4. Wiązania atomowe, jonowe, metaliczne - definicje; wpływ rodzaju wiązania na właściwości materiałów budowlanych. Przykłady.

Wiązania atomowe (kowalencyjne) - polegają na uwspólnieniu jednej, lub kilku par elektronów. Siła tego wiązania wynika z niższej energii elektronu na orbitalu cząsteczkowym niż na orbitalach atomowych. Najtrwalsze są cząsteczki w których atomy wypełniają ilość elektronów do konfiguracji jednego z gazów szlachetnych. Wiązania mogą być pojedyncze, podwójne, potrójne. Wiązania te są mocne, a cząsteczki zachowują swoją odrębność nie tylko w stanie gazowym, ale też w stałym i ciekłym. Kryształy zawdzięczają swoją spójność słabym siłom międzycząsteczkowym co powoduje, że substancje te wykazują niskie temperatury wrzenia i topnienia.

A
+
B → A :B E ~ 250 - 1000 kJ/mol np. H : H

Wiązania jonowe - jeśli atomy bardzo różnią się elektroujemnością, to nie następuje uwspólnienie elektronu, lecz jego całkowite przeniesienie. Siła wiązania wynika z energii przyciągania różnoimiennych jonów. Obowiązuje tu też zasada osiągania konfiguracji elektronowej gazu szlachetnego.

A + B → A
+ B
np. CaO ; CaCl

Wiązania metaliczne - wyst. w metalach, wiązanie dotyczy całej struktury metalu. Sieci krystaliczne metali są uporządkowanym zbiorem dodatnich jonów pogrążonych w gazie elektronowym, który je cementuje (wiąże elektrony z zew. orbitali, znajduje się na zdelokalizowanym orbitalu cząsteczkowym obejmujący cały krysztal metaliczny).

Spoiwo wapienne należy do grupy spoiw powietrznych i oparte jest na tlenku wapnia CaO.
Wapno palone (CaO) otrzymuje się przez wypalanie kamienia wapiennego (CaCO₃) w piecach szybowych, bąź obrotowych w temperaturze 950 - 1050^oC. Proces wypalania zachodzi wg reakcji

CaCO₃ <=> CaO + CO₂ + 165,5 kJ/mol

CaO cialo stałe

CO2 gaz

CaCO_{3 ciało} stałe

Ceramika stosowana w budownictwie to ceramika otrzymywana z dobrze rozdrobionej i wymieszanej z wodą gliny. Po uformowaniu i wysuszeniu wyroby należy wypalić. W trakcie tego procesu glina zamienia się w twardy czerep a wyroby zachowują nadany im wcześniej kształt. Wyroby używane w budownictwie można podzielić na trzy grupy:

• wyroby o czerepie porowatym (nasiąkliwość wagowa waha się od 6% do 22%) - do grupy tej należą:

• wyroby ceglarskie, czyli cegły, pustaki ścienne i stropowe, dachówki, sączki drenarskie itp.;

• wyroby glazurowane - kafle piecowe, płytki ścienne

• wyroby ogniotrwałe - np. wyroby szamotowe, krzemionkowe, termalitowe.

• wyroby o czerepie zwartym ( o nasiąkliwości wagowej do 6%) - cegły i kształtki klinkierowe, płytki podłogowe (terakota), wyroby kamionkowe

• ceramika półszlachetna - wyroby fajansowe i porcelanowe np. wyposażenie łazienek (umywalki, sedesy itp.).

Zobacz też: wyroby klinkierowe, ceramika architektoniczna, podstawowe materiały budowlane

Spoiwa gipsowe i anhydrytowe sa to materiały wiążącę, 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 - 230^oC). 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, krystalizuje w postaci bardzo drobnych kryszatałów. Stąd odmiana (beta) ma gorsze właściwości wytrzymałościowe niż odmiana (alfa), która ma zwartą strukture krystaliczną.
Spoiwa tej grupy należą do spoiw powietrznych szybko wiążących, o poczatku wiązania od 3 do 12 minut, a 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 sie dopiero spoiwem dopiero 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 - 700^oC i zmieleniu go z aktywatorami. naturalnego w temperaturze 600 - 700^oC i zmieleniu go z aktywatorami>
Gips hydrauliczny jest spoiwem powietrznym wykazującym właściwości hydrauliczne. Spoiwo to, obok podstawowego składnika jakimjest CaSO₄, zawiera pewien niewielki procent tlenku wapniowego CaO. Gips hydrauliczny otrzymuje się przez wypalanie kamienia gipsowego w temperaturze 800 - 1000^oC. W takiej temperaturze gips dwuwodny przechodzi w siarczan bezwodny, ulegając częściowemu rozkładowi w/g reakcji

CaSO₄ --> CaO + SO₂ + 1/2O₂

Poczatek wiązania gipsu hydraulicznego zachodzi po upływie 2-6 godzin, koniec wiązania po 6-30 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

Pytanie 5

X Stany skupienia i ich opis (definicje);określić stany skupienia poszczególnych reagentów w procesie wypalania wapna i ceramiki budowlanej.

Wyróżnia się trzy stany skupienia: stały, ciekły, gazowy. Do ciał stałych zaliczamy substancje krystaliczne, w których występuje całkowite uporządkowanie atomów (cząsteczek). W ciałach krystalicznych atomy ułożone są w sposób regularny, polegający na okresowym powtarzaniu się w przestrzeni pewnych określonych konfiguracji atomowych. Ciała jednorodne wykazujące zależności swych własności od kierunku badania nazywamy ciałami anizotropowymi. Ciała bezpostaciowe trzeba odróżnić od krystalicznych, powstają one wówczas gdy w czasie oziębnięcia cieczy z jakiegoś powodu nie następuje krystalizacja. W miarę obniżenia temp ruchliwość cząsteczek cieczy się zmniejsza, rośnie lepkość. Ciała bezpostaciowe są izotropowe. Ciecze są nieściśliwe tzn. ze zmiany ciśnienia nie powodują zmian objętości. Zachowuje swoja objętość niezależnie od pojemnika, nie maja określonego kształtu. W cieczy są silne wiazania, mogą się oddalać od siebie, a oddziaływania są słabe i mogą poruszać się względem siebie. Ciecze są stosunkowo spójne. W cieczach niepolarnych

cząsteczki w wiazaniach atomowych niespolaryzowane. Ciecze polarne - cząsteczki atomowe o wiązaniach spolaryzowanych, występują siły orientalne i indukcyjne związane z oddziaływaniem dipol-dipol, mogą występować mostki wodorowe. Przykładem takiej cieczy jest woda. W przypadku gazów zmiany ciśnienia powodują zmiany objętości. W gazach są słabe wiązania, cząsteczki mogą się przesowac względem siebie. Gazy nie są spójne.

Pytanie 6 Zależność temp parowania od cisnienia; wrzenie

Wielkość ciśnienia pary zależy od jej temp. temp cieczy rośnie średnia energia kinetyczna cząsteczek. Im kropla ma mniejsze wymiary tym większa jest jej powierzchnia w stosunku do masy, a tym samym większa jest energia powierzchniowa kropli. Wzrasta tez tendencja do oddania jej nadmiaru wiec do zmniejszania powierzchni. Prężność pary w cieczy znajdującej się w bardzo wąskich rurkach jest niższa niż na pow. płaskiej. Wyjaśnia to zjawisko kondensacji kapilarnej polegające na tym ,ze ciecz skrapla się w niższej temp niż odpowiada to temperaturze kondensacji właściwej dla danego ciśnienia. Odwrotnie dla osuszenia porowatej substancji jakąś cieczą musimy ja ogrzać znacznie powyżej temp wrzenia tej cieczy temp wrzenia powstają pęcherze wewnątrz cieczy zwiększające granice CIECZ-PARA. Ciepło dostarczane zużyte na dostarczenie cząsteczkom energii potrzebnej do wyparowania. Temp cieczy wrzącej pozostaje stała. Temp wrzenia zależy od ciśnienia wywieranego na ciecz. Im wyższa jest temp wrzenia cieczy, tym większe musza być siły przyciągania cząsteczkami cieczy.

