1. Przedstaw podział materiałów budowlanych podając przykłady

Podział materiałów budowlanych można przeprowadzić na kilka sposobów:

w zależności od przeznaczenia na: konstrukcyjne, izolacyjne i instalacyjne.

według rodzaju tworzywa: materiały kamienne, ceramiczne, betony, drewno, metale, tworzywa sztuczne itp.

w zależności od zastosowania do wykonania elementów budynku: ścienne, stropowe, dachowe itp.

2. Scharakteryzuj spoiwa powietrzne. Podaj przykłady.

spoiwa powietrzne - twardnieją (uzyskują odpowiednią wytrzymałość mechaniczną) tylko na powietrzu:

1. wapno,

2. gips oraz cement anhydrytowy (tzw. cement Keena),

3. spoiwo magnezjowe (tzw. cement Sorela),

4. spoiwo krzemianowe ze szkłem wodnym, otrzymywane 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 0,2 mm. Jako wypełniacza używa się np. mączki kwarcowej. Obecnie raczej nie używane;

3. Scharakteryzuj spoiwa hydrauliczne. Podaj przykłady.

spoiwa hydrauliczne - twardnieją na powietrzu i pod wodą:

1. cementy,

2. wapno hydrauliczne (cement romański).

4. Jakie znasz rodzaje spoiw? Opisz mechanizm wiązania i twardnienia spoiw gipsowych (wapiennych).

Pod pojęciem spoiwo budowlane rozumiemy wypalony i sproszkowany minerał, który po wymieszaniu z wodą na skutek reakcji chemicznych ulega stwardnieniu, wykazując właściwości wiążące.
Ze względu na zachowanie się spoiw w środowisku wodnym, w czasie ich twardnienia, rozróżniamy spoiwa

• hydrauliczne

• powietrzne

Spoiwo hydrauliczne zmieszane z wodą wiąże i twardnieje zarówno w wodzie jak i na powietrzu, uzyskując odpowiednie cechy wytrzymałościowe. Do tej grupy spoiw zalicza się; wapno hydrauliczne, cementy portlandzkie, hutnicze, glinowe.

Spoiwo powietrzne po zmieszaniu z wodą ulegają wiązaniu i stwardnieniu jedynie na powietrzu. Zalicza sie do nich; wapno, spoiwo gipsowe, magnezjowe oraz spoiwa krzemianowe.

Proces wiązania i twardnienia spoiwa wapiennego (zaprawy) zachodzi w dwóch etapach. Pierwszy etap (kilka godzin) to czas, w którym następuje proces wiązania i krzepnięcia spoiwa. Drugi etap trwający bardzo długo (do kilku lat) to okres twardnienia spoiwa.
Powyższe procesy polegają na odparowaniu wody przy równoczesnej reakcji wodorotlenku wapnia z dwutlenkiem węgla znajdującym się w powietrzu

Ca(OH)₂ + CO₂ --> CaCO₃ + H₂O + 38 kJ/mol

Proces krystalizacji i wzrostu kryształów węglanu wapnia prowadzi do powstania dużych wzajemnie poprzerastanych kryształów tworzących szkielet, od którego zależy stwardnienie spoiwa.
Wiązanie zapraw wapiennych w pomieszczeniach zamknietych można przyśpieszyć przez spalanie koksu (wzrost temperatury i wzrost stężenia CO₂ w powierzu)

5. Omów typy reakcji chemicznych odpowiadające za wiązanie i twardnienie cementu. Podaj przykładowe równania reakcji.

Reakcje zachodzące podaczas wiązania cementu
Tworzenie soli Candlota (dodanie gipsu)

3CaO*Al₂O₃ + 3CaSO₄ + 31H₂O --> 3CaO*Al₂O₃*3CaSO₄*31H₂O

Hydroliza glinianu trójwapniowego

3CaO*Al₂O₃ + 6H₂O --> 3CaO*Al₂O₃*6H₂O

Hydroliza żelazianu czterowapniowego (celitu)

4CaO*Al₂O₃*Fe₂O₃ + (n+6)H₂O --> 3CaO*Al₂O₃*6H₂O + CaO*Fe₂O₃*nH₂O

Hydroliza krzemianu trójwapniowego (alitu)

