výpisky ze skript

Stavba atomů
Atomy - elementární částice, tvořen centrálním, kladně nabitým jádrem (určuje hmotnost) a obalem záporně nabitých elektronů. Jádro – neutrony(N) a protony(Z) Z+N=A nukleonové číslo. Prvky s odlišným neutronovým číslem – izotopy (např: 126C – izotop uhlíku s A=12 a Z=6)
Hlavní kvantové číslo n a vedlejší kvantové číslo l určují tvar orbitalu a energetickou hladinu, do které elektron náleží. Hl. kv.č. je 7 (ozn. 1-7 popř. K-Q), vedl.kv.č. je 5 (ozn. 0-4 v závislosti na n nejvýše do n-1) v praxi se používá l používá symbolů s,p,d,f. Magnetické kvantové číslo m určuje vzájemnou polohu orbitalů a nabývá celočíselných hodnot od –l do +l včetně 0
V každém atomu existuje nejvýše 1 orb. S, 3 p, 5 d a 7 f, v každém orbitalu mohou být dva elektrony odlišující se směrem rotace- vyjadřuje se spinovým kvantovým číslem s (-˝ nebo ˝)
Orbitaly jsou elektrony obsazovány postupně podle energie, která je potřeba k jejich odtržení od jádra.
Sloučením různých prvků vznikají sloučeniny, chemické vazby – volné elektrony z neúplně obsazených orbitalů.
Vnější vrstva elektronů – valenční vrstva (elektrony) – určuje chemické vlastnosti prvku. (vzácné plyny mají plně obsazené orbitaly – jsou velmi stabilní, jednoatomové, za normálních podmínek se neslučují)
Periodicita vlastností prvků
Zákonitost o periodicitě vlastností prvků popsal v roce 1869 D.I. Mendělejev, seřadil tehdy známých 63 prvků do tabulky podle vzrůstajících relativních atomových hmotností. Z per.vl.prvků mohl předpovědět existenci tehdy neznámých prvků(Se,Ga,Ge). Dnes 106 prvků, řádky tabulky tvoří periody, přechodné prvky – orbitaly d jsou obsazovány před p, lanthanidy, aktinidy – 6.a7. perioda – zaplňují se f orbitaly, jsou vyčleněny. Sloupce tvoří skupiny, ty se dělí na hl.a vedl. Podskupiny podle podobných chemických vlastností.
Kovy, nekovy, amfoterita prvků
106 prvků – 16 kovů, 7 polokovů, ostatní kovy. Kovy – elektropozitivní prvky, odtržením valenčního elektronu se stabilizují jako kationty, pevné skupenství (výjimka Hg), lesklé, dobrá tepelná a elektrická vodivost, kujnost, tažnost, vysoká tt a tv. Nekovy – schopnost přijímat elektrony do své valenční vrstvy, elektronegativní, všechna skupenství, matné (výjimka I), nevodivé (výjimka grafit), nejsou kujné tažné, nízká tt a tv. Typický kov je Fr (opak F), kovový charakter roste v tabulce zprava doleva a shora dolů. Úhlopříčka od B k At – hranice mezi kovy a nekovy. Elektropozitivní prvky se vyznačují jako zásadotvorné (jejich oxidy+vody(hydroxidy, +kyseliny(sůl+voda) Elektronegativní prvky – jejich oxidy+vody(kyseliny, + zásady(sůl+voda
Amfoterní prvky – vyskytují se v kationtech i aniontech (kyselý nebo zásaditý charakter)Al, Sn, Pb, As
Vodík
Nejrozšířenější ve vesmíru, 3. na Zemi, 1 proton, 1 elektron, deuterium D – vodík, který má ještě 1 neutron, 2 neutrony – tritium T (velmi nízký výskyt), vyskytuje se jako H2, velmi stabilní, bez chuti a zápachu, nízká tt a tv, atomární H může být připraven v el. výboji – je příčinou křehnutí oceli při korozi, schopný vytvořit H+ i H-, vyrábí se ze zemního plynu nebo plynných zbytků olejových rafinérií, uhlovodíky s malým počtem uhlíků v řetězci reagují s vodní párou při teplotě 700-1000°C za vzniku vodíku a oxidu uhelnatého, dále vodík vzniká jako vedlejší produkt při výrobě chloru a a hydroxidu sodného, využití vodíku jako paliva – velmi atraktivní (účinný, bez emisí), produkt spalování je voda, vodíko-kyslíkový Baconův článek – zisk el. energie