Pytanie 7

X Zjawiska kapilarne i ich praktyczne znaczenie dla materiałów budowlanych.

Gdy pow. Cieczy jest wklęsła wtedy za promień kropli przyjmujemy wartość r<0 z sytuacja taka mamy do czynienia w kapilarach.(p<po)mamy w kapilarach menisk wklęsły. Cząsteczki z powierzchni cieczy są silniej przyciągane niż z pow. płaskiej. KONDENSACJA KAPILARNA-w temp niższej następuje skraplanie pary wodnej (w wklęsłych pow.) niż miało to miejsce nad dużą pow. plaska. W praktyce ujawniają się w mat. porowatych. Następuje podciąganie kapilarne cieczy w porach i występuje KONDENSACJA. W kapilarach woda zamarza w temp dużo niższej niż 0°C.

Pytanie 8

X Przykłady procesów i reakcji w technologii i chemii materiałów budowlanych zachodzących z udziałem wody.

Z czysta woda mamy do czynienia rzadko. Cząsteczki H˛O występują w materiałach bud, związkach chemicznych, gipsie-CaSO4*2H˛O, uwodnione krzemiany wapniowe O-S-H, woda kapilarna (Ř 10ˉ7cm) nie jest związkiem chemicznym. Woda wolna występuje w makropolach, przestrzeniach miedzy ziarnowych. Woda jest czynnikiem pomocniczym homogenizacji procesów pielęgnacji betonu, otrzymywania mineralow .surowcowych klinkierów ,produkcji .zapraw cementowych, gipsowych i betonów.

Pytanie 9

X Parametry użytkowe materiałów związane z działaniem wody na materiały.

Z woda związane są parametry użytkowe materiałów takie jak: wskaźnik wodnospoinowy, wodożadność (H˛O do uzyskania zadanej konsystencji), nasiąkliwość(zdolność do pochłaniania wody), wodoszczelność, stopień rozmiękania(utrata własności wytrzymałościowych po nasyceniu woda),rozpuszczalność, mrozoodporność.

X 10) struktura cząsteczki i własności wody wynikające z jej budowy wewnętrznej.

Cząsteczka wody ma budowe przestrzenną nisymetryczną w której obok dwóch wiązań atomowych spolaryzowanych O-Hwystępują także dwie nie związane pary elektronowe(wolne paryelektronowe ).w cząsteczkach H2-O ,z powodudużej elektroujemności tlenu ,elektrony skupiają się wokół

jądertlenu niz wodoru ,przez co uwydatnia sie dodatni ładunek wodoru.protony są tutaj w stanie przyciągnąć ładunki ujemne ,a nawet wolną pare elektronową odpowiedniego innego atomu .Dzięki dużej polarności cząsteczki wody H2-O wyraża się zdolnością do rozpuszczania soli oraz związków obudowie polarnej ,czasteczka umożliwia również hydratacje budowlanych spoiw mineralnych

model budowy cząsteczki wody struktura H2-O W ten sposób tłumaczy sie również bardzo wysoką temp. wrzenia H2O.Dzięki polarności H2O mogą się wiązać między sobą wiązaniami wodorowymi .W stanie krystalicznym każdy atom tlenu jest związany

czteroma mostkami wodorowymi .Po stopnieniu w wodzie pozostają asocjaty cząsteczek H2O .Liczba cząsteczekw zasocjowanym agregacie maleje wraz zewzrostem temp. iw przybliżeniu wynosi:w 0st.C-ok

100cząsteczek w 29st.C-90 w 70st.C-25 a w

100st.C-6cząsteczekH2-O.Ciekła woda jest więc układem mikrodwuazowym .Obecność asocjatów jest przyczyną anomalnie

wysokiej temp. wrzenia wody .Temp wrzeniaH2O wywołalaby 80st.C

Zawartości H2O

wapno gaszone 0,24

kamień cementowy 0,23-0,26

gips 0,21

beton 0,05-0,10

Wysoka stała dialeektryczna H2O oznacza,że odziaływanie między ładunkami elektrycznymi w środowisku wodnym jest blisko70 razy mniejsze niż w związku z tym trwałe w powietrzu zwięzki się dysocjacją

HCl + H2O-----H3O ++Cl-

X 11) Iloczyn jonowy wody i PH, podać przykłady środowisk o różnym PH i opisać ich charakter pod względem oddziaływania na typowe materiały budowlane. Szkodliwy? Agresywny? Obojętny?

H₂OH^+OH^

Stała równowagi reakcji dysocjacji w temp. 24C ma wartość:

C_H2o - stężenie wody niezdysocjonowanej w wodzie”, które można oszacować jako C_H2O=55.6 mol/dm³

Iloczyn jonowy wody wynosi

Kw=Ch⁺*Coh^-

Kw=55.6mol/dm³*1.8*10^-16mol/dm³=10do-14(mol/dm³)kwadrat czyli

Ch⁺=Coh^-=10^-7mol/dm³

Dla określenia odczynu roztworów wodnych, tzn. stopnia zasadowości lub kwasowości, wprowadza się pojęcie wykładnika jonów wodorowych

pH=-lg_eh+

Dodanie do wody kwasu lub zasady powoduje zmianę pH, Ch+ i Ch- przy zachowaniu stałego iloczynu jonowego wody.

Dla oceny stopnia agresywności kwasowej roztworów wodnych w stosunku do betonu można przyjmować następujące wartości graniczne wykładnika jonów wodorowych:

6.5<=pH<7.0 - bardzo słabo agresywny

5.0<=pH<6.5 - słabo agresywny

4.5<=pH<5.0 - średnio agresywny

pH<4.5 - silnie agresywny

WSKAŹNIKI strona 136/skrypt

W betonie nieskarbonatyzowanym stal znajduje się w środowisku zasadowym o pH=11-13. Stal jest w tych warunkach pokryta warstewką pasywną, złożoną z Fe₂O₄. Zmniejszenie wartości pH do wartości <10 powoduje zapoczątkowanie procesów korozji stali. W obecności chlorków proces ten rozpoczyna się nawet przy wyższej wartości pH. Powstający produkt korozji Fe(OH)₂ ma większą objętość niż stal rozsadza beton. W obecności chlorków powstaje chlorek żelazny, który lokalnie może być źródłem kwasu solnego:

FeCl₂ + 2H₂O→Fe(OH)₂ + 2HCl

Powodującego korozję wżerową zbrojenia. Trwałość żelbetu zależy od grubości betonu i otoczki.

PYT.12)

Co to są roztwory wodne? Co to jest rozpuszczalność i stężenie i jak te parametry możemy wyrazić?

Roztwory wodne są to układy jednofazowe, składające się z substancji rozpuszczonej(ciała stałego, cieczy lub gazu) i rozpuszczalnika, którym jest woda. W wyniku rozpuszczenia substancji zmianiaja się właściwości cieczy takie jak gęstość, prężność pary nasyconej nad roztworem, napięcie powierzchniowe, przewodność elektryczna i inne.

