přednášky

F
schéma Dutého pokuse
působení povrchového napětí
Závisí na:
povaze kapaliny (polární x nepolární)
teplotě (s rostoucí teplotou klesá)
kvalitě styčných fází (l) (g)
( Fázové rozhraní (l) (s) -> kapalina tuhou látku nestalčí)
Nepolární kapalinyPolární kapaliny
- malé mezimolekulové síly- molekuly jsou poutány vytvořeny dipóly
- nízké σ- větší σ
- benzen, aceton- voda
Tuhé skupenství
Krystalické látky
Vnitřní struktura krystalů
iontová
atomová – kovalentně vázané atomy
kovová – 4. č. 8 nebo 12 (kovy)
molekulová – molekuly vázány van der Walsovými silami
vrstevnatá – přechod mezi atomy a molekuly
Krystalové modifikace – jednotlivé krystalové formy
Polymorfie
látka krystaluje ve více modifikacích
př. SiO2 – α,β křemen, cristobalit
Alatrapie
prvek krystaluje ve více modifikacích
př. C – grafit, diamant
Izomorfie
je schopnost atomů dvou nebo více prvků či jejich skupin vzájemně se zastupovat ve strukturách krystalů = > tvorba směsných krystalů
př. MgSO4 ∙7H2O, ZnSO4 . 7H2O, FeSO4 . 7H20
Teplota tání
teplota, při které se částice rozkmitají natolik, že se překonají soudržné síly a látka přejde do kapalného stavu
Sublimace
přechod látky z pevného do plynného stavu (bez kapal. fáze). Pevná látka má značnou tenzi páry, která dosahuje atmosférického tlaku při teplotě nižší než je teplota tání
př. I2 . CO2 (suchý led)
HgCl2 naftalen
DISPERZNÍ SOUSTAVA
disperzní prostřední – je spojité
disperzní podíl – oddělená částice, výjimkou jsou gely a pravé roztoky, které tvoří spojitý celek
Existuje mnoho disperzních soustav, které jsou charakterizovány podle různých hledisek:
podle počtu fází na systému
hanogení – disperzní podíl a disperzní prostředí tvoří jednu fázi
heterogenní – disperzní podíl a disperzní prostředí tvoří oddělen fázovým rozhraním
podle počtu molekul v částici disperzního podílu na
systémy molekulární analytické disperze a roztoku makromolekul
systémy polymolekulární: asociativní koloidy, lyofobní soli a hrubé disperze
podle velikosti částic disperzního podílu (lineárního rozměru d)
-hrubé dispenze – d > 10-7 m (pěny, suspenze)¨
-koloidní dispenze – 10-9 < d < 10-7 (koloidní soly a gely, gelosoly,
lyosoly)
-analytické dispenze – d< 10-9 m (pravé roztoky elektrolytů a
nízkomolekulových elektrolytů )
podle skupenství disperzního prostředí a disperzního podílu bývají heterogenní soustavy děleny:
disperzní prostředí
disperzní
podíl
DISPERZE
koloidní
hrubé
plynné
plynný
kapalný
tuhý
-
aerosoly mlhy
aerosoly dýmy
-
mlhy
prach, dýmy
kapalné
plynný
kapalný
tuhý
pěny
emulze
lyosoly
bubliny, pěny
emulze
suspenze
tuhé
plynný
kapalný
tuhý
tuhé pěny
tuhé emulze
tuhé soly
tuhé pěny, minerály s uzavřenými plyny
tuhé emulze, minerály s uzavřenými kapičkami
tuhé směsi
podle struktury disperzního podílu na systému s disperzním podílem
ve formě částic
na systému, u nichž částice disperzního podílu vytvářejí souvislou prostorovou síť, kterou postupuje kapalné disperzní prostředí (gely)
podle rozdělení velikosti částic
monodisperzní – s částicemi stejné velikosti
polydisperzní – částice mnoha velikostí
Typy disperzních soustav
Aerosoly
mlhy → (l) v (g)
dýmy, prachy → (s) v (g)
kouře → (s) a (l) v (g)
příprava - dispergační metody
- kondenzační metody – kondenzace produktů chemickou reakcí
Koagulace – spojování disperzních částic ve větší celky zánik aerosolů
→ velký stykový povrch aerosolů způsobuje vysoké rychlosti chemických reakcí
Emulze
soustava nemísitelných kapalin
kalné, opaleskující až průhledné
tvoří jí malé kapičky emulgované v (l)
Emulgace – mechanicky – mixováním
- stabilizace –emulgátory – vytváří obal na dispergovanými částicemi
Emulgátory – používají se ke stabilizaci
micelární koloidy (mýdla a jiné detergenty) – vytvářejí micely – v jádře je
dispergovaná kapalia
makromolekulární koloidy – obsahují kapičky tenkých filmů polymeru
tuhé nerozpustné – umísťují se na fázovém rozhraní obou kapalin
Koalescense – zánik emulzí nedostatečné stabilních
Typy emulzí : olej ve vodě
voda v oleji
Pěny
dispenze (g) v (l)
vlhké pěny – bublinky zaujímají max. 85% objemu
suché pěny – bublinky zaujímají více než 85% objemu
Příprava :
probuláním kapaliny plynem
šleháním
třepáním
Kvalita pěn závisí na kvalitě přepážek mezi jednotlivými bublinami
nejméně stabilní přepážky tvoří čistá rozpouštědla a pravé roztoky nízkomolekulárních látek
nejstabilnější pěny: roztoky mýdel, detergentů, bílkovin, polymery
Odpěňování – fyzikálně – změnou tlaku a teploty
- chemicky – povrchově aktivní látky, které vytvoří neaktivní přepážky a pěna
zanikne

