18.1. Научно-технический прогресс преображает нашу жизнь и окружающий мир и во всем этом решающую роль играет создание и использование новых строительных материалов, изготовляемых на основе вяжущих веществ.
Вяжущими материалами называют вещества минерального и органического происхождения, применяемые для изготовления бетона и растворов, соединения строительных конструкций, гидроизоляции и др.
Сырьем для производства вяжущих материалов является природные минералы – известняк, доломит, гипс, глинистые соединения, кварцевый песо, мергели и т. п. материалы
Абсолютно преобладающим в количественном отношении вяжущим материалом, используемым в современном строительстве, является портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, в химическом составе которого преобладают силикаты кальция. Поэтому сырьевыми материалами для его производства являются кальцийсодержащие горные породы (известняк, мел, мрамор, известковый мергель) и кремнеземсодержащие породы (глина, глинистый сланец, глинистый мергель, опока, трепел и др.). Кроме силикатов кальция в портландцементном клинкере присутствуют в определенном количестве алюминаты и алюмоферриты кальция (до 25 %) для образования которых необходимо введение в сырьевую смесь кроме глинистых материалов еще и железосодержащих веществ (различные отходы металлургической и химической промышленности).
Строительная известь широко используется для выпуска готовых изделий гидротермального (автоклавного) твердения _ силикатного кирпича, силикатобетонных блоков, а также смешанных вяжущих.
Строительной известью называют воздушное вяжущее вещество, химически состоящее в основном из оксида кальция - СаО. Ее получают обжигом при температурах 1100-12000 С карбонатных пород (известняк, мел, доломит), состоящих преимущественно из карбоната кальция с примесями карбоната магния, глинистых и песчанистых веществ.
Разложение карбоната кальция (декарбонизация) идет по реакции:CaCO3 ⎯⎯→ CaO + CO2 с теоретическими затратами тепла 1780 кдж на 1 кг CaCO3 или 3178 кдж на 1 кг CaO.
Продукты обжига при недостаточной температуре процесса кроме CaO и MgO могут содержать неразложившийся CaCO3 и всегда в них присутствуют обожженные глинистые и песчанистые примеси. При чрезвычайно высоких температурах обжига может образоваться так называемая мертвообоженная известь, а также CaO, оплавленная золой топлива, характеризующаяся медленным взаимодействием с водой в процессе твердения известковых вяжущих.
Строительную воздушную известь в зависимости от содержания в ней MgO делят на кальциевую - (MgO не более 5 %), магнезиальную - (MgO 5-20%) и доломитовую (MgO 20-40 %).
Качество извести, как вяжущего вещества зависит, прежде всего от содержания активных CaO и MgO, методы определения которых излагаются ниже.
18.2.Задания для контрольной работы.
341.Какие три основных стадии включает технология производства цемента? Написать уравнения реакций.
342.Какими свойствами обладает железобетон, как основной конструкционный материал современного строительства. Какое свойство железобетона используют для изготовления тонкостенных куполов большого диаметра.
343.Написать формулы химических соединений характеризующих минералогический состав портландцемента. Написать химические реакции лежащие в основе схватывания цемента.
344.Что является основным сырьем промышленного производства строительных материалов. Дать характеристику и привести химические формулы соединений.
345. Основным компонентом глиноземистого цемента является алюмосиликат кальция. Написать формулу и дать характеристику этого соединения.
346.В чем отличие вяжущих воздушного и гидравлического твердения, каковы области их применения? Подтвердить формулами и уравнениями реакций.
347.Привести виды известковых вяжущих. Какие химические процессы лежат в основе приготовления строительных растворов.
348.Какова роль примесей карбоната магния в известняке при получении качественной строительной извести? Подтвердить химическими формулами и уравнениями.
350.Какой химический состав имеет природный и строительный гипс и в чем состоят процессы их взаимного перехода?
351.Дайте характеристику химического состава стекла и выразите процесс получения химическими уравнениями.
352.Для получения цветного стекла в исходную шихту вводят добавки. Написать формулы, и указать в какой цвет они окрашивают стекло.
353. Что является основной причиной коррозии бетонных изделий? Поясните сущность углекислотной, магнезиальной, сульфатной коррозии бетона.
354. Что представляют собой шлакопортландцемент и глиноземистый портландцемент, и каковы области их применения.
355. Объяснить, почему гидроксид натрия нельзя хранить в стеклянной посуде и с каким компонентом стекла, он взаимодействует. Подтвердить химическими формулами и уравнениями.
356. Что называют растворимым стеклом, какие компоненты его образуют и где применяется в строительстве?