Rozpuszczalność jest to zdolność danej substancji do tworzenia z innymi substancjami mieszanin jednorodnych pod względem fizycznym i chemicznym, większość procesów rozpuszczania ciał stałych w wodzie jest endotermiczna, a zatem rozpuszczalność rośnie ze wzrostem temp.podajemy w m*g(subst)/100g(H2O) iloczyn rozpuszczalości L=

T=const AnBm=nA + mB

Roztwór, który pozostaje w dynamicznej w równowadze z fazą stałą substancji rozpuszczonej, jest roztworem nasyconym stężenie roztworu nasyconego jest w danej temp. stałą wartością charakterystyczną. Wartością stałą w danej temp. jest również iloczyn rozpuszczalości L tzn. iloczyn potęgowy ze stężeń jonów (w przypadku roztworów stężonych iloczyn aktywności) występującym w roztworze nasyconym stężenie składnika=ilość składnika w(g)/ilość roztworu(składnik+rozpuszcalnik) w(g) * 100%

PYT.13)

Co to jest dysocjacja, elekrolit, stała dysocjacji. Zapisać 3 reakcje dysocjacji, podać przykłady 3 różnych elektrolitów i je scharakteryzować.

Dysocjacja jest to rozpad kryształów jonowych lub cząsteczek polarnych na jony pod wpływem wody (reszta w odpowiedzi na pyt.11)

Elektrolit są to substancje, których roztwory wodne przewodzą prąd Stała dysocjacji ujmuje zależność między stopniem dysocjacji a stężeniem roztworu. Wysoka stała ddielektryczna wody oznacza, że oddziaływanie między ładunkami elektrycznymi w środowisku wodnym jest blisko 80 razy mniejsze niż w próżni( podobnie w powietrzu). W konsekwencji trwałe w powietrzu związki o wiązaniach jonowych, np.HCl, rozpadają się w wodzie na jony dysocjują, tworząc roztwory elektrolitów dla słabych elektrolitów stała dysocjacji: Kc=

Kc- stała dysocjacji reakcji AB=A+ + B- C-stężenie elekrolitów

-stopień dysocjacji

=N/No

N-liczba cząsteczek zdysocjowanych subst. rozp.

No-ogólna liczba cząstek subst.rozp.

gdy <1 Kc=

Przykłady reakcji dysocjacji

HCl=H+ + Cl- elekrolit mocny

HNO3=H+ + NO3- elektrolit mocny

H3PO4=H+ + H2PO3 elektrolit średniej mocy

CH3COOH=H+ + CH3COO- elektrolity słabe

PYT.14)

X Definicja ciała stałego i na czym polega; na czym polega uporządkowana budowa wewnętrzna (tzn.za pomocą jakich pojęć definiujemy strukturę określonego kryształu).

Stan stały jest synonimem stanu krystalicznego; wiele materiałów budowlanych bądź ich składników, a także składników skorupy ziemskiej potocznie zwanych stałymi, to "ciecze sztywne" a a najczęściej osady koloidalne. "Kryształy" będące produktem przemysłu szklarsiego są przykładem ciała niekrystalicznego, które daje się szlifować i polerować.

Podstawowe elementy budowy chemicznej: atomy, jony lub cząsteczki w stanie stałym są przerwiennie uporządkowane i tworzą sieć krystaliczną. W zależności od kryształu komórki elementarnej wyróżnia się 7 układów krystalograficznych. Najprostszy kształt (przekrój)kształtu często pokrywa się z kształtem komórek elementarnych.

Budowę krystaliczną materiału charakteryzuje się przez podanie układu krystalograficznego, sposobu rozmieszczenia ścian kryształu w stosunku do krystograficznej oraz liczby koordynacyjnej określającej liczbę jednakowych jonów lub atomów otaczających w tej samej odległości pewien atom lub jon przyjęty przyjęty za centralny. Liczba koordynacyjna odpowiednio liczbie wierzchołków wielościanu lub wieloboku koordynacyjnego utworzonego przez jony lub atomów wokół elementu centralnego. W jednej substancji może czasami występować kilka sieci wzajemnie się przenikających (każda utworzona przez atomy danego pierwiastka).

X 15) Co to są roztwory stałe? W jaki sposób powstają? Podać przykłady.

Zdolność do wzajemnego zastępowania jonów, atomów lub cząsteczek przez inne o zbliżonych rozmiarach nazywa się diadochią. Konsekwencją zjawiska diadochii jest tworzenie się roztworów stałych, zwanych także kryształami mieszanymi, tzn. jednorodnymi mieszanin dwóch lub więcej substancji. Przykładami diadochii kowalentnej są minerały: oliwin (Mg,Fe^II)₂SiO₄, chabazyt [(Ca, Na₂)(Al₂S₁₄O₁₂)-6H₂O] oraz inne glinokrzemiany. Niektóre stopy metali również tworzą roztwory stałe. Apatyt Ca₅(FO₄)3(F,Cl), topaz A_l2CF,(OH)₂SiO₄.

X 16) Co to jest alotropia i polimorfizm i podać przykłady.

Ten sam pierwiastek lub związek chemiczny w zależności od sposobu powstawania i czynników zewnętrznych, w których się znajduje, może występować w różnych strukturach krystalicznych:

-pierwiastki tworzą odmiany alotropowe np. węgiel, diament (regularny), grafit (warstwowy) i bezpostaciowa sadza.

-związki chemiczne tworzą odmiany polimorficzne np. krzemionka tworzy łącznie z odmianą bezpostaciową 8 odmian polimorficznych

kwarc (870C) - trydymit (1470C) γ-krystobalit-chyba (1710C) szkło

1. kwarc (trygonalny)(575C) kwarc (heksagonalny)

1.  - trydymit (heksagonalny)(165C)  - trydymit (rombowyII)  (126C)  - trydymit (rombowyI)

2. γ-krystobalit (regularny)  (180-270C) -krystobalit (tetragonalny)

Odmiany polimorficzne (alotropowe) różnią się zarówno budową krystaliczną, jak i wartościami fizycznymi. Przemiany polimorficzne zachodzą w procesach przemysłowych np. różniące się właściwościami odmiany gipsu pół-wodnego ,-CaSO4*1/2H₂O, czy też odmiany krzemianu dwu-wapniowego ,,,γ - 2CaO-SiO₂, mogące występować podczas wypalania klinkieru cementowego bądź różniące się magnetycznością cztery odmiany alotropowe żelaza- ,,γ,δ  Fe.

17.Defekty występujące w budowie wewnętrznej.

Defekty w skali atomowej

Defekt Schotky'ego ( luka pokationowa i poanionowa )

Defekt Frenkla (kation w położeniu międzywęzłowym i luka po nim)

Defekt międzywęzłowy (dodatkowy kation w przestrzeni międzywęzłowej)

Defekt ( obcy kation w węźle sieciowym)

DEFEKTY LINIOWE - DYSLOKACJE

Dodatkowa płaszczyzna mozaikowe

d. śrubowa inkluzje pory

17.Na czym polega anizotropia i izotropia właściwości?

Mitserlich zaobserwował, że substancje o tym samym typie wzoru chemicznego np. KH₂PO_{4 ,} KH₂AsO₄ przyjmują analogiczne formy krystalograficzne. Zjawisko to nazwał izomorfizmem (równopostaciowością).Obecnie wiadomo, że podobieństwo postaci zewnętrznej kryształów jest tylko następstwem ich podobnej budowy wewnętrznej. Jest to izomorfizm w szerokim znaczeniu tego słowa-izotopia, która polega na podobieństwie struktur należących do tej samej grupy przestrzennej i wykazujących analogiczne rozmieszczenie geometryczne elementów sieci krystalicznej.

Właściwości anizotropowe mają przede wszystkim ciała stałe krystaliczne czyli takie ,które tworzą regularne sieci krystaliczne i ich właściwości wynikają właśnie z powodu uporządkowanej budowy. Natomiast właściwości izotropiczne wykazują ciecze i gazy, które nie posiadają regularnej budowy i właśnie stąd wynikają ich właściwości.