Uhlík
Vyskytuje se jako volný (grafit, diamant) nebo vázaný ve sloučeninách (uhličitany Ca, Mg, Fe), dále ve formě ropy, uhlí, zemního plynu, součást všech organických látek, elementární amorfní uhlík je připravován ve formě koksu, sazí a aktivního uhlí, v atmosféře CO2, vzniká při dýchání, hoření org. látek, mikrobiálním rozkladu, spalování fosilních paliv, kalcinace vápence, existuje v 6 krystalových formách (nejstálejší hexagonální alfa-grafit a tetraedický diamant, vyskytuje se převážně jako izotop 12C, 14C – radioaktivní, využívá se při určování staří biologického materiálu, C je ve vazbách nejčastěji čtyřvazný, jako diamant nereaktivní za norm.t., jako grafit schopen reagovat i při norm.t., při vyšších teplotách reaguje C s mnoha prvky. Karbidy – binární sloučeniny C s kovem, nejdůležitější je karbid vápníku (výroba acetylenu(odpadní produkt je karbidové vápno), C tvoří dva stálé oxidy CO a CO2 - oba velmi reaktivní, průmyslový význam, oxid uhelnatý je velmi jedovatý, zamezí přístup kyslíku k orgánům(zadušení, součást topných plynů, oxid uhličitý – snadné zkapalnění i převedení do pevného stavu (suchý led), plynný – výroba močoviny, hnací plyn do aerosolových rozprašovačů, šumivé nápoje, nehoří(hašení, ovlivňuje životnost betonu, vápenných omítek, malt, stavebního kamene. Kyselina uhličitá – oxid uhličitý rozpuštěný ve vodě, velmi slabá kyselina Uhličitany – kyselé (hydrogenuhličitany) a normální, ty jsou až na uhl. alk. kovů ve vodě málo rozpustné, sodný a draselný lze tavit bez rozkladu, ostatní se v žáru rozkládají na oxid a CO2 (výroba vápna), kyselé jsou v pevné formě známy pouze u alk.kovů – ve vodě dobře rozpustné, ionty HCO3- - výskyt ve vodách, tlumí změnu pH po přídavku kyseliny nebo zásady
Křemík
2. nejrozšířenější (po O) v zemské kůře, nevyskytuje se volný, vždy ve sloučeninách s kyslíkem, převládající izotop je 28(i29 a 30)Si, ostatní izotopy jsou nestabilní, modrošedý kovový lesk, polovodič, obrovské uplatnění v elektrotechnice, za norm.t. nereaguje s vodou, kyselinami ani kyslíkem, snadno se rozpouští v horkých vodných roztocích alkalických hydroxidů(křemičitanový iont, roztavený je mimořádně reaktivní (slitiny a silicidy s většinou kovů, karbid křemíku – značná tvrdost, vyrábí se redukcí čistého oxidu křemičitého v peci při 2000-2500°C, brusivo, žáruvzdorný materiál, velmi nízký koeficient teplotní roztažnosti, jako tranzistor, oxid křemičitý – zákl.sloučenina silikátové chemie, několik krystalových modifikacích, nejběžnější (-křemen je součást mnoha hornin (žula, pískovec), nejstabilnější, samostatně – křišťál, nečistý – růženín, ametyst, morion, citrín, zemité formy – křemelina a diatomit, složité agregáty hydratovaného křemen – opály, hl.modifikace – nekonečné seskupení tetraedrů(velká makromolekula (na 1 atom Si připadají 2 atomy kyslíku), za vysoké teploty taje na hustou taveninu, jejímž ochlazením vznikne křemenné sklo (malá tepelná roztažnost, propouští UV, spec.chem.sklo, rtuťové výbojky),křemen je odolný vůči všem kyselinám kromě HF, donře se rozpouští v roztavených hydroxidech, za vysoké teploty reaguje s oxidy kovů a polokovů(křemičitany (sklářství, keramika), kyselina křemičitá se vylučuje ve formě gelu z roztoků rozpustných křemičitanů již tak slabou kyselinou jakou je k.uhličitá, křemičitany jsou ve vodě nerozpustné (až na sodný a draselný);
