzech osobnych zlewek o maksymalnej objętości. Potem dodaliśmy do każdej oranżu metylowego po 6 kropli. Następnie miareczkowaliśmy powoli roztworem HCl 0,1m, aż do zmiany zabarwienia z żółtego na pomarańczowo - różowego. Czynność tę powtórzyliśmy trzykrotnie.

Procentowa zawartość Na₂O wyraża się wzorem :

V K 5

%Na₂O = ----------- 100%

d - e

gdzie:

V - objętość kwasu zużytego do miareczkowania,

K - miano roztworu kwasu wyrażone w gramach Na₂O na 1cm³ kwasu,

d - masa zlewki z próbką szkła wodnego w gramach,

e - masa zlewki w gramach,

5 - liczba przeliczeniowa.

Obliczenie miana roztworu :

Na₂O+2HCl2Nacl+H₂O

masa atomowa Na = 23g.

masa atomowa O = 16g.

masa atomowa H = 1g

masa atomowa Cl = 35,5 g

masa cząsteczkowa Na₂O =
g

masa cząsteczkowa 2HCl =2(1+35,5)=73g

3,646g HCl 1000cm³

x 1cm³

x = 0,00365g HCl

73g HCl 62g Na₂O

0,00365g HCl K.

K. = (0,00365 ^. 62):73

K = 0,0031g Na₂O

Średnia objętość kwasu zużytego do miareczkowania:

1. V₁= 8,6 cm

2. V₂ = 9,7 cm

3. V₃= 8,9 cm

V=(V₁+V₂+V₃) : 3

V=(8,6 + 9,7 + 8,9) : 3

V= 9,066 cm

9,066 x 0,0031 x 5

%Na₂O = ----------------------- = 0,126

145,790 −144,675

%Na₂O = 0,126 x 100%

%Na₂O= 12,6%

2. Oznaczenie zawartości SiO ₂ w szkle wodnym :

% SiO₂= S - % Na₂O

gdzie: S - substancja sucha

% SiO₂= 43,36 - 12,6 = 30,76

%Si2O= 30,76%

3. Oznaczenie modułu szkła wodnego.

%SiO2

M = ---------------- x 1,032

%Na2O

30,76%

M = ------------- x 1,032

12,6%

M = 2,5194

5. JAKOŚCIOWE BADANIE ZACHOWANIA SIĘ SZKŁA WODNEGO W WYNIKU ZMIANY JEGO PH.

Wykonanie ćwiczenia i obserwacje :

Na początku zmierzyliśmy papierkiem wskaźnikowym PH szkła wodnego (11). Do pozostałej próbki dodawaliśmy kroplami HCl (1:19) do zmiany PH w całej objętości zlewki do wartości 1 - 2. Wówczas zaobserwowaliśmy, iż badana próbka zmienia swój stan skupienia z cieczy w ciało stałe oraz wytwarza ciepło. Nad próbką unosiła się para. Na powierzchni próbki powstała powłoka szklana o konsystencji wosku. Nastąpiło zjawisko polimeryzacji. Następnie do zlewki dodaliśmy 20 % KOH w takiej ilości by zmienić PH w całej objętości zlewki do PH powyżej 10. Zaobserwowaliśmy ponowna zmianę stanu skupienia z ciała stałego w ciecz. Po pewnym czasie ciecz stała się klarowna, nastąpiło rozpuszczenie się osadu. Miała miejsce reakcja kondensacji.

6. TABELARYCZNE ZESTAWIENIE WYNIKÓW.

Lp.	Składnik oznaczany	Zawartość [%wag]
1	Woda (W)	56,64%
2	Szkło wodne (S)	43,36%
3	Tlenek Na2O	12,6%
4	Tlenek SiO2	30,76%
5	Moduł szkła wodnego (M)	2,5194

---