3CaO*SiO₂ + (n+1)H₂O --> 2CaO*SiO₂*nH₂O + Ca(OH)₂

Hydroliza krzemianu dwuwapniowego (balitu)

2CaO*SiO₂ + nH₂O --> 2CaO*SiO₂*nH₂O

Reakcja wodorotlenku wapnia z CO₂

Ca(OH)₂ + CO₂ --> CaCO₃ + H₂O

Pierwsze trzy reakcje dominują podczas wiązania cementu, zaś pozostałe podczas twardnienia masy cementowej i decydują w głównym stopniu o jej właściwościach wytrzymałościowych.

6. Na czym polega wiązanie i twardnienie cementu?

Wiązanie i twardnienie cementu Opracowane teorie utrzymują, że pierwszym etapem wiąznia jest uwodnienie glinianu trójwapniowego. Jeśli cement nie zawiera substancji opóźniających, proces uwodnienia glinianu trójwapniowego jest szybki. W rezultacie następuje zesztywnienie masy cementowej. Równolegle biegnie proces uwodnienia krzemianu trójwapniowego, z tym że uwodnienie glinianu jest szybki, krzemianu zaś wolne.
Po zakończeniu wiązania następuje długotrwały proces twardnienia,mod którego zależą własciwości wytrzymałościowe i odpornościowe cementu. Proces ten nastepuje na skutek powolnych reakcji uwodnienia krzemianów wapniowych (trwających zwykle kilka miesięcy). Stwierdzono, że wytrzymałość cementu zależy głównie od krzemianu trójwapniowego osiągającego połowę swej wytrzymałości po siedmiu dniach, pełną zaś po dwunastu dniach. W mniejszym stopniu wytrzymałość cementu zależy od krzemianu dwuwapniowego krystalizującego bardzo wolno.

7. Wyjaśnij pojęcia stosowane w technologii cementu: hydroliza, hydratacja, karbonatyzacja.

Hydroliza - reakcja chemiczna polegająca na rozpadzie cząsteczek związku chemicznego na dwa lub więcej mniejszych fragmentów w reakcji z wodą lub parą wodną. W przypadku soli jonowych przez hydrolizę rozumie się zbiór wtórnych reakcji jonów powstałych w wyniku solwolizy tej soli, które niekiedy prowadzą do zmiany pH środowiska. ESTER + WODA → KWAS + ALKOHOL

Hydratacja, uwodnienie - ogół procesów chemicznych lub fizycznych, w których związkiem chemicznym przyłączanym do innej substancji jest woda, przy czym woda ta jest przyłączana w całości (nie powstają dodatkowo produkty uboczne). Procesy hydratacji są szczególną postacią procesów solwatacji.

Karbonatyzacja (uwęglanowienie) - reakcja chemiczna między kwasem węglowym a minerałami.

Jest to jeden z najbardziej rozpowszechnionych procesów wietrzenia chemicznego ze względu na wszechobecność dwutlenku węgla rozpuszczonego w wodach, mających kontakt z powietrzem. Dwutlenek węgla w wodzie tworzy kwas węglowy, co powoduje, że świeża woda deszczowa ma zawsze odczyn lekko kwaśny.

Pod wpływem kwasu węglowego minerały całkowicie lub częściowo się rozpuszczają, a zawarte w ich składzie metale przechodzą do roztworu jako wodorowęglany. Proces karbonatyzacji powoduje również szybki rozkład minerałów krzemianowych, które zmieniają się w nierozpuszczalny kwas ortokrzemowy oraz węglany metali.

8. Wyjaśnij pojęcia: ciasto wapienne, mleko wapienne, wapno hydratyzowane.

Ciasto wapienne otrzymywane jest w dołach do gaszenia i stanowi układ koloidalny wodorotlenku wapnia w nasyconym wodnym roztworze tegoż wodorotlenku. zawartość wody wynosi ok. 50% masy ciasta wapiennego.
Wapno hydratyzowane (sucho gaszone) jest sproszkowanym wodorotlenkiem wapnia, który otrzymuje się metodą przemysłową przez gaszenie wapna palonego małą ilością wody (ok. 25%)

Mleko wapienne charakteryzuje się znacznym nadmiarem wody w układzie koloidalnym wodorotlenku wapnia.