organokřemičité sloučeniny: silany – Si a H, bezbarvé plyny nebo kapalina, extrémně reaktivní (vazba Si-Si je velmi slabá); silikony – vznikají kondenzací hydroxysilanů, velmi pevná vazba Si-O-Si, kapalné až tuhé (délka řetězce), odolnost vůči vysokým teplotám, mazadla, těsnící a spojovací materiál, hydrofobizave omítek (zamezení tvorby výkvětů) - estery k.polykřemičité a silanoláty
Dusík
Nejrozšířenější prvek dostupný v elementární formě, 78,1% (objemu) ve vzduchu, hnojivo – dusičnan sodný (chilský ledek) a draselný (draselný ledek), vázán v bílkovinách, vyrábí se frakční destilací kapalného vzduchu, ochranná atmosféra v železářském a ocelářském průmyslu, kapalný (-196°C)- lékařství a potravinářství, dva izotopy 14,15N (99,6;0,4%), nízká tt a tv, bez chuti a zápachu, silně elektronegativní, inertní (vysoká pevnost vazby N≡N, s teplotou roste reaktivita, slučuje se s kovy(nitridy – technické využití, s vodíkem za žáru(amoniak, 7 molekulárních oxidů dusíku, k.dusičná – solná anorganická kyselina, výroba: dusičnany, polyamidy, nitrocelulózy a výbušnin
Fosfor
pouze ve formě sloučenin – fosforitu a apatitu ve všech živých organismech, netvoří těkavé sloučeniny na rozdíl od ostatních nekovů, 5 krystalových modifikací, jeden stabilní izotop 31P a 6 radioaktivních, s růstem řetězce reaktivita klesá, slučuje se téměř se všemi prvky – exotermické děje, nejběžnější sloučeninou je k.trihydrogenfosforečná – tři druhy solí s anionty, pasivace a leštění oceli, výroba hnojiv, některé fosforečnany se využívají v potravinářství, polyfosforečnany – protikorozivní ochrana potrubí a kotlů
Kyslík
Nejrozšířenější prvek na zemském povrchu, volný (atmosféra) i vázaný, biologický původ, vznik fotosyntézou, ze vzduchu se získává jeho frakční destilací, rozsáhlé využití v průmyslu (hutnictví, výroba, opracování Fe, chemie, lékařství), 3 izotopy 16,17,18O (99,7% -16), poločas rozpadu 122s, biatomické molekuly, plyn, bez chuti a zápachu, kondenzuje v modrou kapalinu, extrémně reaktivní (oxidace, většinou exotermické, spontánní průběh až expozivní),ox.č.-II (u peroxidů –I), ozon – tříatomové molekuly, nestálý modrý plyn s charakt. zápachem, jedovatý, vznik při el. výboji, peroxid vodíku – bezbarvá kapalina, oxidační i redukční účinky, textilní, papírenský a kožedělní průmysl, oxidy dělíme podle reakce s vodou na kyselé (nekovy), bazické (elektropoz.prvky), amfoterní (méně elektropoz.prvků), neutrální (nereagují s vodou)
Síra
volná i vázaná, součást živých organismů, síra(oxidy síry(především kyselina sírová, elementární síra se používá k vulkanizaci kaučuku a výrobě insekticidů, krystalové modifikace, nejběžnější – kosočtverečná – molekuly S8, velmi reaktivní prvek, slučuje se s většinou prvků (kromě vzácných plynů, N, Te, I, Ir, Pt, Au), sulfan – binární sloučenina vodíku a síry, produkt rozkladu org.látek rostlinného živočišného původu, slabá kyselina, oxid siřičitý – vzniká při spalování síry na vzduchu, plyn, štiplavý zápach, ve vodném prostředí – silné redukční účinky(bělení, kyselé povahy, koroze stavebních materiálů (sulfatace betonu), kyselina sírová – silná anorganická kyselina, reakce oxidu sírového s vodou, výroba umělých hnojiv, čištění minerálních olejů, autobaterie, většina síranů rozpustných ve vodě
Chemie maltovin a stavebních materiálů
