Неорганические соединения в строительных материалах

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХИМИЧЕСКИЙ  ФАКУЛЬТЕТ

 

Кафедра неорганической химии

 

 

 

 

Неорганические соединения в строительных материалах

Курсовая работа

Студентки  1 курса 3 группы

Дорошко Ксении

Научный руководитель— 

доцент химических наук,

Цобкало Ж.А.

 

 

 

 

Минск, 2013

 

 

Оглавление

Введение………………………………………………………………………………………...3

§1.Общие сведения……………………………………………………………………………4

§2.Известняк…………………………………………………………………………………….5

1. Строение………………………………………………………………………………...5

Физические свойства………………………………………………………………….5

Химические свойства……………………………………………………………….…5

2. Получение……………………………………………….………………………………6
3. Идентификация……………………………………….………………………………..6
4. Применение……………………………………………….…………………………….6

§3.Строительные гипсовые изделия………………………………………………….....…7

2.1 Строение………………………………………………………………………………....…7

      Физические свойства……………………………………….…………………………….7

      Химические свойства…………………………………………………………………..…7

2.2 Получение………………………………………………………………………………..…8

2.3 Идентификация………………………………………………………………………..…..8

2.4 Применение……………………………………………………………………………..….8

§4.Глины…………………………………………………………………………………….…..9

Каолинит……………………………………………………………………………………….10

Оксид алюминия…………………………………………………………………………...…10

3.1 Строение………………………………………………………………………………..…10

      Физические свойства…………………………………………………………………....10

      Химические свойства……………………………………………………………………11

3.2 Получение………………………………………………………………………………...11

3.3 Применение…………………………………………………………………………..…..11

Диоксид кремния……………………………………………………………………………..12

3.4 Строение……………………………………………………………………………..……12

      Физические свойства  …………………………………………………………………...12

      Химические свойства……………………………………………………………..……..12

3.5 Получение………………………………………………………………………………...13

3.6 Применение…………………………………………………………………………….…13

§5.Лед как строительный материал……………………………………………………….14

Заключение…………………………………………………………………………………....16

Библиографический список…………………………………………………………………17

Зачетный синтез……………………………………………………………………………...18

Введение

Экономика Беларуси состоит из ряда отраслей, которые в зависимости от характера выполняемых ими функций относятся к отраслям, производящим товары (промышленность, строительство, сельское хозяйство и др.), либо к отраслям экономики, оказывающим рыночные и нерыночные услуги.

Одновременно  должны решаться задачи совершенствования  нормативно-технической базы, гармонизации отечественных стандартов и нормативов с зарубежными.

Изучение  данной темы является актуальным, поскольку  строительная отрасль относится  к числу наиболее приоритетных и  во многом определяет решение социальных, экономических и технических  задач развития всей экономики страны.

Целью данной работы является изучить и проанализировать физические и химические свойства, применение и другие особенности  некоторых неорганических соединений, которые входят в состав строительных материалов.

 

 

 

 

 

 

§1.Общие сведения.

Строительные  материалы — материалы для  возведения и ремонта зданий и  сооружений.

Строительные  материалы и изделия, в соответствии с теорией ИСК, делятся на:

Природные (естественные) — без изменения состава и внутреннего строения:

• неорганические (каменные материалы и изделия);
• органические (древесные материалы, солома, костра, камыш, лузга, шерсть, коллаген).

Искусственные:

• Безобжиговые (твердение при нормальных условиях) и автоклавные (твердение при температуре 175—200 °C и давлении водяного пара 0,9-1,6 МПа):
• неорганические (клинкерные и клинкеросодержащие цементы, гипсовые, магнезиальные и др.);
• органические (битумные и дектевые вяжущие вещества, эмульсии, пасты);
• полимерные (термопластичные и термореактивные);
• комплексные:
• смешанные (смешения нескольких видов минеральных веществ);
• компаундированные (смеси и сплавы органических материалов);
• комбинированные (объединение минерального с органическим или полимерным).
• Обжиговые — твердение из огненных расплавов:
• шлаковые (по химической основности шлака);
• керамические (по характеру и разновидности глины и др. компонентов);
• стекломассовых (по показателю щелочности шихты);
• каменное литье (по виду горной породы);
• комплексное (по виду соединяемых компонентов, например: шлакокерамические, стеклошлаковые).