Model struktury cieczy, gazu i kryształu:

1.ciecz, gaz izotropowa

2.ciecz izotropowa- amorficzna, struktura bezładna

3.ciecz amizotropowa

4.kryształ

X 18. Rodzaje reakcji chemicznych i podać po dwa przykłady z dziedziny materiałów

budowlanych ?

* SYNTEZA
A+B↔AB

2CaO+SiO₂↔Ca₂[SiO₄]

CaO+Ca₂SiO₄↔Ca₃[SiO₄]O

CaSO₄*0,5H₂O+1,5H₂O→CaSO₄*2H₂O+16,4kj

*ANALIZA AB↔A+B

CaCO₃↔CaO+CO₂

CaSO₄→CaSO₄*0,5H₂O+1,5H₂O

*R. WYMIANY

pojedyncza AB+C↔AC+B Ca(OH)₂+CO₂↔CaCO₃+H₂O

podwójna AB+CD↔AC+BD CaCO₃+2HCl₂↔CaCl₂+CO₂+H₂O

*R. REDOX

SO₂+0,5O₂→SO₃

2AL+3Ca(OH)₂+H₂O→3CaO*Al₂O₃*H₂O+3H₂↑

4Al+3O₂→2Al₂O₃ (powstanie warstewki ochronnej na aluminium pod wpływem tlenu z atmosfery)

4Fe+3O₂+2H₂O→4FeO(OH) (jeden z etapów korozji żelaza )

Inny podział :

* reakcje z przemieszczeniem protonu-protoliza

H₂O+H⁺→H₃O⁺-jon hydroniowy

-(zobojętnianie)

Ca(OH)₂+H₂CO₃→CaCO₃+2H₂O (wiązanie zaprawy wapiennej)

Ca(OH)₂+2HNO₃+4H₂O→Ca(NO)₃*4H₂O+2H₂O (powstawanie wykwitów saletry na

murze)

-(podstawienia)

CaCO₃+H₂SO₄+H₂O→CaSO₄*2H₂O+CO₂ (rozkład kamienia wapiennego lub piaskowca ze spoiwem wapiennym w atmosferze ziemskiej lub przemysłowej zawierającej SO₂-powstaje gips)

CaCO₃+2HCl→CaCl₂+H₂O+CO₂↑ (próba na obecność węglanów )

-(hydroliza)

CaSiO₄+2H₂O→CaSi0₃*H₂O+Ca(OH)₂ (jeden z etapów wiązania cementu portlandzkiego ,odczyn zasadowy)

NaHCO₃+H₂O→NaOH+H₂CO₃ (wodorowęglan sodu, odczyn zasadowy)

* reakcje strącania (wytwarzanie substancji trudno rozpuszczalnej w wodzie)

Ca(OH)₂+CO₂→CaCO₃↓+H₂O (powstawanie nacieków wapiennych na betonie pod wpływem działania dwutlenku węgla z powietrza)

Ca(OH)₂+H₂SO₄→CaSO₄*2H₂O↓ (w atmosferze przemysłowej powstawanie wykwitów gipsowych na betonie )

* reakcje kompleksowe

3CaO*Al₂O₃+6H₂O→Ca₃[Al.(OH)₆]₂ (hydratacja glinianu trójwapniowego-tworzy się kompleksowy jon [Al.(OH)₆]^3- sześciohydroksyglinianu , reakcje zachodzą podczas wiązania cementu portlandzkiego)

* reakcje heterogeniczne (r. ciał stałych)

CaO+SiO₂→CaSiO₃

CaCO₃+BaO→BaCO₃+CaO

* reakcje endotermiczne i egzotermiczne

-endotermiczne

CaCO₃+178,5kj→CaO+CO₂ (wypalanie kamienia wapiennego )

CaSO₄*2H₂O+16,4kj→CaSO₄*0,5H₂O+1,5H₂O (wypalanie kamienia gipsowego).

-egzotermiczne

CaO+H₂O→Ca(OH)₂+67,0kj (gaszenie wapna palonego )

CaSO₄*0,5H₂O+1,5H₂O→CaSO₄*2H₂O+16,4kj (uwodnienie gipsu)

X 19. Uklad, faza, parametry stanu ukladu chemii

Układ- część przestrzeni materialnej będącej przedmiotem naszych rozważań ograniczona powierzchnia materialna lub abstrakcyjna.

Faza-jednorodna część układu, to znaczy posiadająca w każdym punkcie identyczne właściwości fizykochemiczne, oddzielone od innych faz określonymi powierzchniami.

Np. woda, lod, para - odrębne fazy.

Roztwory stale i ciekle to pojedyncze odrębne fazy. Mieszanina wielu gazow to jedna faza. Ciecze niemieszające się ze sobą to odrębne różne fazy.

Parametry stanu układu w chemii: T- temperatura, p- ciśnienie, Ci- stężenia poszczególnych składników, s- rodzaj i liczba składników, f- liczba faz.

Parametry układu mogą wchodzić w kombinacje tworząc tzw. Funkcje stanu

X 20. Co to jest stan rownowagi? Czy osiagalny jest w procesacgh zachodzacych w cialach stalych?

Układ jest w stanie równowagi, gdy dowolnie długo nie zachodzą w nim zmiany.

Stan równowagi układu obejmuje trzy równowagi cząstkowe:

- równowaga termiczna- nie ma wymiany ciepła ani różnicy temperatur ani w układzie ani w relacji układ otoczenie.

- równowaga chemiczna- nie zachodzą reakcje, ani przemiany fazowe, składu chemicznego, stanu skupienia, ani struktury nie ulegają zmianie.

- równowaga mechaniczna- siły działające w układzie i w relacji układ otoczenie wykazują wypadkowa 0 albo oddziaływań nie ma.

Podczas reakcji czy przemian w ciałach stałych stan równowagi ustala się na ogol bardzo powoli, z uwagi na duże siły wiązań, mała ruchliwość cząsteczek, małe prędkości przemieszczania się.

Stan równowagi:

aA + bB = Cc + dD

T=const. c d a b

p=const.  K= C * C / C * C K- stała równowagi

C D A B

Pytanie 21

Reguła przekory; przykłady jej działania w chemii i technologii materiałów budowlanych.

Stan równowagi trwa tak długo, jak długo nie ulegają zmianie zewnętrzne czynniki oddziałujące na układ. Wpływ zmiany czynników zewnętrznych zastał uogólniony przez Le Chatelier'a i nosi nazwę reguły przekory, która brzmi: Jeżeli układ pozostający w stanie równowagi zostanie poddany działaniu jakiegoś bodźca zewnętrznego, to w układzie zajdą takie zmiany, które zmniejszą działanie tego bodźca.

2. Zwiększenie ilości substratów prowadzi do nowego ST. Rów. W którym część z tego substratu zoatanie zużyta do zwiększania ilości produktów.

2. Zwiększenie ilości produktu zwiększenie ilości substratu.

3. Zmniejszenie ilości substratu (produktu) daje nowy stan równowagi w którym część z produktów (substratów) przereaguje ze sobą częściowo odtwarzając usunięty substrat

4. Podwyższenie ciśnienia w układzie powoduje taką reakcję, która prowadzi do zmniejszenia liczby moli gazu(objętość).

5. Obniżenie ciśnienia  zwiększenie liczby moli gazu

6. Podwyższenie temp. Przesuwa stan równowagi w takim kierunku, w którym ciepło jest absorbowane.

7. Obniżenie temp. Przesuwa stan równowagi w kierunku, w którym ciepło jest wydzielane.

Przykład: W reakcjach rozkładu, z utworzeniem produktu gazowego (dekarbonizacja węgla, dehydratacja, dehydroksylacja) wzrost ciśnienia da cofnięcie się reakcji, a zmniejszenie ciśnienia da przesunięcie równowagi w kierunku utworzenia produktu botnego. Gdy dodamy rozpuszczalnik do roztworu nastąpi przesunięcie. Reguła przekory umożliwia oszacowanie wpływu zmian parametrów procesów technologicznych i wpływ na szybkość tych procesów i ich wydajność.

