WODA

P.Łukowski, 4

Światowe zużycie roczne niektórych materiałów

Stal

Drewno

Beton

Żywność

przemysł

∼∼∼∼ 300 mld t

budownictwo

∼∼∼∼ 100 mld t

∼∼∼∼ 1 % bezpowrotnie !

1,3 mld t

3,5 mld t

10 mld t

1500 mld t

Woda

2300 mld t

Oszczędzajmy wodę – także (zwłaszcza!) budując!

H

2

O

Co czyni wodę tak wyjątkową substancją?

P.Łukowski, 5

P.Łukowski, 6

Co czyni wodę tak wyjątkową substancją?

E wiązania wodorowego >> E wiązania Van der Waalsa

Przemiana fazowa wody

Trzeba dostarczyć znacznie więcej energii, żeby

doprowadzić do przemiany fazowej wody, niż w

przypadku innych cieczy

Temperatura topnienia i wrzenia wody jest znacznie

wyższa, niż innych cieczy o podobnej masie

cząsteczkowej

P.Łukowski, 8

P.Łukowski, 9

Gdyby cząsteczka wody miała budowę liniową...

H

2

S

H

2

O

H

2

O ??

T

wrz

= 100

°°°°C

T

wrz

= -61

°°°°C

T

wrz

= -80

°°°°C

Dysocjacja elektrolityczna wody

2H

2

O

⇔ H

3

O

+

+ OH

–

H

2

O

⇔ H

+

+ OH

–

16

10

8

,

1

2

−

⋅

=

⋅

=

−

+

O

H

OH

H

c

c

c

c

K

dysocjacja

≡ rozpad

dysocjacja elektrolityczna

≡ rozpad na jony pod

wpływem elektrolitu

Stała dysocjacji (elektrolitycznej) wody:

P.Łukowski, 11

H

2

O

⇔ H

+

+ OH

–

16

10

8

,

1

2

−

⋅

=

⋅

=

−

+

O

H

OH

H

c

c

c

c

K

≅ const

=

⋅

=

−

+

OH

H

I

c

c

K

Iloczyn jonowy wody:

?

Czyli jakie jest stężenie molowe wody w wodzie ? ☺

V

n

c

=

ρ

H2O

= 1000 g/dm

3

M

H2O

= 18 g/mol

1 dm

3

wody zawiera 1000/18 = 55,56 moli wody, czyli

3

56

,

55

2

dm

mol

c

O

H

=

O

H

c

c

K

2

⋅

=

P.Łukowski, 12

14

16

10

56

,

55

10

8

,

1

2

−

−

≅

⋅

⋅

=

⋅

=

⋅

=

−

+

O

H

c

OH

H

I

c

K

c

c

K

const

c

c

K

OH

H

I

=

=

⋅

=

−

−

+

14

10

c

H

+

↑ ⇒ c

OH

-

↓

c

H

+

↓ ⇒ c

OH

-

↑

Czyli w roztworach wodnych:

P.Łukowski, 13

Odczyn wody / roztworu wodnego

W czystej chemicznie wodzie c

H

+ = c

OH

-

K

I

= 10

-14

⇒ c

H

+ = c

OH

- =

√K

I

= 10

-7

mol/dm

3

K

I

= const także w roztworach wodnych, zatem:

W roztworach kwaśnych

c

H

+ > c

OH

- (odczyn kwaśny)

c

H

+ > 10

-7

mol/dm

3

a c

OH

- < 10

-7

mol/dm

3

W roztworach zasadowych

c

H

+ < c

OH

- (odczyn zasadowy)

c

H

+ < 10

-7

mol/dm

3

a c

OH

- > 10

-7

mol/dm

3

W roztworach obojętnych

c

H

+ = c

OH

- = 10

-7

mol/dm

3

(odczyn neutralny)

P.Łukowski, 14

Wykładnik jonów wodorowych, pH

pH = -log c

H

+

Czyli pH jest to...