Suspenze
dispenze (s) v (l)
zředěné – 2% objemu suspenzovaného podílu
koncentrované – 10% objemu suspenzovaného podílu
vysoce koncentrované – Pasty
Koncentrovanější suspenze sedimentují
Suspenze - stabilizované
- nestabilizované
Koloidní soustavy
nepravé roztoky
kapalné disperzní prostředí
dispergované podíly tuhých látek – 10-9 – 10-7 m
Sol ( lysol) – koloidní disperze (s) v (l) v nízké koncentraci
Lyofilní ( hydrofilní) soustavy vratné
- disperzní prostředí proniká mezi molekuly (s) bobtnání a dále až do
dispergovaného stavu (oddělení jednotlivých molekul)
příklad: škrob, bílkoviny ve vodě, kaučuk v hexanu
Disperzní podíl tvoří - jednotlivé makromolekuly
- shluky nízkomolekulárních částic
homogenní (jednotlivé soustavy) koloidní roztoky
Lyofobní (hydrofobní) soustavy nezvratné
disperzní podíl tvoří – částice obsahující velký počet molekul
(drobné krystalky) - tvoří samostatnou fázi
heterogenní (vícefázové soustavy) koloidní soly
Vlastnosti koloidů
Tyndallův jev – rozptyl světla na dispergovaných částicích při průchodu
paprsku disperzním prostředím
Brownův pohyb – neustálý pohyb drobné posuvy různými směry, vibrace,
rotace
Difúze – v dané soustavě se samovolně vyrovnávají místní rozdíly
Koncentrací
difúzní tok J= -D koncentrovaný spád
difúzní koeficient
Sedimentace – samovolné klesání pevných částeček vlivem vyšší měrné
hmotnosti
sedimentace – difúze sedimentovaná rovnováha
Gel (lyogel) – dispenzované částice vytváření souvislou síť strukturu postupující celým
disperzní prostředím nejsou schopny translační pohyby spojité je tak disperzním prostředí tak i disperzní podíl
Xerogel - vzniká vysušením lyogelu (odstranění disperzního prostředí)
Revertibilní gely – dispergovaná látka je makromolekulární, při vysoušení se zmenšuje objem: xerogel lze převést zpět do resolovaného tvaru (želatina)
Invertibilní gely – mají ve vysušeného stavu přibližně stejný objem jako původní lyogely, ale jsou porézní. Při styku s disperzním prostředím jsou sice schopné určité množství kapaliny absorbovat, ale lyogel tím nevzniká (silikagel)
Pravé roztoky
Opticky nerozpoznatelné disperzní částice (molekuly, ionty)
Roztok