Pytanie 22

Parametry wyznaczające szybkość reakcji

Szybkośc reakcji (postęp reakcji) zależy od:

2. Stężenia substratów - wzrost stężenia jednego lub większej liczy substratów powoduje zwiększenie szyb. rak. Ponieważ zmniejsza się średnia odległość między drobinami i w konsekwencji zwiększa się liczba zderzeń aktywnych w jednostce czasu

2. Temperatura - Szybkość rośnie wraz ze wzrostem temp. I ponieważ zwiększa się energia kinetyczna drobin, w związku z czym zwiększa liczba zderzeń zachodzących w jednostce czasu może być zderzeniami aktywnymi. Najczęściej ok. 2-3 razy na 10stop.C

3. Obecność katalizatorów.—katalizator jest to subst. Dodana do substratów, powoduje zwiększenie szybkości reakcji i nie zużywa się katalizy. Oprócz substancji przyśpieszających reakcje istnieją także substancje zwane inhibitorami, które ją spowalniają. Wyróżnia się 2 typy katalizatorów: homofazowe, feterofazowe.

4. Powierzchnia międzyfazowa ( dotyczy reakcji feterofazowych). Zwiekszenie powierzchni kontrolitu substratów (np. w wyniku rozdrobnienia substratów stałych) powoduję zwiększenie szybkości reakcji. Dla fozy ciekłej: -ciśnienie cieczy, -stężenie substratów, -intensywność mieszania. Dla ciał stałych: stopień rozdrobnienia.Vreak.=(-dc substr.)/dt lub V rak. =(dc prod.)/dt. V=kc(do n).: k- stała szybkości, c- stężenie zastępcze subst., n- ngd reakcji.

X 23. Prawo Archeniwa, energia aktywacji

k=ke-eA/RT

Reakcja egzotermiczna rak. endotermiczna

Energia którą muszą mieć cząsteczki, aby nastąpiło zdeżenie aktywne, nosi nazwę energi aktywacji. Wartość energi aktywacji jest związana konkretną reakcją i może zmieniać się w szerokich granicach. Np. energia tlenu z wodorem chartka. Się b. wysoką energią aktywacji, a rak. tl. azotu (2) z tlenem ma niską energię i zachodzi w temp. pokojowej. Względna ilość energii wewnętrznej i energii kinetycznej produktów reakcji w porównaniu z energiami

substratów zależy od tego, czy reakcja jest procesem egzotermicznym czy endotermicznym. Zależność tą przedstawiają powyższe wykresy.

Pytanie 24

X Działanie reguły faz na przykładzie diagramu fazowego wody, objaśnić symbole i punkty i pola na diagramie.

Faza jest to jednolita fizycznie część układu, oddzielona od pozostałych części wyrażną granicą. (powierzchnią rozdziału, .a której następuje skokowa zmiana właściwości. Zależność pomiędzy liczą faz podaje reguła fuz Gibbssa. S+f=n+z (s- liczba skład., f- liczba faz, n- liczba stopni swobody).

DIAGRAM WODY. Stan układu jednoskładnikowego zależy od temp. i ciśnienia. Stężenia wyrażone w ułamkach molowych mają w tym układzie wartość 1. Diagram wody możemy przedstawić w ukł. współ. Oś rzędnych- ciśnienie, oś odciętych -temper..

To=0,0057C, Po=4058 mmHg

OA -krzywa współistnienia fazy ciekłej i fazowej, OB.- krzywa współistnienia fazy stałej i fazowej, OC- krzywa współistnienia fazy ciekłej i stałej, OB.- ciecz przechłodzona (stan równowagi i meta trwałej) Krzywa OA odpow. Prężności pory nasyconej nad cieczą. Podaje ono warunki współistnienia pary wodnej z wodą przy różnych temper.. W myśl reguły faz na krzywej układ będzie miał jeden stopień swobody: s=n+2-f=1+2-2=1. Oznacza to, że dowolnie wybranej temp. odpowiada tylko 1 ciśnienie i odwrotnie. Analogicznie podsumowujemy : na krzywych OA, OB., OC s=1+2-2=1, w obrazach lodu, wody, paty:s=1+2-1=2. Krzywe OA, OB., OC przecinają się w jednym punkcie 0, w którym współistnieją 3 fazy: lód, woda i para. Z reguły faz wynika, że w przypadku współistnienia 3 faz układ jest niezmienny. S=n+2-f=1+2-3=0.

Pytanie 25

X Narysować i objaśnić prosty układ eutektyczny, znaczenie eutektytów w praktyce.

Obydwa składniki prostego układu eutektycznego substancje A i B w stanie ciekłym mieszają się ze sobą w dowolnych temperaturach, natomiast w stanie stałym nie tworzą roztworów ani związków. Punkty TA i TB odpowiadają temperaturom topnienia czystych substancji A i B. Dodanie do cieczy A substancji B powoduje obniżenie temperatury kopnięcia stopu. TBQ, TAQ- krzywe likwidusu (przedstawiają warunki równowagicieczy o określonym składzie kryształami A lub B).

Q- punkt eutektyczny (stop A, B) (zerozmienny)

d- wydzielanie eutektyku

I, IV- krzywe krzepnięcia ciał A i B

II- krzywa krzepnięcia eutektytu od b do d

III- krzywa krzepnięcia składu pośredniego

Krzywe likwidusu pokazują zależność między temperaturą początku krzepnięcia a składem stopu. Wzdłuż krzywych układu jest jednoimienny tzn. mamy układ dwufazowy. Poniżej to nie ma fazy ciekłej jest wynikiem oddziaływań międzycząsteczkowych, którym odpowiada pewne minimum energi.

Ilość kryształów do ilości stopu wyniesie: mc/cn.

Na podst. tego układu możemy przedstawić przebieg krzywych stygnięcia różnych stopów.

Pytanie 26

X Sposoby i warunki krystalizacji nowych faz stałych.

Proces krystalizacji może przebiegać w różnych warunkach i środowiskach. Gdy środowisko jest jednoskładnikowe, wówczas mogą zajść następujące przypadki krystalizacji:

-kondensacja pary,

-krzepnięcie cieczy,

-wzrost kryształów w fazie stałej.

W okładach wieloskładnikowych mogą zachodzić następujące przypadki:

-synteza w fazie gazowej np. NH3 + HCl  NH4Cl,

-dysocjacja pary WCl6  W + 3Cl2,

-odparowanie roztworów nasyconych,

-ochładzanie roztworów nasyconych,

-strącanie chemiczne.

Aby zainicjować powstanie nowej fazy musi zajść przechłodzenie lub przegrzanie, a w roztworze stan przesycenia.

Pytanie 27

Opis i uwarunkowania termodynamiczne procesu zarodkowania.

Proces krystalizacji zawsze rozpoczyna się poprzez zarodkowanie. Zarodkowanie może mieć charakter homogeniczny albo heterogeniczny (obie fazy). W praktyce mamy do czynienia z heterogeniczną. Aby zainicjować krystalizację nowej fazy stop albo pore muszą zostać przechłodzone. Natomiast roztwór, aby rozpoczęła się w nim krystalizacja musi osiągnąć stanprzesycenia.

Pytanie 28

X Co to są układy rozproszone; rodzaje, przykłady.