9. Podaj wzory chemiczne: wapna palonego, wapna gaszonego, gipsu, anhydrytu, kalcytu, dolomitu, magnezytu, alitu, belitu

Wapno palone CaO

Wapno gaszone Ca(OH)₂

gipsu CaSO₄×2H₂O

anhydrytu CaSO4

kalcytu, CaCO3

dolomitu, CaMg[CO3]2

magnezytu, MgCO₃

alitu, C₃S

belitu C2S

10. Podaj wzory chemiczne związków, np.: siarczan(VI) wapnia, dwuwodny siarczan(VI) wapnia, węglan wapnia, ortokrzemian wapnia, metakrzemian glinu, glinian wapnia.

siarczan(VI) wapnia, CaSO₄

dwuwodny siarczan(VI) wapnia CaSO4 x 2H2O

, węglan wapnia, CaCO₃

ortokrzemian wapnia,

metakrzemian glinu,

glinian wapnia.

11. Podaj skład chemiczny i mineralny cementu portlandzkiego.

Alit krzemian trójwapniowy (50-65% masy klinkieru) - 3CaO·SiO₂

Belit krzemian dwuwapniowy (ok. 20% masy klinkieru) - 2CaO·SiO₂

Brownmilleryt czterowapniowy związek tlenku glinu i tlenku żelaza (ok. 10% masy klinkieru) - 4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃

Glinian trójwapniowy (ok. 10% masy klinkieru) - 3CaO·Al₂O₃

inne związki glinu, wapnia, magnezu

otrzymywany ze zmielenia klinkieru z gipsem i dodatkami hydraulicznymi

12. Podaj definicję iloczynu rozpuszczalności. Oblicz rozpuszczalność molową związków znając iloczyn rozpuszczalności np.: CaCO₃, MgCO₃, Mg(OH)₂ ..

Iloczyn rozpuszczalności - iloczyn odpowiednich potęg stężeń jonów (stężeniowy) lub aktywności jonów (termodynamiczny) znajdujących się w nasyconym roztworze elektrolitu. Ma charakter stałej równowagi dynamicznej i zależy od temperatury. W zależności od tego, czy reakcja rozpuszczania soli jest egzoenergetyczna, czy endoenergetyczna, rozpuszczalność albo maleje, albo rośnie ze wzrostem temperatury, zgodnie z regułą przekory Le Chateliera-Browna.

13. Iloczyn rozpuszczalności Ag₂CrO₄ wynosi 2.4⋅10⁻¹². Oblicz rozpuszczalność tego związku w g/dm³.

14. Scharakteryzuj układ koloidalny. Podaj 2 przykłady koloidów.

Układ koloidalny (koloid, układ koloidowy, roztwór koloidalny) - niejednorodna mieszanina, zwykle dwufazowa, tworząca układ dwóch substancji, w którym jedna z substancji jest rozproszona w drugiej. Rozdrobnienie (czyli dyspersja) substancji rozproszonej jest tak duże, że fizycznie mieszanina sprawia wrażenie substancji jednorodnej, jednak nie jest to wymieszanie na poziomie pojedynczych cząsteczek.

• koloidy asocjacyjne - układy w których substancja rozproszona samorzutnie przechodzi w stan koloidalny.

• koloidy dyspersyjne - układy, w których substancję rozproszoną otrzymuje się przez wymuszone rozdrobnienie.

