Физические свойства
Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать химические связи разного типа.
Химические свойства
При обычных температурах углерод химически инертен, при достаточно высоких соединяется со многими элементами, проявляет сильные восстановительные свойства. Химическая активность разных форм углерода убывает в ряду: аморфный углерод, графит, алмаз, на воздухе они воспламеняются при температурах соответственно выше 300—500 °C, 600—700 °C и 850—1000 °C.
Степени окисления +4 (напр., CO2), −4 (напр., CH4), редко +2 (СО, карбонилы металлов), +3 (C2N2); сродство к электрону 1,27 эВ; энергия ионизации при последовательном переходе от С0 к С4+ соответственно 11,2604, 24,383, 47,871 и 64,19 эВ.
Неорганические соединения
Углерод реагирует со многими элементами. Соединения с неметаллами имеют свои собственные названия — метан, тетрафторметан.
Продукты горения углерода в кислороде являются CO и CO2 (монооксид углерода и диоксид углерода соответственно). Известен также неустойчивый недооксид углерода С3О2 (температура плавления −111 °C, температура кипения 7 °C) и некоторые другие оксиды (например C12O9, C5O2, C12O12). Графит и аморфный углерод начинают реагировать с водородом при температуре 1200 °C, с фтором при 900 °C.
Углекислый газ реагирует с водой, образуя слабую угольную кислоту — H2CO3, которая образует соли — карбонаты. На Земле наиболее широко распространеныкарбонаты кальция (минеральные формы — мел, мрамор, кальцит, известняк и др.) и магния (минеральная форма доломит).
Графит с галогенами, щелочными металлами и др. веществами образует соединения включения. При пропускании электрического разряда между угольнымиэлектродами в атмосфере азота образуется циан. При высоких температурах взаимодействием углерода со смесью Н2 и N2 получают синильную кислоту:
При реакции углерода с серой получается сероуглерод CS2, известны также CS и C3S2. С большинством металлов углерод образует карбиды, например:
Важна в промышленности реакция углерода с водяным паром:
ри нагревании углерод восстанавливает оксиды металлов до металлов. Данное свойство широко используется в металлургической промышленности.
Органические соединения
Способность углерода образовывать полимерные цепочки, порождает огромный класс соединений на основе углерода, которых значительно больше, чем неорганических, и изучением которых занимается органическая химия. Среди них наиболее обширные группы: углеводороды, белки, жиры и др.
Соединения углерода составляют основу земной жизни, а их свойства во многом определяют спектр условий, в которых подобные формы жизни могут существовать. По числу атомов в живых клетках доля углерода около 25 %, по массовой доле — около 18 %
8. Вяжущие — вещества, способные затвердевать в результате физико-химических процессов. Переходя из тестообразного в камневидное состояние, вяжущее вещество скрепляет между собой камни либо зёрна песка, гравия, щебня. Это свойство вяжущих используется для изготовления: бетонов, силикатного кирпича, асбоцементных и других необожжённых искусственных материалов; строительных растворов — кладочных, штукатурных и специальных.
Вяжущие вещества по составу делятся на
1. неорганические (известь, цемент, строительный гипс, магнезиальный цемент, жидкое стекло и др.), которые затворяют водой (реже водными растворами солей). Включают: вяжущие воздушные, вяжущие гидравлические, вяжущие автоклавного твердения.
2. органические (битумы, дёгти, животный клей, полимеры), которые переводят в рабочее состояние нагреванием, расплавлением или растворением в органических жидкостях.
Строительными минеральными вяжущими материалами называют тонкоизмельченные порошкообразные вещества, которые при затворении водой образуют пластичное тесто, способное с течением времени в результате физико-химических процессов затвердевать и переходить в камневидное состояние. Это свойство минеральных вяжущих материалов используют при изготовлении строительных растворов и бетонов, безобжиговых искусственных каменных материалов, изделий и конструкций.
Минеральные вяжущие материалы разделяют на воздушные и гидравлические, кислотостойкие.
Минеральные вяжущие вещества — это материалы, которые при смешивании с водой образуют пластично-вязкое тесто, способное со временем самопроизвольно затвердевать, переходя в камневидное состояние. После затвердевания вяжущее вещество скрепляет в одно целое, т.е. как бы связывает между собой, камни либо зерна сыпучих материалов — песка, гравия, щебня.