... wynik pomiaru pH-metrem ☺

P.Łukowski, 15

pH a odczyn

c

H

+ > 10

-7

mol/dm

3

c

OH

- < 10

-7

mol/dm

3

pH < 7

odczyn kwaśny

c

H

+ < 10

-7

mol/dm

3

c

OH

- > 10

-7

mol/dm

3

pH > 7

odczyn zasadowy

c

H

+ = c

OH

- = 10

-7

mol/dm

3

pH = 7

odczyn obojętny

P.Łukowski, 16

3 wielkości: pH, c

H

+, c

OH

-

Skoro

pH = -log c

H

+

to

c

H

+ = 10

-pH

2 zależności: definicja pH, definicja iloczynu
jonowego wody

Zatem mając daną jedną z tych 3 wielkości,
można zawsze obliczyć dwie pozostałe:

Dane c

H

+

⇒

⇒

⇒

⇒ c

OH

- = K

I

/ c

H

+,

pH = -log c

H

+,

Dane c

OH

-

⇒

⇒

⇒

⇒ c

H

+ = K

I

/ c

OH

-,

pH = -log c

H

+,

Dane pH

⇒

⇒

⇒

⇒ c

H

+ = 10

-pH

,

c

OH

- = K

I

/c

H

+

P.Łukowski, 17

P.Łukowski, 18

Występowanie:

-

swobodna

: w makroporach i na powierzchni materiału

jest względnie łatwa do usunięcia

Woda a materiały budowlane

Występowanie:

- kapilarna

: w mikroporach (d < 10

-7

m)

jest trudna do usunięcia, a może być przyczyną
uszkodzeń materiału, np. podczas zamarzania

Woda a materiały budowlane

P.Łukowski, 20

Występowanie:

- krystalizacyjna

: w strukturze cząsteczek lub kryształów

stanowi integralną część materiału

CaSO

4

⋅⋅⋅⋅ 2H

2

O

3CaO

⋅⋅⋅⋅ 2SiO

2

⋅⋅⋅⋅ 3H

2

O

Ca(OH)

2

CaO + H

2

O

→

→

→

→ Ca(OH)

2

Woda a materiały budowlane

Ca

OH

OH

woda konstytucyjna

P.Łukowski, 21

Woda jako rozpuszczalnik

P.Łukowski, 22

Dzięki polarnej (dipolowej) budowie cząsteczki woda jest
najlepszym znanym rozpuszczalnikiem i niezastąpionym
medium dla procesów technologicznych, w tym w
budownictwie: wytwarzanie i stosowanie materiałów
budowlanych...

ale także...

dla procesów korozyjnych.

P.Łukowski, 23

Najważniejsze reakcje chemiczne z udziałem wody

Hydroliza = rozpad substancji pod wpływem wody

Hydroliza jest reakcją odwrotną do zobojętniania

kwas + zasada

⇔ sól + woda

układ w stanie równowagi

kwas + zasada

⇒ sól + woda

zobojętnianie

sól + woda

⇒

⇒

⇒

⇒ kwas + zasada

hydroliza

P.Łukowski, 24

Czy wszystkie sole ulegają hydrolizie?

Sole słabych kwasów i słabych zasad:

(NH

4

)

2

CO

3

+ 2H

2

O

⇔ 2NH

4

OH + H

2

CO

3

Sole słabych kwasów i mocnych zasad:

Na

2

CO

3

+ 2H

2

O

⇔ 2NaOH + H

2

CO

3

Sole mocnych kwasów i słabych zasad:

NH

4

Cl + H

2

O

⇔ NH

4

OH + HCl

Sole mocnych kwasów i mocnych zasad:

NaCl + H

2

O

⇔

TAK !

TAK !

TAK !

NIE !

P.Łukowski, 25

Najważniejsze reakcje chemiczne z udziałem wody

Hydratacja = przyłączenie cząsteczek wody

CaSO

4

+ 2H

2

O

⇒ CaSO

4

⋅ 2H

2

O

woda krystalizacyjna

CaO + H

2

O

⇒ Ca(OH)

2

to też hydratacja!

woda konstytucyjna

Dehydratacja = reakcja odwrotna do hydratacji

(odłączenie cząsteczek wody)

CaSO

4

⋅ 2H

2

O

⇒ CaSO

4

+ 2H

2

O

P.Łukowski, 26

P.Łukowski, 27

Klasyfikacja wody do celów budowlanych

wg PN-EN 1008

●

woda pitna – przydatna do stosowania w betonie i niewymagająca

badania,

● woda odzyskiwana z procesów przemysłu betonowego – zazwyczaj

przydatna do stosowania w budownictwie, wymaga badania w

ograniczonym zakresie,

● woda ze źródeł podziemnych, naturalna woda powierzchniowa i woda

ze ścieków przemysłowych – może być przydatna do stosowania w

budownictwie, jednakże powinna być badana,

● woda morska – może być przydatna w budownictwie, ale jest

nieodpowiednia do wytwarzania żelbetu i betonu sprężonego,

● woda z kanalizacji – nie nadaje się do stosowania w budownictwie.