křemičitany, křemen - mnohostranné využití, zbarvené odrůdy se využívají ve šperkovnictví, jeho krystaly v elektrotechnice, sklářská surovina, keramická (ostřivo, do glazur), výroby žárovzdornin, součást slévárenských, filtračních, stavebních písků, křemelina – hornina složená z opálových schránek rozsivek, sypká nebo částečně zpevněná jílem nebo oxidem křemičitým(v chem.složení převládá, výroba tepelně a zvukově izolačních desek a lehkých stavebních materiálů, křemičitany(silikáty) – nejčastěji Si nahrazuje Al(hlinitokřemičitany, zákl.strukturní jednotkou je tetraedr (4 atomy O kolem středového Si), vrcholy je spojen s ostatními, vazby Si-O-Si, trojrozměrné seskupení (skla), dvojrozměrné (slída), jednorozměrné (vláknité struktury – azbest), cihlářské zeminy – produkt zvětrávání vyvřelých hornin, dělí se na a) cihlářské hlíny – usazeniny, větší množství hrubších částic – prachoviny a pískoviny, obsah jíloviny činí 20-50%, b)cihlářské jíly – obsah jíloviny větší než 50%, mineralogické složení je mnohem důležitější než chemismus v rozhodování o chování zeminy v průběhu technologického postupu, hlavní jílové minerály – kaolinit, montmorillonit, illit, vermikulit, chlorit, amorfní allofan, žárovzdorné zeminy – mají žárovzdornou shodu 1580°C posuzují se podle teploty, kdy nastává jejich tání, žárovzdornost se měří žároměrkami, kameninové zeminy – tvoří snadno slinující hmoty, jejich žárovzdornost musí být o 100°C vyšší než je teplota slinutí, pórovité zeminy – po výpalu žádoucí nasákavost, obkladačky, hrnčířské zboží, kaolín – bílá nebo světlá zemina s obsahem kaolinitu, výroba porcelánu, papír, guma, kosmetika, živce – z prům.hlediska význam jen draselný a sodný, využití: taviva glazur, slídy – biotit a muskovit, součástí hornin a půd, azbest – štípe se na tenká vlákna, křemičitan hořečnato-draselný, výroby ohnivzdorného zboží, nebezpečný lidskému zdraví, perlit – křemičité vulkanické sklo sopečného původu, při 900°C expanduje, izolace, odlehčené betony
uhličitany, vápenec – usazená hornina, hl.složka uhličitan vápenatý, příměsi:dolomit, oxid křemičitý, jílové minerály, oxidy železa, barva bílá až černá, chemické složení je důležité: při výrobě vápen, cementu skla, cukrovarnictví, zemědělství, fyzikálně mechanické vlastnosti jsou důležité: při dekoraci (mramory), dolomit – 90-100% dolomitu, 0-10% vápence, žáruvzdorné materiály, magnezit – uhličitan hořečnatý, vypálený na 1200°C přijímá vodu a oxid uhličitý, speciální pojiva, vypálený na 1500-1700°C „mrtvě pálený“ – žárovzdorné zboží
sírany, anhydrit – síran vápenatý, vzniká sedimentací z mořské vody, anhydritové pojivo, sádrovec – síran vápenatý dihydrát, nejdůležitější přirozený síran, vznik odpařováním mořské vody nebo rozpouštěním sádrovcových ložisek, výroba cementů a v chem.průmyslu, nejvíce na sádru
Přehled nejdůležitějších druhotných surovin používaných ve stavebnictví
Při průmyslu vznikají odpady (druhotné suroviny), které je nutné znovu použít – ze dvou důvodů: nedostatek primárních surovin a problém s jejich uskladněním, dělíme je na: a) produkované stavebnictvím – z výroby a demolic (beton, cihly(méně hodnotné kamenivo), z výroby stavebních hmot (cihlový střep(antuka, ostřivo, odprašky(hydraulická pojiva, kaly(vodonepropustnost betonu), většina recyklovatelná, netříděná drť(posypy vozovek, lesní cesty, drcený polystyren(izolační desky, papír(kazetové desky pro konstrukci