Jeżeli cząstki substancji zostają rozprowadzone równomiernie (rozproszone) w innej substancji, to mieszanina taka jest nazwana układem rozproszonym. Substancja, która, występuje w postaci cząstek, jest nazwana substancją rozproszoną a substancja, w której cząstki są rozproszone ośrodkiem rozpraszającym nazywa się fazą rozpraszającą. Układy rozproszone różnią się stopniem rozdrobnienia, czyli rozmiarami cząstek rozproszonych. Im mniejsze są cząstki,tym większy jest stopień rozdrobnienia i odwrotnie. Jeżeli rozmiary cząstek są większe od 1mm, a więc widoczne gołym okiem, to układ nazywa się ziarnistym. Gdy rozmiary są mniejsze od 1mm do 1 nm to jest to rozproszenie makroskopowe koloidowe.

PYTANIE 29

X Koloidy-definicja, budowa, własności i znaczenie praktyczne.

Koloidy są to rozproszone układy o znacznym rozwinięciu fazy rozproszonej 1-1000 nm. Koloidy maja zespół specyficznych cech wyróżniających je: efekt Tyndalla, ruchy Brona, zjawisko koagulacji. Koloidy tworzą roztwory koloidalne, to jest układy dyspersyjne, w których wyróżniamy dwie fazy: ciągłą fazę rozpraszającą i nie ciągłą fazę rozproszoną. Obie te fazy mogą występować we wszystkich stanach skupienia(oprócz układu gaz-gaz). Roztwory koloidalne nazywamy zolami: roztwory wodne i hydrozole, roztwory np. alkoholowe: alkohole, gdy ośrodkiem rozpraszającym jest gaz: aerozole(mgła). Zol zawdzięcza swą trwałość ładunkowi cząsteczce, co prowadzi do utworzenia podwójnej warstwy elektrycznej na granicy z cieczą. Naładowana cząstkę nazywamy granulą, natomiast granule wraz z otaczającą ja warstwą przeciw jonów micellą. Budowa micelli(warstwa Sterna, warstwa dwufazowa, jądra).

Pod działaniem dodatku elektrolitu substancje zawarte w roztworze koloidalnym ulegają koagulacji, to jest wydzielają się w formie osadu. Wytrącony osad koloidalny to żel. Są np. hydrożele, alkożele itp. Przez dodanie nadmiaru elektrolitu można czasami przeprowadzić żel z powrotem w zol. Zjawisko to nazywa się peptyzacją. Zol---Żel Żel---Zol.

RUCHY BROWNA—cząstki koloidalne w zolu znajdujące się w ustawicznym, całkowicie bezładnym, zygzakowatym ruchu. Ruchy tego rodzaju nazywamy ruchami BROWNA. Wynikają one z tego że cząsteczki cieczy znajdują się w ustawicznym ruchu uderzają o powierzchnie cząstek zawiesiny. Równocześnie prawdopodobieństwo zrównoważenia uderzeń miedzy cząsteczkami jest małe. W rezultacie cząstka porusza się w chaotyczny sposób.

EFEKT TYNDALLA—gdy skierujemy wiązkę światła na układ koloidalny, to cząstki koloidalne powodują ugięcie światła, dzięki czemu droga promienia przebiera formę smugi. Efekt ten wykorzystano do budowy ultramikroskopu.

ELEKTROOSMOZA—zjawisko wykorzystywane do odwadniania murów, przy odwadnianiu substancji koloidalnych.

ZNACZENIE PRAKTYCZNE

Przykłady koloidów—gliny, torf, mgły, karz, smary, farby emulsyjne, pigmenty, wodny roztwór mydła, kremy, mleczka kosmetyczne, krochmal, masło, margaryna.

PYTANIE30

X Szkła-definicja, własności skład chemiczny i przykłady występowania w chemii i technologii materiałów budowlanych

Szkła są to ciała sztywne bezpostaciowe(amorficzne, niekrystaliczne) otrzymywane przez zakrzepniecie cieczy zachłodzonej lub zniszczenie uporządkowanej struktury krystalicznej. Szkło jest ciałem otrzymywanym ze stopu który nie wykrystalizował. Zawiera nadmiar energii w stosunku do krystalicznej fazy macierzystej, jest wiec metatrwała.

Nie-szkła : szkła:

Faza ciekła(stop) stop 10 do potęgi 4—10 do 6 Ns/m2

0,3-0,5 Ns/m2 chłodzenie---stan szklisty 10 do 12 Ns/m2

chłodzenie—krystalizacja

Różnym szybkościom chłodzenia odpowiadają różne objętości właściwe szkła. Szybkość chłodzenia wpływa na objętość właściwą szkła. Im większa szybkość chłodzenia tym wyższa temperatura transformacji szkła i tym bardziej otwarta jego budowa. Szkła wykazują uporządkowane bliskiego zasięgu odpowiadające najbliższemu otoczeniu sąsiednich atomów wokół atomu centralnego. Aby wytworzyć szkło potrzebna jest wysoka (ale nie zbyt wysoka) temperatura.

Tlenki które same mogą tworzyć szkła to tlenki szkłotwórcze i są nimi: SiO2 GeO2 B2O3 As2O3. Tlenki te tworzą więźbę przestrzenna szkła. Natomiast inne tlenki które same nie tworzą szkieł lecz modyfikują ich własności nazywamy modyfikatorami. Są to w przypadku szkieł krzemionkowych przede wszystkim sod i wapń a ogólniej tlenki litowców i berylowców.

CD 30

Powodują one rozrywanie mostków tlenowych, czyli wiązania Si-O-Si neutralizując ładunki nienasycone tlenu np. Si-O-Na. Prowadzi to do depolimeryzacji więźby szkła i do występowania dwóch rodzajow tlenów: mastkowych i nie mastkowych. Modyfikatory: Li2O Na2O K2O CaO BaO. Przejscie substancji szklistej kryształ jest możliwe w określonym przedziale temperatury zwanym zakresem defikryfitacji.

Szkło budowlane zawiera: 70% SiO2, od 15-17% Na2O, od 0,5-8% CaO.

Wyroby i produkty majace zastosowanie w budownictwie: szkło płaskie, włókno szklane, wełna mineralna, elementy ścienne, szkło piankowe.

Szkło budowlane otrzymuje się przez stopienie w temperaturze 1500 stopni C pisku kwarcowego sodu i innych. Szkło jest odporne chemicznie. Korozja zachodzi tylko w obecności stężonych zasad fluorowodoru

X 31.Materialy wiążące - definicja, własności i znaczenie praktyczne.

Materiały wiążące to spoiwa otrzymane z surowców mineralnych, które po zarobieniu z wodą dają plastyczny zaczyn, łatwo się formujący oraz wiążący i twardniejący po pewnym czasie na powietrzu lub w wodzie. Materiały wiążące dzielimy na:

- spoiwa powietrzne - pod wpływem wody tracą swoje własności wytrzymałościowe ( np. wapno, gips, cement anhydrytowy)

- spoiwa hydrauliczne - wiążą i twardnieją na powietrzu jak i w wodzie. Obecność wody bardzo wskazana w początkowym okresie wiązania i twardnienia ( np. cementy portlandzkie, hutnicze, pucolanowe, specjalne )

- wieloskładnikowe

X 32.Schemat rozkładu węglanu wapniowego. Parametry wyznaczające szybkość reakcji.

Spoiwa wapienne otrzymuje się przez prażenie wapieni

CaCO3=CaO+CO2

Jest to typowa reakcja heterogeniczna, w związku z tym jej szybkość zależy nie tylko od parametrów stanu (ciśnienie, temperatura, stężenie) lecz również od innych czynników, przedewszystkim od rozdrobnienia CaCO3 i stopnia zdefektowania jego struktury.

Schemat procesu rozkładu CaCO3 i spiekania CaO:

Kostka kalcytu -rozszerzalność termiczna - zarodki caO na powierzchni - duża porowatość małe krystality ziarna CaO - spiekanie - skurcz - rekrystalizacja

- 33.Wplyw parametrów obróbki termicznej na aktywność wapna palonego.

Połowa zadania 34.