В зависимости  от назначения, условий строительства  и эксплуатации зданий и сооружений подбираются соответствующие строительные материалы, которые обладают определёнными  качествами и защитными свойствами от воздействия на них различной  внешней среды. Учитывая эти особенности, любой строительный материал должен обладать определёнными строительно-техническими свойствами. Свойства строительных материалов и изделий классифицируют на четыре основные группы: физические, механические, химические, технологические и др.

К химическим относят способность материалов сопротивляться действию химически  агрессивной среды, вызывающие в  них обменные реакции приводящие к разрушению материалов, изменению  своих первоначальных свойств: растворимость, коррозионная стойкость, стойкость  против гниения, твердение.

Физические  свойства: средняя, насыпная, истинная и относительная плотность; пористость, влажность, влагоотдача, теплопроводность.

Механические  свойства: пределы прочности при  сжатии, растяжении, изгибе, сдвиге, упругость, пластичность, жёсткость, твёрдость.

Технологические свойства: удобоукладываемость, теплоустойчивость, плавление, скорость затвердевания  и высыхания.

 

§2. Известняк.

Известняк –  самая распространенная форма карбоната  кальция, который также существует в виде мела, мрамора, кораллов, кальцита, арагонита и т.д. и доломита.

В данном параграфе  речь будет идти о кальците –  главной составной части мраморов, известняков, туфа и мела.

1.1

Строение  кальцита. Кальцит имеет кристаллическое строение: атом кальция находится в окружении шести карбонатных групп. Каждая группа СО₃^2- связана с атомом Са через один кислородный атом (КЧ Са²⁺ 6).

Физические  свойства. Бесцветный, белый, розовый, жёлтый, коричневый. Цвет вещества зависит от наличия в нем примесей. Плохо растворяется в воде, растворимость на 100 г воды составляет 1,3 мг вещества при температуре 18^о.

Химические  свойства. Термодинамически более устойчив при умеренных и высоких температурах в области сравнительно низких давлений. При низких температурах и высоких давлениях кальцит переходит в арагонит.

При прокаливании карбонат кальция отщепляет СО₂:

СаСО₃ = СаО + СО₂ (t)

Термическое разложение карбоната кальция (обжиг  извести) осуществляется в технике  в больших масштабах для получения  окиси кальция, которая служит для  приготовления строительной извести, а также для других целей. Обжигом  известняков в смеси с глиной изготавливают цемент.

Полностью разлагается при кипячении  с раствором хлорида аммония:

СаСО₃ + 2NH₄Cl = CaCl₂ + 2NH₃ + H₂O + CO₂

Соли щелочных металлов не приводят к подобному  разложению.

СаСО₃ легко соединяется с избытком угольной кислоты и переходит в довольно легко растворимый бикарбонат:

СаСО₃ + H₂CO₃ = Ca(HCO₃)₂

Поэтому он в значительных количествах  растворим в воде, содержащей угольную кислоту.

При 1500 °C вместе с углеродом образует карбид кальция и оксид углерода II

СаСО₃ + 4С = СаС₂ + 3 СО↑

Реагирует с кислотами сильнее  угольной (почти все известные  кислоты, включая органические) с  выделением углекислого газа:

СаСО₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑

Карбонат кальция служит важнейшим  промышленным реагентом, который необходим  для получения негашеной извести  СаО и гашеной извести Са(ОН)₂.

1.2 

Карбонат кальция может быть приготовлен кальцинацией оксида кальция. Вода добавляется к этому оксиду, давая гидроксид кальция, и затем  проводится углекислый газ, который  проходит через этот раствор для  осаждения желаемого карбоната  кальция:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О

Для данной темы синтез самого карбоната  кальция не важен, ибо он добывается естественным путем. Известняк является широко распространенной осадочной  породой. Из известняков сложены целые горные цепи в Альпах, широко распространён и в других местах.