Rozpouštědlo (v nábytku)rozpuštěná látka
Rozpustnost látek – max. množství látky, které lze rozpustit za dané teploty ve 100 g
rozpouštědla
rozpustnost (s) roste s ↑T (KNO)3, NaCl, glukóza
„u některých látek klesá Ca(OH)2 !!“
rozpustnost plynu roste s ↑p nad kapalinou s ↓T
Pro praktické účely rozlišujeme látky
rozpustné – rozpustnost > 1g ve 100 g rozpouštědla
omezeně rozpustné – rozpustnost 0,1 – 1g ve 100 rozpouštědla
nerozpustné – rozpustné 0,1 g ve 100 g rozpouštědla
Součin rozpustnosti – míra rozpustnosti sloučenin i velmi nerozpustné látky mají nad
sraženinou disociační molekuly
příklad: AgCl → Ag+ + Cl-
K=
Reálné roztoky
dochází k asociaci molekul
objemová koncentrace nebo dilatace
dochází k tepelnému efektu při přípravě
Raoutl (1886) – roztoky vřou ve vyšších teplotách než čisté rozpouštědla
s rostoucí koncentrací rozpuštěné látky klesá možnost odpaření rozpouštědla – solvatace iontů
Osmóza – snaha o vyrovnání koncentrace v roztocích oddělených polopropustnou
membránou
osmotický tlak – přetlak, kterým je nutno působit na straně koncentrace roztoku, aby byl zastaven průtok rozpouštědla polopropustnou membránou do roztoku
Povrchově aktivní látky – tenzory
v závislosti na povaze rozpouštěné látky a rozpouštědla je možno přídavek různých látek již v malých koncentracích mírně zvýšit nebo značně snížit povrchové napětí
látky, jejichž přídavek vede ke snížení povrchového napětí se nazývají povrchově aktivní látky
anionaktovní – rozměrné organické anionty s dlouhým nepolárním řetězcem (mýdla, alkylsulfenany)
kationaktovní – rozměrné organické kationty
neionogenní – ve vodě nedisociují
Tenzidy se používají jako plastifikátory do směsi pro výrobu betonu – snížení
mezipovrchového napětí (s) → (l) lepší smáčení zrn cementu
UHLÍK
volný – grafit (hexagonální) 2D polymer – vrstvy složené šestiúhelníky
měkký
otěr ve směru ploch
mazivo
elektrický vodič
diamant 3D polymer – zesilované tetraedry
tvrdý, pevná struktura, izolant, výborný vodič tepla
3 izotopy
vázaný – CO, , uhličitany, ropa, zemní plyy, organické látky
Binární sloučeniny
Acetilid vápenatý - (karbid vápníku)
karbidové vápno
Oxid uhličitý -
fotosyntéza
obsah v atmosféře
při dýchání aerobním roztoku a hořeníorganických látek vzniká +
Freony -
výplň chladících systémů a sprejů
způsobují rozklad O3 – ozón silně absorbuje UV záření
α – 250 nm a zabraňuje průniku na zemský povrch
Kyselina uhličitá -
slabá kyselina

Hydrouhličitany -
v pevné formě Na,K
ve vodách jsou obsaženy v důsledku reakce
Uhličitany - (pH>8)
Na, K rozpustné ve vodě – alkalická rovnice v důsledku hydrolýzy
(soda) MBED Equation.3
ostatní málo rozpustné: zahříváním se rozkládají
rozklad působením kyselin
KŘEMÍK
po O2, 2. nejrozsáhlejší prvek v zemské kůře
Výskyt – v přírodě se nachází pouze ve sloučeninách (SiO2, křemičitany,..)
Vlastnosti - málo reaktivní, odolává vodným roztokům kyselin
-rozpouští se v roztocích alkalických hydrátů
-ve většině sloučenin je vázán tetraedry k.č. 4 a 6
Sloučeniny
Oxid křemičitý - SiO2
krystalický - křemen – čirý (křišťál)
- s příměsemi (ametyst, růženín, záhněda, citrín)
amorfní – skelné formy (obsidián)
- xeroxely (opál, jaspis)
modifikační přechody
β - křemen