Właściwości wapna zależą od parametrów:

-właściwości surowca wapiennego: twardość, struktura,* zanieczyszczenia (głównie ilaste;w materiale końcowym powinno być CaO+MgO > 85%)* skład chemiczny

-parametry procesu wypalania: *rodzaj instalacji (z nim związana jest wielkość ziaren, warunki wymiany ciepła i wyprowadzenia CO2 ) *temperatura wypalania wapna 1100-1200°C* *szybkość wzrostu temperatury instalacji.

Materiał, który w skutek zbyt małego rozdrobnienia i zbyt krótkiego wypalania zawiera CaCO3, to materiał niedopalony.

Wapno przepalone (martwo palone) - za długo trzymane w wysokiej temperaturze zawiera znaczną ilość CaO wypalonego na martwo zrekrystalizowanego, o dużych ziarnach mało aktywnego w stosunku do wody.

W obu tych przypadkach aktywność wapna maleje.

X 34. Co wiemy o procesie gaszenia wapna palonego?

Aktywność wapna mierzy się poprzez pomiar wzrostu temperatury (do 60 C ) rozróżniamy wapno: szybko gaszące się (t< 10 min) umiarkowanie gaszące się ( 10 < t < 30 min)

Wolno gaszące się (t> 30 min). Gaszenie wapna odbywa się w gaszalniach (3-4 dni) lub w przewoźnych hydratorach. Proces gaszenia wapna wymaga precyzyjnego ustalenia ilości H2O, którego nie może być za mało, bo nastąpi przepalenie (rekrystalizacja) Ca(OH)2, ani za dużo bo wilgotne wapno uniemożliwia dozowanie , pakowanie, itp.

CaO+H₂O → Ca(OH)₂ + Q

Reakcja jest bardzo gwałtowna i towarzyszy jej wydzielanie znacznej ilości energii 1,16 MJ na 1kg wapnia. Objętość Ca(OH)2 powstałego przy gaszeniu jest 2-3,5 razy większe niż objętość CaO . Po gaszeniu wapna pozostaje pewna część składników nie zgaszonych:

Niedopalone CaCO3, przepalone CaO i MgO, oraz minerały powstałe w wyniku reakcji pomiędzy CaO a SiO2, Al2O3 i Fe2O3.szybkość hydratacji uzależniona jest od takich czynników jak: temp.wypalania właściwości fizyczne surowców, rodzaju pieców do wypalania, oraz zawarte w nim zanieczyszczenia: np. MgO, które powodują zmniejszenie szybkości wydzielania ciepła. Wapno lekko palone ulega bardzo szybko hydratacji, natomiast martwo palone reaguje z wodą powoli. Szybkość hydratacji zależy też od poziomu rozdrobnienia materiału.

35. Zastosowanie wapna palonego; własności zaprawy.

Podstawowym składnikiem do produkcji wapna jest węglan wapniowy. W zależności od sposobu otrzymania mamy:

- wapno palone w bryłach i mielone(nie gaszone)

- wapno karbonizowane(nie gaszone) uzyskiwane poprzez zmielenie wapna palonego z dodatkami kamienia wapiennego

- wapno gaszone (ciasto wapienne)

- wapno sucho gaszone (hydratyzowane)

Zastosowanie wapna:

- prace związane z osuszaniem ,stabilizacją podłoża i poprawą struktury gruntów

- jako składnik zapraw, wypraw wewnętrznych i tynków

- jako składnik mieszanek w budownictwie drogowym

- jako produkt przy wytwarzaniu cegły wapienno-piaskowej, betony komórkowego

Zaprawy wapienne odznaczają się :

- bardzo dobrą plastycznością i urabialnością

- przyleganie do podłoża (gładka masa wnikająca we wszystkie szczeliny i wypełniająca je)

Nie stosuje się zapraw zawierających tylko wodę i wapno, gdyż po wyschnięciu następuje skurcz związany z zagęszczeniem żelu wapiennego(dlatego stosuje się piasek).

Ciasto jest tym lepsze im więcej zawiera wody, przybierając konsystencję wylewającej się galarety (52-70 % wody związane jest nie chemicznie w postaci dalszych otoczek wokół cząstek koloidalnych).Podczas twardnienia żel ulega zagęszczeniu, woda częściowo wyparowywuje , Ca(OH)2 ulega rekrystalizacji, warstwy powierzchniowe ulegają karbonizacji do utworzenia szczelnej otoczki CaCO3.

X 36. Schemat dehydratacji i hydratacji gipsu, na czym polegają różnice technologii ?.

Właściwości odmian alfa (a) i betta (B) .

(WSTĘP JAK W ZADANIU 37)

Dehydratacja gipsu związana jest z odprowadzaniem 1,5 cząsteczki wody, w postaci pary wodnej. W zależności od warunków jakie panują podczas dehydratacji uzyskuje się odmiany alfa i beta. Podczas kalcynacji skały gipsowej w atmosferze nasyconej pary wodnej otrzymuje się odmianę alfa, natomiast w atmosferze suchej beta. Obie odmiany mają jednakową strukturę krystalograficzną, ale różnią się przekrojem. Kryształy alfa są duże i dobrze wykształcone, natomiast beta ma nieregularne kształty.

Schemat dehydratacji:

-------B CaSo4*0,5 H2O = B CaSO4 III = CasO4 II = CaSo4 I

/

CaSo4 /

\

\ -------a CaSo4 *0,5 H2O= a CaSO4 III = CaSO4 II=CaSO4 I

Czas wiązania  półhydratu jest o wiele szybszy niż ,natomiast  ma znacznie większą wytrzymalość na ściskanie i zginanie(wiąże się to z jego mniejszą porowatością związaną z budową kryształów).

Hydratacja polega na przyłączeniu cząsteczek wody i przechodzeniu w gips dwuwodny:

CaSO4*0,5H2O+1,5H2O=CaSO4*2H2O(końcówka z 37zad)

Rozpuszczalność wynosi:

CaSO4*0,5H2O-9g/l

CaSO4*2H2O-2g/l

Nadmiar wody wynosi:

CaSO4*0,5H2O=woda/gips~`0,7

CaSO4*0,5H2O=woda/gips`0,4

teoretycznie wynosi woda/gips=0,186

x 37.Zalety(i wady)spoiw gipsowych,oraz podstawowe cechy ich technologi.

Spoiwa gipsowe należą do grupy powietrznych materiałów wiążących.wyróżniamy 2 grupy:

-spoiwa wytwarzane przez częściową lub całkowitą dehydratacje skały gipsowej(gips półwodny,lub anhydryt prażony)

-spoiwa anchydrytowe bezwypałowe,oparte na anhydrycie naturalnym

W układzie CaSO4-H2O wyróżniamy następujące fazy siarczanowe:

-gips dwuwodny CASO4*2H2O

-gips półwodnyCaSO4*0,5H2O

-anchydryt rozpuszczalnyIIICaSO4

-anchydryt nie rozpuszczalnyII

-anchydryt wysokotemperaturowyI

*Zalety:

-nie ma emisji technologicznego CO2,ani substancji szkodliwych(trwały po wyżej1214 C)

-krutki czas wiązania i twardnienia

-łatwośc uzyskania gładkich powieszchni oraz ich formowania

-niewielki zmiany objętosci

-małe zużycie energi 1250kJ/kg spoiwa

-dobra izolacyjność cieplna i ogniowa (mala przewodność cieplna)

-walory estetyczne-lekość wyrobu-przepuszczalność pary wodnej

*Wady:

-utrata właściwości pod wpływem wody

-małą odporność na uderzenia

-duża nasiąkliwośc

-niska wytrzymałość

Wiązanie spoiw gipsowych polega na przyłączaniu cząsteczek wody i przechodzenie w gips dwuwodny

CaSO4*0,5H2O+1,5H2O=CaSO4*2H2O

Powyższy proces przebiega do czasu, aż nastąpi pełna hydratacja gipsu półwodnego i krystalizacja dwuhydratu z roztworu(kryształy CaSO4*2H2O rosną tworząc zwarta mikro strukturę )

Wiązanie spoiw anhydrytowych przypomina wiązanie gipsu półwodnego

CaSO4+2H2O=CaSO4*2H2O

Na szybkość tej reakcji wpływają: temperatura(<42C)stężenie roztworu, obecnośc soli współ towarzyszących. Wytrzymalość odmiany  jest większ niż odmiany (mniejsza porowatość).