357. Приведите химический состав природных силикатов и алюмосиликатов и укажите их применения в строительстве.
358. Какими свойствами обладают фототропные стекла, и что происходит с коллоидной взвесью хлоридом серебра и бромидом серебра на свету и в темноте? Написать уравнения реакций.
359. Какие коллоидные новообразования присутствуют в цементном тесте? В чем проявляется их роль в затвердевании вяжущей смеси?
360. Применение полимеров в производстве цементов. Перспективы развития технологии получения вяжущих материалов, какие факторы лежат в его основе?
ПРИЛОЖЕНИЯ.
Таблица растворимости.
Катионы
Анионы
OH-
F-
Cl-
Br-
I-
S2-
NO3-
CO32-
SiO32-
SO42-
PO43-
H+
Р
Р
Р
Р
Р
М
Р
-
Н
Р
Р
Na+
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
K+
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
NH4+
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Mg2+
Н
РК
Р
Р
Р
М
Р
Н
РК
Р
РК
Ca2+
М
НК
Р
Р
Р
М
Р
Н
РК
М
РК
Sr2+
М
НК
Р
Р
Р
Р
Р
Н
РК
РК
РК
Ba2+
Р
РК
Р
Р
Р
Р
Р
Н
РК
НК
РК
Sn2+
Н
Р
Р
Р
М
РК
Р
Н
Н
Р
Н
Pb2+
Н
Н
М
М
М
РК
Р
Н
Н
Н
Н
Al3+
Н
М
Р
Р
Р
Г
Р
Г
НК
Р
РК
Cr3+
Н
Р
Р
Р
Р
Г
Р
Г
Н
Р
РК
Mn2+
Н
Р
Р
Р
Р
Н
Р
Н
Н
Р
Н
Fe2+
Н
М
Р
Р
Р
Н
Р
Н
Н
Р
Н
Fe3+
Н
Р
Р
Р
-
-
Р
Г
Н
Р
РК
Co2+
Н
М
Р
Р
Р
Н
Р
Н
Н
Р
Н
Ni2+
Н
М
Р
Р
Р
РК
Р
Н
Н
Р
Н
Cu2+
Н
М
Р
Р
-
Н
Р
Г
Н
Р
Н
Zn2+
Н
М
Р
Р
Р
РК
Р
Н
Н
Р
Н
Cd2+
Н
Р
Р
Р
Р
РК
Р
Н
Н
Р
Н
Hg2+
Н
Р
Р
М
НК
НК
Р
Н
Н
Р
Н
Hg22+
Н
Р
НК
НК
НК
РК
Р
Н
Н
М
Н
Ag+
Н
Р
НК
НК
НК
НК
Р
Н
Н
М
Н
Условные обозначения:
Р
вещество хорошо растворимо в воде
М -
малорастворимо
Н -
практически нерастворимо в воде, но легко растворяется в слабых или разбавленных кислотах
РК-
нерастворимо в воде и растворяется только в сильных неорганических кислотах
НК
- нерастворимо ни в воде, ни в кислотах
Г
- полностью гидролизуется при растворении и не существует в контакте с водой
Константы диссоциации некоторых слабых электролитов
Кислоты
Электролит
Вода
Йодная к-та
Азотистая к-та
Ортоборная к-та
Тетраборная к-та
Бромноватая к-та
Бромноватистая к-та
Йодноватая к-та
Йодноватистая к-та
Кремниевая к-та
Марганцовистая к-та
Хлористая к-та
Хлорноватистая к-та
Молибденовая к-та
Мышьяковая к-та(орто)
Мышьяковистая (орто)
Мышьяковистая (мета)
Сернистая к-та
Сероводородная к-та
Синильная к-та
Фосфористая к-та
Фосфорная к-та (орто)
Фтороводородная к-та
Пирофосфорная к-та
Формула
H2O
HIO4
HNO2
H3BO3
H2B4O7
HBrO3
HBrO
HIO3
HIO
H2SiO3
H2MnO4
HClO2
HClO
HMoO4
H3ArO4
H3ArO3
HArO2
H2SO3
H2S
HCN
H3PO3
H3PO4
HF
H4P2O7
Величина константы диссоциации
К=1,8*10-16
К=2,45*10-2
К=501*10-4
К1=701*10-10
К2=1,8*10-13
К3=1,6*10-14
К1=1,8*10-4
К2=2,0*10-8
К=2,0*10-1
К=2,2*10-9