Различают органические и минеральные (неорганические) вяжущие вещества.
К органическим относятся битум, деготь, полимеры. Эти вещества переходят в рабочее состояние при нагреве либо растворении в
органических растворителях.
9
10. Известковые вяжущие
Строительную известь получают путем обжига (до удаления углекислоты) калыдиевомагниевых горных пород — мела, известняка, доломитизированных и мергелистых известняков, доломитов.
В зависимости от характера и последующей обработки обожженного продукта воздушная известь делится на негашеную (комовую и молотую) и гидратную (пушонку и тесто).
Негашеная известь, иногда называемая кипелкой, состоит из СаО, а гидратная — из Са(ОН)2, причем известковое тесто наряду с Са(ОН)2 содержит значительный избыток несвязанной воды, придающей ему пластичность.
В зависимости от пластичности получаемого продукта, связанной с содержанием примесей, различают жирную и тощую извести. Жирная известь быстро гасится, выделяя при этом много теплоты, и дает после гашения пластичное, жирное на ощупь тесто.
Тощая известь гасится медленно и дает менее пластичное тесто, в нем прощупываются мелкие зерна. Чем больше глинистых и песчаных примесей содержит известняк, тем более тощей получается изготовленная из него известь. Жирная известь позволяет получать удобообрабатываемые строительные растворы при введении большого количества песка.
По скорости гашения различают быстрогасящуюся (скорость гашения не более 8 мин), среднегасящуюся (не более 25 мин) и медленногасящуюся (не менее 25 мин).
В молотую негашеную, а также гашеную известь можно вводить молотые минеральные добавки: доменные и топливные шлаки и золы, вулканические пемзы, туфы и пеплы, кварцевые пески, карбонатные породы, цемянки, трепел.
Воздушные вяжущие характеризуются тем, что, будучи смешанными с водой, способны затвердевать, длительное время сохранять и повышать свою прочность только на воздухе. К ним относятся воздушная известь, кислотоупорный цемент, гипсовые и магнезиальные вяжущие, жидкое стекло и др. В условиях повышенной влажности воздушные вяжущие значительно снижают или совершенно теряют свою прочность.
11. Гипсовыми вяжущими веществами называют материалы, для получения которых используют сырье, содержащее сернокислый кальций. Чаще это природные гипс CaSО4·2H2O и ангидрит CaSO4, реже - некоторые побочные продукты химической промышленности (фосфо-гипс, борогипс).
Гипсовые вяжущие применяют для производства гипсовой сухой штукатурки, перегородочных плит и панелей, архитектурных, звукопоглощающих и других изделий, а также строительных растворов для внутренних частей зданий.
Свойства гипсовых вяжущих веществ
Свойства низкообжиговых гипсовых вяжущих во многом одинаковы. Главное различие состоит в прочности, что в основном связано с их разной водопотребностью. Для получения теста нормальной густоты гипс ?-модификации требует 50...70 % воды, а ?-модификации - 30...45 %, в то время как по уравнению гидратации полугидрата в двугидрат необходимо всего 18,6% воды от массы вяжущего вещества. Вследствие значительного количества химически несвязанной воды затвердевший гипс имеет большую пористость - 30...50%.
Стандартом на гипсовые вяжущие установлено 12 марок (МПа): Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. При этом минимальный предел прочности при изгибе для каждой марки вяжущего должен соответствовать значению соответственно от 1,2 до 8 МПа.
По тонкости помола, определяемой остатком (в %) при просеивании пробы на сите с отверстиями размером 0,2 мм, гипсовые вяжущие делятся на три группы:
грубый,
средний,
тонкий.
Гипсовые вяжущие относительно быстро схватываются и твердеют. Различают быстротвердеющий (А), нормально твердеющий (Б) и медленно твердеющий (В) гипсы со сроками схватывания соответственно начало - не ранее 2, 6 и 20 мин, конец - не позднее 15, 30 мин (для В - не нормируется).
Особенностью полуводного гипса по сравнению с другими вяжущими является его способность при твердении увеличиваться в объеме (до 1 %). Так как увеличение объема происходит в еще окончательно не схватившейся массе, то она хорошо уплотняется и заполняет форму. Это позволяет широко применять гипс для отливки художественных изделий сложной формы.