15. Wyjaśnij następujące pojęcia: lepkość, napięcie powierzchniowe, siły kohezji, siły adhezji, izomorfizm, polimorfizm, anizotropia.

lepkość, - właściwość płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu. Lepkością nie jest opór przeciw płynięciu powstający na granicy płynu i ścianek naczynia. Lepkość jest jedną z najważniejszych cech olejów.

napięcie powierzchniowe, - zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazowym lub inną cieczą. Polega na powstawaniu dodatkowych sił działających na powierzchnię cieczy w sposób kurczący ją (dla powierzchni wypukłej przyciągający do wnętrza cieczy, dla wklęsłej odwrotnie). Zjawisko to ma swoje źródło w siłach przyciągania pomiędzy molekułami cieczy. Występuje ono zawsze na granicy faz termodynamicznych, dlatego zwane jest też napięciem międzyfazowym .

siły kohezji, - ogólna nazwa zjawiska stawiania oporu przez ciała fizyczne, poddawane rozdzielaniu na części. Jej miarą jest praca potrzebna do rozdzielenia określonego ciała na części, podzielona przez powierzchnię powstałą na skutek tego rozdzielenia.

siły adhezji, - Adhezja wynika z oddziaływań międzycząsteczkowych stykających się substancji. Granicznym przypadkiem odróżniającym adhezję od reakcji chemicznej jest powstanie w łączonej warstwie nietrwałych wiązań chemicznych.

izomorfizm, - zjawisko tworzenia przez różne substancje chem. identycznych lub prawie

identycznych kryształów; także zdolność wymiany podobnych jonów w strukturze kryształu.

polimorfizm, - to występowanie tego samego związku w różnych strukturach krystalograficznych

anizotropia.

16. Podaj w zapisie tlenkowym wzory następujących soli: CaSiO₃, Ca₂SiO₄, Ca₃SiO₅, Ca₃Al₂O₆, Ca₃(PO₄)₂

_CaO*SiO2 Ca2O*

17. Wymień rodzaje korozji betonu i żelbetu w zależności od środowiska

Korozja betonu powstaje pod wpływem czynników chemicznych, związana jest z działaniem wody i różnych substancji agresywnych rozpuszczonych w wodzie .

W zależności od składu środowiska agresywnego rozróżnia się następujące rodzaje korozji

-korozja ługująca , spowodowana działaniem wód miękkich ,

-korozja ogólno kwasowa związana z aktywnością jonów wodorowych (pH) ,

-korozja kwasowo węglowa , zależna od zawartości agresywnego dwutlenku węgla ,

-korozja siarczanowa , zależna od zawartości jonów siarczanowych ,

-korozja magnezowa , zależna od zawartości jonów magnezowych .

Zelbetu

18. Omów korozję chlorkową (zasadową, kwasową, siarczanową, itp.)

Chlorkowa - Proces korozji chlorkowej rozpoczyna się skurczem żelu cementowego wywołanym przez jego zagęszczanie pod wpływem ciśnienia osmotycznego. Powoduje to powstawanie w zaczynie mikrospękań, które mogą się stać drogami szybkiej migracji jonów chlorkowych do wnętrza zaczynu

Zasadowa

19. Jakie znasz rodzaje korozji betonu? Omów korozję magnezową podając odpowiednie równanie reakcji.

-korozja ługująca , spowodowana działaniem wód miękkich ,

-korozja ogólno kwasowa związana z aktywnością jonów wodorowych (pH) ,

-korozja kwasowo węglowa , zależna od zawartości agresywnego dwutlenku węgla ,

-korozja siarczanowa , zależna od zawartości jonów siarczanowych ,

-korozja magnezowa , zależna od zawartości jonów magnezowych .

MgSo₄ + Ca(OH)₂ = Ca SO₄ + Mg(OH)₂

MgCl₂ + Ca (OH)₂ = CaCl₂ + Mg(OH)₂

20. Omów działanie kwaśnych deszczy na kamień wapienny

21. Przedstaw podział węglowodorów, podaj przykłady.

Węglowodory dzielimy na:
nasycone: alkany - pomiędzy atomami węgla występują tylko wiazania pojedyncze (w nazewnictwie końcówka -an)
nienasycone:
alkeny - pomiędzy atomami węgla występuje 1 wiązanie podwójne (w nazewnictwie końcówka -en)
alkiny - pomiędzy atomami węgla występuje 1 wiązanie potrójne (w nazewnictwie końcówka -yn lub -in po spółgłoskach k lub g.

CH₄ - metan
C₂H₆ - etan
C₃H₈ - propan
C₄H₁₀ - butan
C₅H₁₂ - pentan
C₆H₁₄ - heksan

22. Podaj przykład (nazwę i wzór chemiczny) następujących związków organicznych: alkoholu, fenolu, kwasu, aldehydu, ketonu, aminy, amidu, cukru.