křemen tavenina
SiO2 je odolný vůči všem kyselinám s výjimkou HF, rozpouští se i v horkých koncentrovaných roztocích alkalických hydrátů
Soli jsou dobře rozpustné ve vodě ošetření povrchu zdiva – fluatevání vzniká CaF2 a SiO2 ve velmi jemné nerozpustné formě
Struktura - SiO2 je tvořen polymerní sítí vzájemně propojených tetraedrů SiO4
Si – netvoří dvojné a trojné vazby!!
Alkaliové rozpínání kameniva
Při použití kameniva s amorfním SiO2 (opál)
Alkalickosilikátový gel snížení pevnosti betonu (až rozpad)
Kyseliny křemičité -
Velmi slabé Ka ~ 10 -10 při pH < 9 nedisociují, nerozpustné – kondenzace za vzniku polykřemičitých kyselin neurčitého a proměnlivého složení gel
Křemičitany
Vzorce křemičitanů lze psát
sumární -
formou oxidů -
V chemií maltovin se vzorce shrnují
Rozdělení:
Podle rozpustnosti
rozpustné v (pouze ation.3 a )
rozpustné v silných kyselinách (některé vápenaté, hlinité, železité)
rozpustné v alkalických hydroxidech (všechny
Struktura – základní strukturní jednotkou je tetraedr
- vrcholy je spojen ostatními tetraedry kyslíkové můstky Si-O-Si
- z každého tetraedru může vycházet 1 – 4 kyslíkové můstky
Tetraedry mohou být:
neso - křemičitany (ortosilikáty)
soro – křemičitany – izolované (izolované) – 1 sdílený společný atok kyslíku
cyklo – křemičitany – uzavřené cyklické struktury – sdílené 2 atomy O
ino – křemičitany
- trojúhelník
OH- - možno rozštěpit tuto skupinu
phyllo – křemičitany – souvislé vrstvy – 3 základní atomy kyslíku (slídy)
spojené do trojrozměrného systému
Silany – obecný vzorec (n = 1 – s)
extrémně reaktivní plyny nebo kapaliny, obsahují vazbu Si-Si
kondenzací jejich hydroxiderivátů vznikají silikony
R R R R
kondenzace ‌׀ ׀

׀
R R R R
náhradou vodíku v hydroxyskupině vznikají silanoláty
příklad: methylsilanolát sodný – využívá se k hydrofobizaci omítek a na sanaci
vlhkého zdiva
-reakcí s vlhkosti a CO2 vznikne silanol, který zesítěním vytvoří hydrofobní polymer
OHOH


