background image

 

 

Fizykochemia wody

występowanie cząsteczki wody w 

materiałach budowlanych:

1. Woda krystalizacyjna:
- koordynacyjna – silnie związana z 

jonami hydratów, np. [Al(H

2

O)

6

]Cl

3

- sieciowa – zajmująca określone miejsce 

w sieci krystalicznej, np. BaCl

2

*2H

2

O

- konstytucyjna – występująca w postaci 

grup hydroksylowych OH

-

background image

 

 

- śródwęzłowa (międzysieciowa, zeolityczna, 

międzywarstwowa, międzypakietowa) – 
luźno związana, w lukach strukturalnych

2. Woda kapilarna – w mikroporach (d<10

-

7

m) materiału

3. Woda swobodna – w makroporach, jamach 

międzyziarnowych, na powierzchni jako 
woda zaadsorbowana

background image

 

 

Struktura wody

background image

 

 

Czerwony – wiązania 
atomowe

czarny – wiązania 
wodorowe

background image

 

 

Tworzenie się wody

• 2H

2

+O

2

→2H

2

O ΔH

0

= - 572,0 kJ/mol

• H

+

+ OH

→H

2

O ΔH

0

= - 57,15 kJ/mol

• CH

4

+2O

→CO

2

+2H

2

O

• Odszczepienie wody z minerałów

background image

 

 

Dysocjacja elektrolityczna 

wody

Reakcja autoprotolizy (dysocjacji elektrolitycznej)

K

c

=

[H

+

][OH

-

]

[H

2

O]

=1,8*10

-16

 mol/dm

3

background image

 

 

Iloczyn jonowy wody
K

w

=[H

+

][OH

-

]=10

-14

 mol/dm

3

[H

+

]=[OH

-

]= √K

w

=

  

10

-7

 mol/dm

3

Wykładnik jonów wodorowych:
pH=-lg[H

+

]

   Wartość pH = pOH w czystej wodzie, 

tzw. pH neutralne, wynosi 7 i 

określa umowny środek skali pH. 

background image

 

 

Oznaczanie pH

• Wskaźniki kwasowo – zasadowe
rodzaj

zakres pH, w 

kt. zmienia 
się barwa

barwa w roztworze
kwaśnym

zasadowy

m

Oranż 

metylowy

3,1 – 4,4 czerwona żółta

Czerwień 

metylowa

4,2 – 6,3 czerwona żółta

Błękit 

bromotymo

lowy

6,0 – 7,6 żółta 

niebieska

fenoloftalei

na

8,3 - 10

bezbarwn

czerwona

-papierek lakmusowy
- pH-metr

background image

 

 

hydroliza

Rozpad substancji na jony pod 

wpływem wody

• sól mocnej zasady i słabego kwasu – 

odczyn zasadowy

• sól słabej zasady i mocnego kwasu – 

odczyn kwaśny

• sól słabej zasady i słabego kwasu – 

odczyn obojętny

• sól mocnej zasady i mocnego kwasu 

– nie ulega hydrolizie i jest całkowicie 

zdysocjowana odczyn obojętny

background image

 

 

Roztwory buforowe

• Roztwory słabych kwasów lub zasad 

z ich solami

• Niewielki dodatek kwasu lub zasady 

nie zmienia wartości ich pH

background image

 

 

Twardość wody

• Woda zawiera zanieczyszczenia w 

postaci soli wapnia i magnezu

• Miarą twardości wody jest: 

mmol/dm

3

, mval/dm

3

 i stopnie 

niemieckie 

o

n

1mmol/dm

3

=2 mval/dm

3

=5,6

o

n

Określa zawartość związków wapnia i 

magnezu w przeliczeniu na CaO.

background image

 

 

Twardość wody spowodowana jest 
obecnością jonów Ca

2+

, Mg

2+

, Sr

2+

, Ba

2+

 

- twardość ogólna

Twardość węglanowa – kwaśne węglany 

wapnia i magnezu, 

Gotowanie: Ca(HCO)

3

CaCO

3

+H

2

O+CO

2

Kamień kotłowy

Twardość niewęglanowa – rozpuszczalne 

sole wapnia i magnezu – twardość 
stała

background image

 

 

Skala twardości wody

STOPIEŃ TWARDOŚCI TWARDOŚĆ OGÓLNA 

mmol/dm

3

Bardzo miękka

0 – 0,75 

Miękka

0,75 – 1,50

Średnio twarda

1,50 – 3,30

Twarda

3,30 – 5,0

Bardzo twarda

> 5,0

background image

 

 

Zmiękczanie wody

Strącanie trudno rozpuszczalnych 

osadów jonów Ca

2+

, Mg

2+

• Metoda wapienno – sodowa:
 twardość węglanowa: 

Ca(OH)

2

+Ca(HCO

3

)

2

→2CaCO

3

↓+2H

2

O

Ca(OH)

2

+Mg(HCO

3

)

2

→MgCO

3

↓+ 

2CaCO

3

↓ +2H

2

O

background image

 

 

Twardość niewęglanowa:

Ca(OH)

2

+MgSO

4

→2Mg(OH)