Alkohol ETANOL o wzorze: C₂H₅OH.

Fenolu benzenol (C₆H₅OH),

Kwasu H2SO4

Aldehydu octowym CH₃CHO

Keton 2-butanon, keton etylo-metylowy C₂H₅COCH₃

Aminy Metyloamina CH3NH2

Amidu FORMAMID , HCONH₂

_{cukier glukoza} C₆H₁₂O₆

23. Podaj grupy funkcyjne alkoholi, aldehydów, ketonów, kwasów karboksylowych, amin. Podaj odpowiednie przykłady. …

Grupą funkcyjną alkoholi jest grupa hydroksylowa OH połączona z węglem tetraedrycznym w stanie hybrydyzacji sp3.

Grupa aldehydowa - grupa karbonylowa, której atom węgla jest bezpośrednio związany z jednym lub dwoma atomami wodoru.

Grupa ta jest charakterystyczną grupą aldehydów i aldoz. Zapisywana często skrótowo jako -CHO.

Grupa karbonylowa - grupa funkcyjna występująca w ketonach i aldehydach. Zapisywana często skrótowo jako =CO, lub >C=O

Grupa karboksylowa, -COOH, jedna z podstawowych organicznych grup funkcyjnych. Charakterystyczna dla wszystkich kwasów karboksylowych. Ma charakter kwasowy, a kwasowość zależy od reszty węglowodorowej. Poza bardzo słabymi wyższymi kwasami tłuszczowymi ulega częściowej dysocjacji elektrolitycznej w roztworze wodnym według równania:

Grupa aminowa, -NH₂ jest to organiczna grupa funkcyjna występująca w aminach i aminokwasach. Ma właściwości zasadowe, gdyż atom azotu jest zasadą Lewisa (ma wolną parę elektronową). W roztworach wodnych ulega jonizacji według równania :

24. Nazwij związki chemiczne: CH₃-CH₃, CH₂=CH₂, HC≡CH, C₆H₆, C₆H₁₂O₆, CH₃COOH, CH₃OH, C₂H₅OH, …

25. Podaj wzory strukturalne: metanu, etenu, propynu, fenolu, kwasu etanowego, metanolu, etanolu, acetonu, etanalu, benzenu, …

metan

etan

propyn

fenol

Kwas etanowy (kwas octowy) - CH3COOH

Metanol

etanol

aceton

           

etanal

benzen

26. Co to jest szereg homologiczny? Wyjaśnij na dowolnym przykładzie.

Szereg homologiczny to zbiór związków organicznych o zbliżonej strukturze, które różnią się między sobą tylko liczbą grup metylenowych ( -CH₂- ) w ich łańcuchach węglowodorowych.

Poszczególne związki z tego zbioru są nazywane homologami. wzory sumaryczne wszystkich związków tworzących jeden szereg homologiczny daje się zapisać w formie ogólnej, w której występuje zmienna określająca liczbę grup metylenowych.

Często w szeregach homologicznych węglowodorów nierozgałęzionych kilka pierwszych związków w szeregu ma nazwy zwyczajowe np. w przypadku alkanów, alkenów i alkinów 4 pierwsze. W następnych rdzeń nazwy pochodzi od liczebników greckich lub łacińskich oznaczających liczbę atomów węgla w cząsteczce.

Np: alkany: C_nH_2n+2:

• metan CH₄ n = 1

• etan C₂H₆ n = 2

• propan C₃H₈ n = 3

• butan C₄H₁₀ n = 4

• pentan C₅H₁₂ n = 5

• heksan C₆H₁₄ n = 6

• heptan C₇H₁₆ n = 7

• oktan C₈H₁₈ n = 8

• nonan C₉H₂₀ n = 9

• dekan C₁₀H₂₂ n = 10

Szeregi tworzą także inne związki, np. alkohole tworzą szereg alkanoli o wzorze C_nH_2n+1OH

• metanol CH₃OH n = 1

• etanol C₂H₅OH n = 2

• propanol C₃H₇OH n = 3

• butanol C₄H₉OH n = 4

• pentanol C₅H₁₁OH n = 5

• heksanol C₆H₁₃OH n = 6

• heptanol C₇H₁₅OH n = 7

• oktanol C₈H₁₇OH n = 8

• nonanol C₉H₁₉OH n = 9

• dekanol C₁₀H₂₁OH n = 10

Można zastosować inny wzór dla alkoholi CH₃(CH₂)_n-1OH , dla metanolu wyglądałby CH₃(CH₂)₀OH , więc w tym przypadku poprawniejszy jest wzór CH₃OH .