větraných dutinových podlah, b) z jiných průmyslových odvětví - popílky – po spalování tuhých paliv, 0,001-0,1mm, plná, dutá, průhledná, neprůhledná, žlutá, šedá, zachycují se z kouřových plynů, 50% oxidu křemičitého, pucolánová aktivita – schopnost reakce amorfního oxidu křemičitého s hydroxidem vápenatým za vzniku hydratovaných křemičitanů vápenatých(pojivé vlastnosti, rozdělení podle použití:pro výrobu maltovin, malt, jako aktivní přísada do betonu, kamenivo do betonu, pro neautoklávované lehké betony, pro autoklávované pórobetony, pro agloporit, u nás produkce asi 10mil tun/rok, 2.místo na světě v produkci/1 obyv., škvára – pevný stavený zbytek po spalování uhlí, nepravidelné porézní útvary, malé procento se opět využije ve stavebnictví (podsypy, do betonu), strusky – roztavené hlušiny rud, struskotvorných látek a minerálních podílů paliva, využití – pojiva (nejvhodnější je granulovaná – ochlazená – vysokopecní struska) plniva (ostatní druhy strusek, jako kamenivo), zpěňování (žhavá tekutá struska+voda-pára-zpevnění)vysokopecní strusky(strusková pemza – izolace, Si-úlety – z výroby elementárních křemíků, 85-99% reaktivního oxidu křemičitého, vodonepropustnost betonu, slévárenské písky – odpad hutního průmyslu, výroba forem ve slévárnách, méně hodnotných betonů, karbidové vápno – do malt a omítek, musí se nechat odležet – uvolnění plynů, výhoda - nepřítomnost přepalu , odpadní sádrovce – regulátory tuhnutí cementu, energosádrovec(sádrokartonové desky, odpadní plasty – odpadní materiál se podrtí na určitou granulometrii a pojí se s některou makromolekulární látkou (PVC, kaučuk, epoxid)
Maltoviny
Anorganická prášková pojiva, vyráběná z pálených hornin, s vodou tvoří dobře zpracovatelnou směs, která dosáhne pevnosti, dělení:vzdušné, hydraulické, speciální
Vzdušné maltoviny – tvrdnou pouze na vzduchu, ve vlhku nebo vodě se jejich pevnost snižuje, rozpadají se, vzdušné vápno – již v období St.Řecka, =oxid vápenatý, min.obsah 75%, nečistoty – křemen jílové materiály, barvící oxidy, vyrábí se rozkladem přírodních vápenců (popř.dolomitických), při takové teplotě, aby došlo k hydrataci na hydroxid vápenatý, těžba – Hranice, Mikulov, Čertovy schody, vypaluje se v pecích kruhových (nejstarší, měkce pálené, aktivní, velká vydatnost), šachtových (výška až 25 m, automatizované, 1250°C, tvrdě pálené) a rotačních (všechny druhy vápenců i dolomitické), teploty výpalu mezi 1040-1340°C (930-1230°C pro dolomity), při větší teplotě(nedopal, vzdušné vápno je tvořeno z CaO a MgO, podle obsahu MgO rozlišujeme bílé vzdušné vápno (7%, menší reaktivnost, rozemletím(vídeňské vápno –leštění kovů), před použitím nutno vyhasit, při tuhnutí – odsátí vody spojovaným materiálem, vysychání gelové sítě hydroxidu, vázání CO2 ze vzduchu(uhličitan vápenatý,
sádrová pojiva – vzdušné maltoviny získané částečným nebo úplným odvodněním sádrovce, půlhydrátová sádra ((-půlhydrát – kompaktní, w=0,4;(-půhydrát – šupinatý až rozeklaný, w=0,6) je základem rychle tuhnoucích sáder – stavební (pouze (), štukatérská (( i (), modelářská (převážně (), urychlovače – NaCl, KCl, zpomalovače – klih, kasein, k.mléčná; pomalu tuhnoucí sádra – výpalem sádrovce nad 800°C, tuhnutí začíná 2-5h a končí 8-40h, 6krát vyšší pevnost než půlhydrát, obkladové desky, umělý mramor; sádrové maltoviny – mletím sádry s látkami s hydraulickou aktivitou (struska, p-cement), umělý mra