OHOH
Dnes se používají i silikáty ve formě tmelů
MINERÁLNÍ SUROVINY PRO STAVEBNICTVÍ
Přírodní
křemičitany + křemen + amorfní formy SiO2
hlinitokřemičitany
uhličitany
sírany
Druhotné
odpady ze stavebnictví
odpady z jiných průmyslových odvětví
Přírodní suroviny
na bázi SiO2
základní surovina pro výrobu skla, keramiky (ostřivo), žárovzdornin (dinas), ferrosilicia (fesi), karborunda (sic)
podstatná součást písků – slévárenských, stavebních, vodárenských (filtry)
křemičitany – součást stavebních písků
hlinitokřemičitany
zíkladní suroviny pro výrobu pálených výrobků – keramiky
vrstevnaté minerály - tetraedry SiO4, AlO4
- oktaedry AlO6
Hlavní zástupci jílových nerostů
kaolinit Al2O3 () (do betonu- je schopen reakce Ca(OH)2
metakaolinit
halloysit (AS2H4)
montmorillonit (AS4Hn)
Bentonity – zeminy s vysokým obsahem montmorillonitu
illyt - vysoce plastický
Další hlinitokřemičitany:
živce – albit (→ dochází k rozkladu živců
- ortoklas ( živců za vzniku kaolínu
- anorthit (
slídy - vrstevnaté materiály, žáruvzdorné
- muskovit (světlá)
- biotit (tmavá)
(použití do nátěrových hmot)
azbest – vláknitý, ohnivzdorný (jeden z oxidů, způsobuje nemoci)
- chryzolit
- amfibol
- karcinogenní – vyřazen ze stavebnictví
čedič - plagioklas (anorthit + albit)
- velmi pevný
- lze jej tavit a odlévat do forem a tvořit vlákna
perlit- vulkanické sklo, v žáru expanduje
- tepelná a zvuková izolace do lehčených malt a betonů
vermikulit- vrstevnatý minerál slídového typu
- nad 850 oC uvolňuje vodu a expanduje
- tepelná a zvuková izolace do lehčených malt a betonů
Uhličitany
magnezit – MgCO3 - rozklad nad 400 oC
MgCO3 → MgO + CO3
aktivní MgO – do teploty pálení 800 oC
mrtvě pálený MgO – nad 1500 oC
dolomit - MgCO3
- doprovází vápenec
- výroba dolomitového vápna
vápenec -
další formy – křída, mramor
krystalické modifikace – kalcit, aragonit, laterit
rozpustnost 1,3 mg ve 100 g vody při 18 oC (málo rozpustný)
CO2 agr vznik rozpustného Ca(HCO3)2 – výskyt ve vodách
Přítomnost oxidů kovů, živic apod. zbarvení vápenců
Křída – měkký a velmi čistý CaCO3
Použití:
čisté druhy – plnivo do nátěrových hmot, kosmetiky apod.; vápno
znečištěné druhy – hydraulické vápno, cement
Sírany
sádrovec - CaSO4 Equation.3 (sediment)
přírodní má vlivem nečistot (až 40%) našedlou barvu
krystalické modifikace sádrovce – alabast, (bílá jemně zrnitá forma)
selenit (vláknitá forma)
rozpustnost 256 mg ve 100 g vody při 20 oC
použití:
sádra
regulátor tuhnutí cementu
anhydrit CaSO4
v čistém stavu bezbarvý, vlivem příměsí šedý
použití: anhydritová pojiva
baryt BaSO4
použití: do stínicích betonů a omítek- baryum absorbuje rtg a radioaktivní
záření
Druhotné suroviny
jsou to odpady, které lze následně využít
odpad – každá movitá věc, které se osoba zbavuje nebo má v úmyslu se jí zabvit
nebezpečné (nelze využít)
ostatní
odpady produkované ve stavebnictví
odpady ze stavební výroby a demolic (beton, keramika, pórobeton, polystyren, železo, sklo, dřevo)
odpady z výroby stavebních materiálů (cihelný střep, odprašky z cementových pecí a mlýnů, kaly z praní vápenců, písků a broušení)
odpady z jiných průmyslových odvětví
elektrárenské popílky z vysokoteplotního a fluidního spalování
hutnické strusky s vhodným chemickým a mineralogickým složením
křemičité úlety – mikrosilika
odpadní sádrovce – energosádrovec a chemosádrovec
ostatní odpady – škvára, karbidové vápno, výsivky z lomu
Popílky → z vysokoteplotního spalování (1200-1300 oC)
→ fluidní spalování (850 oC)
do spalování prostoru – mleté uhlí
+ S + O2 →SO2
mletý vápenec SO2 + CaCO3 CaSO4 + CO2
tvoří kulovité částice o průměru okolo 1- 100 μm (vysokoteplotního spalování), specifický povrch ~ 300 m2/kg
složení SiO2 (~45%), Al2O3 + Fe2O3 (~ 35%) CaO (~ 2 až 20%)¨
typ F – ze spalování antracitu - SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 ~ 70%
- CaO max. 3%
typ C – ze spalování hnědého uhlí, lignitu - SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 ~ 50%
- CaO až 17-30%
mineralogie : SiO2 - amorfní skelná fáze a křemen, 3- mulit
popílky jsou technogenní pucolány
Pucolánová aktivita – míra schopnosti amorfního SiO2 reakce s Ca(OH)2 za vzniku hydratových křemičitanů vápenatých
Amorfní SiO2 CSH gel
betony s popílky mají pomalejší vývin pevnosti – popílek nahrazuje pojivo i plnivo; jsou však odolnější vůči chemické korozi
požadavky na kvalitu
ztráta žíhavin max. 7%
obsah síry max. 3% S 2- max. 0,4%
dostatečná pucolánová aktivita
maximální radioaktivita
max. 75 Bq/kg
využití ve stavebnictví:
příměs do směsných cementů
částečná náhrada pojiva plniva do porobetonů a omítek
spékané popílky sbalky - lehčené kamenivo
ostřivo do keramických výrobků
vápenopopílkové směsi – zpevňování plání, podkladní vrstvy vozovek
Fluidní popílky
vzniká při fluidním spalování s aditivy – způsob odsiření
reakce SO2 s jemně mletým CaCO3 při 850 oC
sležení: (neobsahuje mulit n.3 )
hlavní pojivová složka anhydrit reaguje s vodou za vzniku (→)
Strusky
vysokopecní – vzniká při výrobě železa
složení: křemičitany a hlinitokřemičitany hořečnaté- například akermanit (, gehlenit , merwinit aj.
krystalická (pomalu chlazená) drtí se – náhrada kameniva v silničním stavitelství
granulová – amorfní (rychle zchlazená)
vykazuje latentně (skrytý) hydraulické vlastnosti v přítomnosti aktivátoru (například Ca(OH)2, NaOH, vodní sklo) reaguje za vzniku hyrdosilikátů a hydroalumínátů vápenatých a hořečnatých
mele se (360 – 440 m2/kg) – přísada do směsných cementů, struskoalkalické betony