1.3

Для идентификации карбоната кальция, как собственно и других карбонатов, используют кислоту, более сильную, чем угольная кислота. В результате реакции выделяется углекислый газ.

СаСО₃ + 2НCl = СаCl₂ + H₂O + CO₂↑

1.4

Известняки в своем широком  понимании имеют очень много  областей применения. Их используют как: кусковой известняк, щебень, бутовый  камень, облицовочные плиты, дробленый  песок, минеральную крошку и вату, штучный (пильный, стеновой) камень. Известняки широко применяют в строительной отрасли (получение бетонов, строительной извести, декоративно-облицовочные работы, кладка стен, заливка фундаментов  и т.д.), в цементной промышленности, в железнодорожном и дорожном строительстве, для защиты гидротехнических сооружений и берегов (каменная наброска), в металлургии, сельском хозяйстве, пищевой, целлюлозно-бумажной, нефте- и  коксохимической, кожевенной, стекольной, кабельной, резиновой, лакокрасочной  промышленностях. Так же применяют  в таких областях, как электросварка (мел для покрытия электродов), полировка  предметов из перламутра и цветных  металлов, теплоизоляция технологического оборудования и строительных конструкций.

В быту и фармацевтической промышленности осажденный СаСО₃ используется как средство для нейтрализации кислоты, мягкий абразив в зубных пастах, источник дополнительного кальция в диетах, составная часть жевательной резинки и наполнитель в косметике.

 

§3. Строительные гипсовые изделия

Примерно в третьем тысячелетии  до н.э. в строительстве взамен глины  в качестве связующего материала  стали использовать гипс. Для этой цели его начали применять даже раньше, чем известь. Уже 5...6 тыс. лет назад  египтяне заделывали швы сложенных  из камней пирамид гипсом. Такие  швы были обнаружены, в частности, в пирамиде Хеопса.

Строительный гипс получают из природного минерала – гипсового камня CaSO₄·2H₂O или из минерала ангидрита CaSO₄, а также из отходов некоторых отраслей химической индустрии.

2.1

Строение гипса. Гипс имеет сложную структуру: в нем слои, образованные ионами Са²⁺ и SO₄^2-, связаны друг с другом молекулами воды. Алебастр имеет сходное строение, но в нем отсутствуют слои из молекул воды. В присутствии воды алебастр быстро превращается в кристаллы гипса, которые, переплетаясь, быстро создают прочную структуру.

Физические  свойства. Бесцветные моноклинные кристаллы. Температура разложения 128^оС. Если гипс прокалить при 150-165⁰С, он теряет примерно ¾ кристаллизационной воды и образует полугидрат CaSO₄∙0,5H₂O , известный также как строительный алебастр или «парижская штукатурка» (так как его первоначально получали из гипса, добытого в Монмартре).

CaSO₄∙2H₂О CaSO₄∙0,5H₂O CaSO_{4  CaSO4}  CaO + SO₃

Очень плохо растворяется в воде. Растворим в глицерине.

Химические  свойства.

Стандартная энтальпия  образования ΔH (298 К, кДж/моль): -2021,1 (т). Стандартная энергия Гиббса образования  ΔG (298 К, кДж/моль): -1795,7 (т). Стандартная  энтропия образования S (298 К, Дж/моль·K): 193,97 (т). Стандартная мольная теплоемкость Cp (298 К, Дж/моль·K): 186,2 (т).

Растворяется в кислотах, растворе тиосульфата натрия, растворах  солей аммония.

CaSO₄ + H₂SO_4(k) Ca(HSO₄)₂

 Растворяется в растворе сульфата аммония с образованием относительно растворимого (NH₄)₂[Ca(SO₄)₂], что используется в аналитической химии для отделения кальция от стронция, аналогичная соль которого значительно менее устойчива и менее растворима в воде.

(NH₄)₂SO₄ + CaSO₄ (NH₄)₂[Ca(SO₄)₂]