К=1,7*10-1
К=1,3*10-11
К1=2,2*10-10
К2=1,6*10-12
К1=1,0*10-1
К2=7,1*10-11
К=1,1*10-2
К=2,95*10-8
К1=5,6*10-3
К2=1,4*10-4
К1=5,6*10-3
К2=1,7*10-7
К3=5,6*10-3
К1=6,0*10-10
К2=2,95*10-12
К=6,0*10-10
К1=1,4*10-2
К2=6,2*10-8
К1=1,0*10-7
К2=2,5*10-13
К=5,0*10-10
К1=3,1*10-2
К2=1,6*10-7
К1=3,1*10-3
К2=6,2*10-8
К3=5,0*10-23
К=6,6*10-10
К1=1,2*10-1
К2=7,9*10-3
К3=2,0*10-7
К4=408*10-1
Основания
Электролит
Формула
Величина константы диссоциации
Гидроксид аллюминия
Al(OH)3
К1=10-9
К2═10-18
К3═10-27
Гидроксид аммония
NH4OH
К═1,79*10-5
Гидроксид кобальта (II)
Co(OH)2
К1═10-4
К2═10-9
Гидроксид серебра
AgOH
К═1,1*10-4
Гидроксид железа (III)
Fe(OH)3
К1═10-11
К2═10-22
К3═10-30
Гидроксид железа (II)
Fe(OH)2
К1═10-5
К2═10-22
Гидроксид хрома (III)
Cr(OH)3
К1═10-10
К2═10-18
К3═10-24
Гидроксид меди (II)
Cu(OH)2
К1═10-6
К2═10-14
Гидроксид ртути (II)
Hg(OH)2
К1═10-10
К2═10-21
Гидроксид марганца (II)
Mn(OH)2
К1═10-3
К2═10-5
Гидроксид никеля (II)
Ni(OH)2
К1═10-4
К2═10-5
Гидроксид цинка
Zn(OH)2
К1═10
К2═10-11
Произведение растворимости (ПР) некоторых малорастворимых в воде соединений
Вещество
ПР
Вещество
ПР
MgF2
7.1*10-9
PbSO4
1.6*10-8
CaF2
3.4*10-11
Ca3(PО4)2
1.0*10-25
BaF2
1.7*10-6
Mg(OH)2
1.2*10-11
AgCl
1.6*10-10
Ca(OH)2
5.5*10-6
AgBr
4.0* 10-13
Cd(OH)2
6.0* 10-15
AgI
9.7* 10-17
Cr(OH)3
5.4* 10-31
PbI2
8.1*10-9
Fe(OH)2
1.7*10-15
MgCO3
2.0* 10-4
Fe(OH)3
1.1*10-36
CaCO3
1.2*10-8
A1(OH)3
5.1*10-33
ВаСО3
8.1*10-9
CuS
3.2*10-38
Ag2CrO4
4.1*10-12
Ag2S
5.7*1051
CaCrO4
2.3* 10-2
CdS
1.2*10-28
BaCrO4
1.6*10-10
HgS
4.0* 10-53
PbCrO4
1.8*10-14
PbS
3.6*10-29
CaSO4
6.1*10-5
MnS
7.0* 10-16
SrSO4
2.8*10-7
FeS
3.7*10-19
BaSO4
1.1*10-10
ZnS
8*10-26
Стандартные электродные потенциалы при 25°С
Электродный процесс
Потен-циал, В
Электродный процесс
Потен-циал, В
Li = Li++le–
-3,045
Ag=Ag++e–
0,799
Rb = Rb++le–
-2,925
Hg=2Hg2++2 e–
0,850
K = K++le–
-2,924
Hg2+2=2Hg2++2e–
0,920
Cs = Cs++le–
-2,923
I–+Н2О=НIO+Н++2e–
0,990
Са = Са2++2е–
-2,866
Со(ОН)2+ОН–=Со(ОН)3+ е–
1,0
Na = Na++le–
-2,714
2Вr–=Вг2(ж.)+2 е–
1,065
Mg = Mg2++2e–
-2,363
I–+6ОН–=IO–3+ЗН2О+6е–
1,09
2H– = H2+2e–
-2,251
H2SeO3+H2O=SeO2–4+4H++2 e–
1,15
Al = Al3++3e–
-1,663
Ni(OH)2+OH–=Ni(OH)3+ e–
1,22
A1+4OH– = A1О2– +2H2О+3e–
-1,262
2Н2O=О2+4Н++4 е–
1,228
Mn = Mn2++2e–
-1,179
I–+2ОН–=IO–+Н2О+2 e–
1,32
Cr = Cr2++2e–
-0,913
Вr–+Н2О=НВrO+Н++2 е–
1,33
Zn=Zn2++2e–
-0,763
2С13++7Н2О=Сr2О72–+ 14Н++6е–
1,333
Cr=Cr3++3e–
-0,744
2Сl–=С12(газ)+2 е–
1,359
Fe=Fe2++2e–
-0,440
Вr–+6ОН–=ВrО3–+ЗН2О+6 е–
1,44
Cd=Cd2++2e–
-0,403
РЬ2++2Н2О=РbО2+4Н++2 е–
1,449
Co=Co2++2 e–
-0,277
Сl–+6ОН–=СlO3–+ЗН2О+6 е–
1,451
Ni=Ni2++2 e–
-0,250