Недостатками затвердевших гипсовых вяжущих являются значительные деформации под нагрузкой (ползучесть) и низкая водостойкость. Для повышения водостойкости гипсовых изделий при изготовлении вводят гидрофобные добавки, молотый доменный гранулированный шлак.Производство гипса (гипсовых вяжущих веществ)
Создавая соответствующие условия дегидратации двуводного гипса, можно получить различные гипсовые вяжущие вещества, которые разделяют на две группы: низкообжиговые - собственно гипсовые, высокообжиговые (ангидритовые) - ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс.
12. Магнезиальные вяжущие. Магнезиальные вяжущие являются продуктами умеренного обжига магнезита (каустический магнезит) и доломита (каустический доломит), затворяемых растворами электролитов: хлорида и сульфата магния, сульфата железа и др. Каустический магнезит получают при 800—850° С, каустический доломит — при 650—750° С.
Повышение температуры выше оптимальной ведет к уплотнению кристаллов MgO, а применительно к доломиту — диссоциации СаСОз, что ухудшает качество магнезиальных вяжущих.
Наиболее высокая прочность магнезиальных вяжущих обес-" печивается при использовании в качестве затворителя раствора хлорида магния. Так, каустический магнезит, затворенный водным раствором хлорида магния с плотностью 1,2 г/см3, на 28-е сутки показывает предел прочности при сжатии 50—60 МПа и выше. Магнезиальные вяжущие относятся к лучшим вяжущим для получения материалов с использованием древесных опилок (ксилолит) и стружки (фибролит), отличающихся высокой ударной прочностью, тепло- и звукоизоляционными свойствами.
В воде и во влажной атмосфере прочность изделий на основе магнезиальных вяжущих снижается. Наиболее сильно повышают их водостойкость фосфатные добавки.
Необходимость применения для затворения магнезиальных вяжущих растворов солей резко ограничивает их использование в строительстве.
13. Гидравлические вяжущие
Гидравлические вяжущие твердеют и длительное время сохраняют прочность (или даже повышают ее) не только на воздухе, но и в воде. По своему химическому составу гидравлические вяжущие представляют собой сложную систему, состоящую в основном из соединений четырех оксидов: СаО - SiО2 - Аl2О3- Fe2О3. Эти соединения образуют три основные группы гидравлических вяжущих:
1) силикатные цементы, состоящие преимущественно (на 75%) из силикатов кальция; к ним относятся портландцемент и его разновидности - главные вяжущие современного строительства;
2)алюминатные цементы, вяжущей основой которых являются алюминаты кальция; главным из них является глиноземистый цемент и его разновидности;
3) гидравлическая известь и романцемент
14. КОРРОЗИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Цементный камень как бетонных, так и иных строительных сооружений не остается неизменным по отношению к окружающей среде - он постепенно в течение определенного периода времени подвергается воздействию и разрушается быстрее, чем природные породы. Именно этот процесс разрушения строительных материалов принято называть коррозией строительных конструкций.
С позиций термодинамики все коррозионные процессы протекают в направлении образования веществ, более стойких (имеющих более отрицательное значение энтальпии образования) в данных условиях по сравнению с исходными [1-3]. Таким образом, долговечность строительных материалов определяется их свойствами и агрессивностью окружающей среды. Для оценки возможности протекания реакции коррозии необходимо:
J знание составных частей корродируемого материала - бетона и химического состава окружающей среды;
J написать уравнения всех предполагаемых и протекающих реакций в изучаемой термодинамической системе;
J осуществить собственно термодинамический анализ - по возможности рассчитать изменение энергии Гиббса и констант равновесия. Если константа какого-либо равновесия мала, то есть реакция не осуществляется до конца, то этот процесс можно не принимать во внимание.
Виды коррозии бетона и борьба с ней
Коррозия 1-го вида объединяет все процессы коррозии, которые возникают в бетоне при действии мягких вод, когда составные части цементного камня растворяются и уносятся протекающей водой.
К коррозии 2-го вида относятся те процессы коррозии, которые развиваются в бетоне при действии вод, содержащих химические вещества, вступающие в реакцию с составляющими цементного камня. К этой группе относятся процессы, возникающие при действии кислот, магнезиальных солей.