 EMBED Equation.3
 EMBED Equation.3
 EMBED Equation.3
 EMBED Equation.3
Modul zásaditosti  EMBED Equation.3 >1

> 1 zásaditá
< 1 bude kyselá

ocelářské, slévárenské – náhrada kameniva
z výroby ferroslitin – náhrada kameniva, některé mleté (náhrada pojiva)
z výroby barevných kovů – toxické ve stavebnictví se nepoužívají
Křemičité úlety
odpad při výrobě FeSi a Si
obsahuje 85 – 97% amorfního velmi reaktivního SiO2
velikost částic 0,2 až 2 μm – tvoří aglomeráty o průměru 50 μm
specifický povrch ~ 2000 m2/kg (u cementu 400 m2/kg)
pucolánově aktivní vodonepropustné betony
> 5% z hmotnosti cementu způsobuje smrštění betonu
Odpadní sádrovec
Chemosádrovec
Vzniká neutralizací odpadní vápnem při chemických výrobách
Energosádrovec
Vzniká při odsiřování spalin v teplárnách a elektrárnách vodní suspenzí jemně mletého vápence

uhlí +S SO2

+
CaCO3
oxidace CaSO4
Použití:
výroba sádry – sádrokarónové desky
regulátor tuhnutí cementu
do podkladních vrstev vozovek + CaO + popílek
Škvára
zpevněné, spečené, ale neroztavené zbytky spálení různých druhů uhlí
pro využití do betonu je třeba sledovat:
znečišťující látky
přítomnost spalitelného zbytku (do 10%)
volné CaO a MgO – nesmí být přítomno
sloučeniny síry – S2- do 0,45%, celkové SO3 ~ 4%
MALTOVINY
Maltoviny jsou anorganická prášková pojiva, která s vodou dávají zpracovatelnou směs, vykazující po určité době dostatečnou pevnost
Vzdušné
tuhnou a tvrdnou a jsou stálé na vzduchu
vápno
sádra
Sorelova maltovina (hořečnatá)
Hydraulické
stálé na vzduchu i pod vodou
cement
hydraulická vápna
speciální pojiva
Sádra
rychletuhnoucí
pomalotuhnoucí
anhydritové pojivo – přírodní CaSO4 + budiče
α - CaSO4 ·H2O
t = 115-125 °C p = 130 kPa (přetlak)
β - CaSO4 ·H2O
t = 100-160 °Cp = 101,3 kPa (normální tlak)
voda se uvolňu