Сl–+Н2О=НС1О+Н++2 е–
1,494
Sn=Sn2++2e–
-0,136
Мn2++4Н2О=МnО4–+8Н++5 е–
1,507
Pb=Pb2++2e–
-0,126
Вr–+2ОН–=ВrO–+Н2О+2 е–
1,59
Fe=Fe3++3 e–
-0,037
PbSO4+2H2O=PbO2+SO42–+4Н++2 е–
1,685
H2=2H++2 e–
0,0
Au=Au++ e–
1,692
Bi=Bi3++3 e–
0,215
МnО2+2Н2О=МnО4–+4Н++Зе–
1,692
Cu=Cu2++2e–
0,337
Рb2+=Рb4++2 е–
1,694
Cu=Cu++e–
0,520
Сl–+2ОН–=С1О–+Н2О+2 e–
1,77
2I–=I2(тв.)+2е–
0,530
2Н2О=Н2О2+2Н++2 е–
1,776
MnO42–=MnO4–+e–
0,564
Со2+=Со3++e–
1,808
H2O2=O2+2H++2e–
0,682
2SO42–=S2O82–+2 e–
2,010
Fe2+=Fe3++ e–
0,771
4ОН–=О2+2Н2О+4 е–
2,054
2Hg=Hg22++2e–
0,789
2F–=F2+2 e–
2,87
Номенклатура солей
Формула
Название кислоты
Номенклатура солей
Русская
Международная
H2ZnO2
Цинковая
Цинковокислые
Цинкаты
Н2В4О7
Тетраборная
Тетраборнокислые
Тетрабораты
НВО2
Метаборная
Метаборнокислые
Метабораты
Н3ВО3
Ортоборная
Ортоборнокислые
Ортобораты
НАlO3
Метаалюминиевая
Метаалюминиевакислые
Метаалюминаты
HNO2
Азотистая
Азотокислые
Нитриты
HNO3
Азотная
Азотнокаслые
Нитраты
Н3РО2
Фрсфорноватистая
Фрсфорноватистокислые
Гипофосфиты
Н3РO3
Фосфористая
Фосфористокислые
Фосфиты
НРO3
Метафосфорная
Метафосфорнокислые
Метафосфаты
Н4Р207
Пирофосфорная
Пирофосфорнокислые
Пирофосфаты
Н3Р04
Ортофосфорная
Ортофосфорнокислые
Ортофосфаты
HAsO2
Метамышьяко-вистая
Метамышьяковисто-кислые
Метаарсениты
H3AsO3
Ортомышьяко-вистая
Ортомышьяковисто-кислые
Ортоарсениты
HAsO3
Метамышьяковая
Метамышьяковокислые
Метаарсенаты
H4As2O7
Пиромышьяковая
Пиромышьяковокислые
Пироарсенаты
H3AsO4
Ортомышьяковая
Ортомышьяковокис-лые
Ортоарсенаты
HSbO3
Метасурьмяная
Метасурьмянокислые
Метаантимонаты
H4Sb2O7
Пиросурьмяная
Пиросурьмянокислые
Пироантимонаты
H3SbO4
Ортосурьмяная
Ортосурьмянокислые
Ортоантимонаты
H2S
Сероводородна
Сернистые
Сульфиды
H2SO3
Сернистая
Сернистокислые
Сульфиты
H2S2O3
Тиосерная (серноватистая)
Тиосернокислые (серноватистокислые)
Тиоосульфаты
H2S2O7
Пиросерная
Пиросернокислые
Пиросульфаты
H2SO4
Серная
Сернокислые
Сульфаты
HCrO2
Метахромистая
Метахромистокислые
Метахромиты
Н3СгО3
Ортохромистая
Ортохромистокислые
Ортохромиты
Н2Сг2O7
Двухромовая
Двухромовокислые
Бихроматы
Н2СrO4
Хромовая
Хромовокислые
Хроматы
Н2МnО4
Марганцовистая
Марганцовистокислые
Манганаты
НМnО4
Марганцовая
Марганцовокислые
Перманганаты
НС1
Хлористоводородная (соляная)
Хлористые
Хлориды
НС1O
Хлорноватистая
Хлорноватистокислые
Гипохлориты
НСlO2
Хлористая
Хлористокислые
Хлориты
НСlO3
Хлорноватая
Хлорноватокислые
Хлораты
НСlO4
Хлорная
Хлорнокислые
Перхлораты
НВr
Бромистоводо-родная
Бромистые
Бромиды
НВrO
Бромноватистая
Бромноватистокислые
Гипобромиты
НВrO3
Бромноватая
Бромноватокислые
Броматы
HI
Иодистоводо-родная