К коррозии 3-го вида относятся те процессы коррозии, при развитии которых в порах и капиллярах бетона происходит накопление малорастворимых солей, кристаллизация которых вызывает возникновение значительных напряжений в стенках пор и капилляров и приводит к разрушению структурных элементов бетона.
Для повышения стойкости бетона при коррозии 1-го вида используют:
бетоны повышенной плотности;
специальные цементы, в частности пуццолановые;
гидроизоляцию бетона;
облицовку или пропитку бетона.
Для защиты бетона от коррозии 2-го вида используют следующие приемы:
правильный выборцемента;
повышение плотности бетона;
защита поверхности бетона специальными красками;
облицовка и др.
Основными мероприятиями по борьбе с коррозией бетона 3-го вида являются:
выбор цемента в зависимости от условий службы конструкций и степени агрессивности среды;
введение воздухововлекающих, пластифицирующих добавок типа СДБ, повышение плотности бетона различными способами, в том числе применением низких ВЦ и уплотняющих добавок.
Если указанные средства не могут обеспечить защиту, то необходимо прекратить доступ воды к поверхности бетона, т.е. применить поверхностную защиту.
15 Углеводоро́ды — органические соединения, состоящие исключительно из атомов углерода и водорода. Углеводороды считаются базовыми соединениями органической химии, все остальные органические соединения рассматривают как их производные.
Поскольку углерод имеет четыре валентных электрона, а водород — один, простейший углеводород — метан (CH4). ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ (галогенсодержащие углеводороды) - углеводороды, в молекулах которых одинили несколько атомов водорода замещены на атомы галогена. Сырье в промышленном органическом синтезе, растворители,хладоны. Кислородсодержа́щие органи́ческие соедине́ния — соединения, содержащие в молекуле связи углерод — водород и углерод — кислород. К кислородсодержащим относится большая часть органических соединений. К этим веществам относятся спирты, фенолы, альдегиды, кетоны и карбоновые кислотыАзотсодержащие органические соединения — один из важнейших типов органических соединений. В их состав входит азот. Они содержат в молекуле связьуглерод-водород и азот-углерод.
В нефти содержится азотсодержащий гетероцикл-пиридин. Азот входит в состав белков,нуклеиновых кислот и некоторых липидов
R-NH2,R-NH-R',R-N(-R')-R амины R(CONH2)1амиды R-CNнитрилы NH2-CHR-COOH1аминокислоты R(C=O)(NH)R1пептиды
16. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ (полимеры), характеризуются мол. массой от неск. тысяч до неск. (иногда многих) миллионов. В состав молекул высокомолекулярных соединений (макромолекул)входят тысячи атомов, соединенных хим. связями.
Классификация. По происхождению высокомолекулярные соединения делят на природные, или биополимеры (напр., белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды), и синтетические (напр., полиэтилен, полистирол, феноло-алъдегидные смолы). В зависимости от расположения в макромолекуле атомов и атомных групп различают: 1) линейные высокомолекулярные соединения, макромолекулы к-рых представляют собой открытую, линейную, цепь (напр., каучук натуральный)или вытянутую в линию последовательность циклов (напр., целлюлоза); 2)разветвленные высокомолекулярные соединения, макромолекулы к-рых имеют форму линейной цепи с ответвлениями (напр., амилопектин); 3) сетчатые высокомолекулярные соединения - трехмерные сетки, образованные отрезками высокомолекулярных соединений цепного строения (напр., отвержденные феноло-альдегидные смолы, вулканизов. каучук).
Свойства и основные характеристики. Высокомолекулярные соединения обладают специфич. комплексом физ.-хим. и мех. св-в. Важнейшие из них: 1) способность образовывать высокопрочные анизотропные волокна и пленки (см. Ориентированное состояние, Пленки полимерные); 2)способность к большим обратимым, т. наз. высокоэластическим, деформациям (см. Высокоэластическое состояние); 3) способность набухать перед растворением и образовывать высоковязкие р-ры (см. Растворы полимеров). Эти св-ва обусловлены высокой мол. массой высокомолекулярных соединений, цепным строением макромолекул, их гибкостью и наиб. полно выражены у линейных высокомолекулярных соединений. По мере перехода от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к частым сетчатым структурам комплекс характерных св-в высокомолекулярных соединений становится все менее выраженным. Трехмерные высокомолекулярные соединения с очень большой частотой сетки нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластич. деформациям.