X 38.Co to jest klinkier cementu portlandzkiego, krótko o produkcji,podstawowe skladniki mineralne.

Klinkier cementu portlandzkiego jest półproduktem w postaci granulatu.Jest wypalony w piecu z wapienia i gliny w celu uzyskania odpowiedniego pólproduktu o określonym składzie fazowym.

Etapy syntezy klinkieru:

1.Dehydratyzacja 27-600 C

2.Dekarbonizacja 550-1000 C

3.Rozkład glino krzemianów 640-950 C

4.Reakcja w fazie stałej 550-1280 C

Miarą postępu reakcji jest zawartość nie związanego CaO. W klinkierze w produkcie końcowym zawartość CaO ma wynosić mniej niż 2%(jeśli jest go więcej to się uwadnia zwiększa swoją objętość i niszczy w ten sposób beton).Synteza klinkieru jest przyspieszona przez obecnośc skladników aluzorycznych ułatwiających tworzenie się fazy ciekłej(alkalia, fluortii, siarczany).

Składniki mineralne klinkieru tworzą nie tylko roztwory stale ale też odmiany polimorficzne, belit-odmiana CaSiO4-ustabilizowana,nietrwała,odmiany C3A

X 39.Co wiem o przebiegu wiązania i twardnienia cementów powszechnego użytku.

Cementy powszechnego użytku bazują na klinkierze portlandzkim, kamieniu wapiennym i surowcu ilastym. Do zaczynu zawsze wprowadza się kruszywo i po stwardnieniu otrzymujemy beton. A więc hydratacja cementu dotyczy reakcji przebiegających w zaczynie. Hydratacja jest to złożony proces fizykochemiczny zachodzący w mieszaninie cementu z wodą. Zachodzą reakcje topochemiczne na powierzchni ziarn klinkierowych, a także rozpuszczenie się składników klinkieru w fazie ciekłej. Niektóre fazy ulegają prostej hydratacji(np. przemiana gipsu półwodnego w dwuwodny),inne podlegają hydrolizie.

W wyniku reakcji krzemianów wapniowych z wodą powstaje uwodniony krzemian wapniowy zwany fazą C-S-H Jest to amorficzna substancja żelowa o składzie zależnym od stężenia jonów wapniowych w roztworze.

Reakcje alitu(szybsza) i belitu(wolniejsza)z wodą. Alit ulega szybszej hydrolizie niż belit.

C3S+H2O=C-S-H+Ca(OH)2 C2S+H2O=C-S-H+Ca(OH)2

Faza glinianowa: C3A=C3a*3CaSO4*32H2O

Dodatek gipsu powoduje zahamowanie reakcji C3A z wodą w wyniku powstania na powierzchni tych kryształów otoczki ettringitu. Powstają wówczas korzystne warunki do hydratacji alitu i początek wiązania powstaje w wyniku utworzenia żelu C-S-H.

Następnie pojawiają się pręciki fazy ettringitu(AF-jego krystalizacja)

C3A*3CaSO4*32H2O=AFT

Ostatni okres hydratacji rozpoczyna się, gdy wolna przestrzeń między jądrem alitu a otoczką zostaje wypełniona fazą C-S-H.

Hydratacja przebiega z wydzieleniem ciepła.

1.Absorcja wody z powierzchni.

2.Tworzenie otoczki hydratów, krystalizacja produktów hydratacji, nasycenie wody zarobowej

3.Szybka krystalizacja produktów hydratacji po utworzeniu dużej liczby zarodków produktów hydratacji po utworzeniu dużej liczby zarodków produktów hydratów.

4.Czynnikiem limitującym szybkość hydratacji staje się dyfuzja

Wytrzymałość normowa(gwarantowana przez producenta)następuje po 28 dniach wiązania.

Proces hydratacji można opisać tez tak:

Fazy C-S-H,AF, wodorotlenek wapniowy oraz faza Afm prowadzi do powstania sztywnej i wytrzymałej struktury zaprawy czy betonu .Produkty hydratacji łączą ziarna kruszywa, przylegają do zbrojenia, łączą nie zhydratyzowane ziarna cementu ze sobą w jedną całość.

X 40.Wymienić co najmniej 4 rodzaje procesów korozyjnych w materiałach budowlanych; przedstawić opis mechanizmu korozji, zapis reakcji.

Korozja w materiałach budowlanych jest bardzo nie bezpieczna, gdyż osłabia nośność materiału a co za tym idzie nośność całej konstrukcji. O zabezpieczenie antykorozyjne trzeba zadbać już na początku powstawania materiału, np.; zaczyn cementowy narażony jest na niekorzystny wpływ otoczenia i najlepszym sposobem jego zabezpieczenia jest zmniejszenie jego porowatości czyli zmniejszenie przepuszczalności dla gazów i cieczy. Beton ma odczyn zasadowy (ok. pH=13) i jakiekolwiek obniżenie pH powoduje rozkład hydratów , co sprzyja pasywacji stali i korozji zbrojenia (już ok.; pH=10)

Rozróżnia się następujące procesy korozyjne:

• Fugowanie ( rozpuszczanie w wodzie)

• Korozja kwasowa np.; Ca(OH)₂ + 2H⁺ → Ca²⁺+2H₂O H₂O

- Korozja węglanowa Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O CaCO₃ + CO₂ ―→ Ca(HCO₃)₂ H₂O

karbonizacja zaczynu; x CaO* y SiO₂ * 2H₂O + x Mg SO₄ ―→ x CaCO₃ + y SiO₂ + 2H₂O

- Korozja magnezowa xCaO* y SiO₂ * 2H₂O + x Mg SO₄ SPRAWDZIC

• Korozja siarczanowa Ca(OH)₂ + SO₄^2- → CaSO₄ * 2H_2­O (wtórny gips)

3CaO* Al₂O₃ + 3Ca SO₄ * 2H₂O + 26 H₂O → 3CaO * Al₂O₃ * 3CaSO₄ *32H₂O(ettringit)

Korozja siarczanowa rozpoczyna się zwykle po przekroczeni przez siarczany 1000ppm

-agresja chlorkowa polega na powstawaniu zasadowych chlorków wapnia i magnezu,

które są ekspansywne.(szybko ulegają zniszczeniu betony zawierające dużo portlantydu).

Nieco słabszy jest wpływ NaCl.

3CaO*Al.₂O₃+CaCl₂→3CaO*Al₂O₃*CaCl₂ *10H₂O

Uważa się że korozja betonu, jak i innych materiałów wymaga dużej ilości wody.

Można wyróżnić dwa podstawowe mechanizmy korozji:

-proces rozpuszczania i wymywania składników zaczynu umożliwia szubki dostęp destrukcji np. zamarzanie H₂O

-reakcje ekspansywne powodują pękanie i niszczenie materiałów w wyniku powstawania związków o małej rozpuszczalności, które strącając się z fazy ciekłej wywołują ciśnienie krystalizacji (np. korozja siarczanowa).

Produkty korozji czyli CaCO₃ gips i inne sole wapnia mogą wydostawać się na zewnątrz materiałów i tworzyć tzw. Wykwity.

---