Йодистые
Иодиды
HIO
Иодноватистая
Иодноватистокислые
Гипойодиты
HIO3
Йодноватая
Иодноватокислые
Иодаты
HIO4
Йодная
Иоднокислые
Перйодаты
HCN
Цианистоводородная (синильная)
Цианистые
Цианиды
HCNO
Циановые
Циановокислые
Цианаты
HNCS
Роданистоводо-родная
Роданистые
Роданиды (тио-цианиды)
Н2СО3
Угольная
Углекислые
Карбонаты
НСООН
Муравьиная
Муравьинокислые
Формиаты
СН3СООН
Уксусная
Уксуснокислые
Ацетаты
Н2С2О4
Щавелевая
Щавелевокислые
Оксалаты
H2SiO3
Кремневая
Кремнекислые
Силикаты
Стандартные энтальпии образования
некоторых соединений.
CO(г)
- 110,5
CO2(г)
- 393,51
NaCl(к)
- 410,9
Ca(OH)2(к)
- 986,2
CaCO3(к)
- 1206,0
C6H6(ж)
- 49,04
N2O4(г)
- 9,37
NH3(г)
- 46,19
ZnO(к)
- 349,0
CaO
- 260
HqO
- 91
CuSO4(к)
- 771,1
NO2(г)
- 33,89
Al2O3
- 1675,0
CaO
- 635
FeS2
- 177
C2H5OH(ж)
- 484,9
C2H4(г)
52,28
CS2(г)
115,3
CS2(ж)
87,8
CH4(г)
- 74,85
H2O(г)
- 241,84
H2O(ж)
- 285,84
CH3OH(ж)
- 238,7
C2H2(г)
- 226,75
HCl(ж)
- 167,5
CH3COOH(ж)
- 484,9
MgO
- 601,24
CuO(к)
- 165,3
SO2(г)
- 296,3
Таблица пересчета рН на концентрацию водородных ионов
[Н+] и наоборот
Десятые доли рН
Сотые доли рН
,00
,01
,02
,03
,04
,05
,06
,07
,08
,09
,0
1,000
0,977
0,955
0,933
0,912
0,891
0,871
0,851
0,832
0,813
0,794
0,766
0,759
0,741
0,725
0,708
0,692
0,676
0,661
0,646
,2
0,631
0,617
0,603
0,589
0,575
0,562
0,550
0,538
0,525
0,513
,3
0,501
0,490
0,479
0,468
0,457
0,447
0,437
0,427
0,417
0,407
,4
0,398
0,389
0,380
0,372
0,363
0,355
0,347
0,339
0,331
0,324
,5
0,316
0,309
0,302
0,295
0,288
0,282
0,275
0,269
0,263
0,257
,6
0,251
0,245
0,240
0,234
0,229
0,224
0,219
0,214
0,209
0,204
,7
0,200
0,195
0,191
0,186
0,182
0,178
0,174
0,170
0,166
0,162
,8
0,158
0,155
0,151
0,148
0,145
0,141
0,138
0,135
0,132
0,129
,9
0,126
0,123
0,120
0,117
0,115
0,112
0,110
0,107
0,105
0,102
Примечания.
а) Для определения [Н+] по известному рН находят в первом вертикальном столбце первый знак мантиссы величины рН и в первой горизонтальной строке -второй знак этой мантиссы. В точке пересечения линий, идущих от найденных цифр, находят значение [Н+], умножают его на 10 в степени, равной характеристике рН, но взятой с отрицательным знаком.
Пример: рН = 5,36. Тогда [Н+] = 0,437- 10 -5.
6) Для определения рН по известной величине [Н+] преобразуют величину [Н+] так, чтобы она имела вид числа, начинающегося с 0 и умноженного на 10 в некоторой отрицательной степени. Это число находят в середине таблицы. Зачтем, двигаясь от него влево и вверх, находят два знака после запятой в величине рН. Характеристика рН будет равна той степени, в которую возведено число 10 в величине [Н+], но с положительным знаком.