2

↓+CaSO

Na

2

CO

3

+CaSO

→CaCO

↓+Na

2

SO

4

• Metoda fosforanowa:

2Na

3

PO

4

+3Ca(HCO

3

)

2

→Ca

3

(PO

4

)

2

↓+

6NaHCO

3

2Na

3

PO

4

+3CaSO

4

→Ca

3

(PO

4

)

2

↓+3Na

2

SO

4

background image

 

 

• Metoda wymiany jonowej:
Jonity nieorganiczne – zeolity
Jonity organiczne  - wofatyty

Kt-H

+ CaSO

4

→ Kt-Ca + H

2

SO

4

An-(OH)

+ H

2

SO

→ An-SO

+ 2H

2

O

• Oczyszczanie ścieków

background image

 

 

Woda zarobowa

• Siarczany – ze składnikami cementu tworzą 

związki znacznie zwiększające objętość, co 
może powodować rozsadzanie betonu,
wody o małej zawartości siarczanów tworzą 
gips, częściowo uszczelniający beton

wody o dużej zawartości tworzą np. sól 
Candlota: 3CaO·Al

2

O

·3CaSO

·32H

2

O

background image

 

 

• Siarkowodór i jego sole – łatwo się 

utleniają do siarczanów(IV) i (VI). 
reakcja z Ca(OH)

2

: powstawanie 

wodorosiarczanu wapniowego 
Ca(HS)

2

 – łatwo rozpuszczalny w 

wodzie, nie posiadający właściwości 
wiążących

• Kwasy – reakcja ze składnikami 

cementu i produktami uwodnienia 
cementu – powstawanie łatwo 
rozpuszczalnych związków

background image

 

 

• Cukier – główny składnik: sacharoza 

(C

12

H

22

O

11

) tworzy z Ca(OH)

2

 cukrzany 

wapniowe utrudniające wiązanie i 
obniżające wytrzymałość

• Substancje humusowe – zawierają 

kwas huminowy, który reaguje z 
wodorotlenkiem wapnia tworząc 
nierozpuszczalny huminian wapniowy

• Wymagania stawiane wodzie 

zarobowej określa norma PN-88/B-
32250: „Woda do betonów i zapraw”

background image

 

 

PODZIAŁ MATERIAŁÓW 

BUDOWLANYCH

Kompozyty:

rodzaj fazy rozproszonej:

-

wypełniacz włóknisty -  laminaty, np. epoksydowo – 

szklane jako wykładzina antykorozyjna na betonie,

-

wypełniacz ziarnisty – kompozyty betonopodobne, 

zaprawy i betony cementowe, żywiczne

-

wypełniacz mieszany – np. durobeton, zaprawy lub betony 

zbrojone ciętym włóknem stalowym

background image

 

 

Organiczne: drewno, bitumy, 

tworzywa sztuczne i nieorganiczne 
(mineralne): materiały kamienne i 
metale

Ziarniste naturalne materiały 

kamienne (kruszywa):
– wielkość ziaren (pyły, piaski, żwiry)
 – sposób pozyskania: naturalne i 
łamane

background image

 

 

 - rodzaj skał (magmowe, osadowe, 

przeobrażeniowe)

Sztuczne materiały kamienne:
 - wypalana do spieku ceramika budowlana,
 - wypalane do stopu szkło budowlane, 

leizna kamienna, wełna mineralna

 - betony i zaprawy (ziarna kruszywa 

zespolone materiałem wiążącym)

Materiały wiążące

 - mechanizm wiązania: spoiwa i lepiszcza
 spoiwa żywiczne

background image

 

 

Tworzywa sztuczne:
Polimery – wielkocząsteczkowe substancje 

o masie cząsteczkowej powyżej 10

4

Modyfikatory: przeciwutleniacze, barwniki, 

środki antyelektrostatyczne, wypełniacze 
mineralne

Termoplasty – miękną z podwyższeniem 

temperatury

Duroplasty – przechodzą nieodwracalnie w 

stan utwardzony pod wpływem 
temperatury

Elastomery - kauczukopodobne

background image

 

 

CHEMIA MINERALNYCH 

MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH

• DWUTLENEK KRZEMU

   

870ºC

      1470 ºC

                1710 ºC

kwarc ↔   trydymit ↔ krystobalit ↔ szkło
amorficzny: żel krzemionkowy, ziemia 

okrzemkowa,

Tworzy: piaskowce, granity, gnejsy,
Odporny na działanie kwasów z 

wyjątkiem kwasu fluorowodorowego 

(SiF

4

)

background image

 

 

W wysokiej temp. reaguje z zasadowymi 

tlenkami wodorotlenkami oraz solami:

SiO

2

+2FeO→Fe

2

SiO

4

SiO

2

+2NaOH→Na

2

SiO

3

+H

2

O

SiO

2

+CaCO

→CaSiO

3

+CO

2

Zastosowanie SiO

2

:

-   piasek kwarcowy do betonów i zapraw,

- bardzo czysty – do produkcji szkła

- do produkcji ceramiki budowlanej

background image

 

 

Kwasy krzemowe i ich sole

• Kwas ortokrzemowy, kwas 

krzemowy(IV)


Document Outline