Podobne szeregi tworzą także inne związki jak:

• alkeny

• alkiny

• aldehydy

• kwasy karboksylowe jednokarboksylowe

• cykloalkany

• cykloalkeny

• cykloalkiny

27. Wymień rodzaje polireakcji stosowane do otrzymywania tworzyw sztucznych. Na dowolnym przykładzie omów reakcję polikondensacji.

-Polimeryzacja

-polikondensacja.

-poliaddycja.

produkty polikondensacji - żywice szlachetne fenolowe, tworzywa fenolowe i krezolowe z napełniaczami, laminaty fenolowe i krezolowe, żywice karbamidowe,

Polikondensacja jest procesem łączenia się wielu cząsteczek substancji wyjściowych w związek wielkocząsteczkowy z jednoczesnym wydzieleniem prostego związku małocząsteczkowego - jako produktu ubocznego reakcji. Skład chemiczny polimeru powstającego w wyniku polikondensacji nie jest identyczny ze składem substancji wyjściowych. Spowodowane jest to wydzieleniem się produktów ubocznych podczas procesu.

28. Na dowolnym przykładzie omów reakcję polimeryzacji.

produkty polimeryzacji - polichlorek winylu, polietylen, polipropylen, poliamid, polistyren, polioctan winylu, poliwęglany itp.

Polimeryzacja jest procesem łączenia się wielu cząsteczek monomeru, któremu nie towarzyszy wydzielenie małocząsteczkowych produktów ubocznych. Proces ten można schematycznie przedstawić następująco:

Polimeryzacja przebiega bez zmian składu substancji reagujących. Powstający polimer różni się od monomeru tylko wielkością cząsteczki. W przedstawionym uprzednio procesie reaguje tylko jeden rodzaj monomeru. Taki proces jest nazywany homopolimeryzacją, a otrzymany produkt -homopolimerem. Jeżeli polimeryzacji ulega natomiast więcej niż jeden rodzaj monomeru, proces taki nazywa się kopolimeryzacją a powstający produkt - kopolimerem.

29. Na dowolnym przykładzie omów reakcję poliaddycji.

Polikondensacja jest procesem łączenia się wielu cząsteczek substancji wyjściowych w związek wielkocząsteczkowy z jednoczesnym wydzieleniem prostego związku małocząsteczkowego - jako produktu ubocznego reakcji. Skład chemiczny polimeru powstającego w wyniku polikondensacji nie jest identyczny ze składem substancji wyjściowych. Spowodowane jest to wydzieleniem się produktów ubocznych podczas procesu. Poliaddycja ma charakter pośredni między polimeryzacją a polikondensacją. Podobnie jak polikondensacja jest to reakcja przebiegająca w sposób stopniowy, lecz nie jest procesem odwracalnym. Polimery otrzymywane w wyniku poliaddycji mają ten sam skład chemiczny co monomery, lecz różnią się od nich budową. Mechanizm omawianej reakcji reakcji polega najogólniej na przemieszczaniu atomu wodoru w cząsteczce monomeru, umożliwiając tym samym wzrost łańcucha polimeru.

Stala Planca

W 1900 roku Max Planck podał nową teorię promieniowania. Zaproponował on pogląd, iż atomy i cząsteczki wysyłają promieniowanie nie w sposób ciągły, ale w postaci porcji energii zależnych jedynie od częstotliwości fali. Zależność porcji energii od cząstotliwości fali (v) dana jest wzorem:

E-vh

gdzie h - stała nazwana stałą Plancka wynosząca 6,62*10-34J*s

---