Контрольные вопросы

1. Что понимается под ионным обменом?

2. Объясните, что такое поглотительная способность грунтов?

3. Как зависит поглощаемая способность грунтов в зависимости от их минералогического состава?

4. Каким уравнением описывается процесс адсорбции на границе раздела твердое вещество – раствор?

5. Как зависит величина адсорбции от концентрации растворенного вещества?

6. В каких дисперсных минералах грунта ионный обмен, протекает быстро и в каких замедленно? Почему?

7. Как влияет изменение атомного веса и валентности катиона на ионообменное поглощение грунта?

8. Как протекает процесс поглощения анионов грунтами?

Лабораторная работа № 5. Адсорбция ионов никеля катионитом в динамических условиях

Цель работы: изучение ионообменных процессов ионов никеля на карбоксильном катионите КБ-4Пх2 в динамических условиях.

Приборы: адсорбционная колонка, тубус для раствора адсорбтива, мерные стаканы на 100 мл, пипетка на 5 мл, бюретка.

Реактивы: раствор соли сульфата никеля с концентрацией – 0,1 М, аммиачный буферный раствор (рН=10-12), индикатор – мурексид, 0,025 М раствор трилона Б (натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты), карбоксильный катионит КБ-4Пх2.

Выполнение работы. В колонку поместить по 3 г карбоксильного катионита КБ-4Пх2 в аммонийной форме. Из колонки удалить лишний раствор, оставив над катионитом не более 0,5 мм жидкости. Из тубуса с 0,1 М раствором сульфата никеля заполнить колонку над адсорбентом. Затем соединить отвод тубуса с колонкой резиновым шлангом, закрыв герметично отверстие колонки пробкой. Под кран колонки поместить мерный стакан и открыть кран. Раствор вытекает из колонки. Скорость фильтрации раствора устанавливается постоянной - 1 мл/мин или 3 капли за 5 секунд. Регулируется скорость фильтрации раствора при помощи крана.

Отбор фильтрата производить по 25 мл, до установления равновесного состояния (концентрация ионов в фильтрате становится равной исходной концентрации).

В каждой пробе фильтрата определить концентрацию ионов никеля трилонометрическим методом, по методике приведенной в работе 4. Полученные данные занести в таблицу 5.5.

Таблица 5.5. Расчет величины адсорбции ионов никеля

№ п/п	Исходная конц-я р-ра , моль/л	Объем фильтрата , мл	Объем трилона Б , мл	, моль/л	= , моль/л	, моль/г
1.
2.
3.

Концентрацию ионов никеля рассчитать по формуле:

,

где С – концентрация ионов никеля в растворе, моль/л; – концентрация трилона Б 0,025 моль/л; – объем трилона Б, пошедший на титрование, мл; – объем пробы раствора никеля на титрование, мл.

Удельную адсорбцию ионов никеля на карбоксильном катионите рассчитать по уравнению

, моль/г

где – объем фильтрата, мл; - масса адсорбента, г; – изменение концентрации, моль/мл.

По полученным результатам построить изотерму адсорбции, откладывая по оси абсцисс объем фильтрата, пропущенного через колонку (мл) катионита, по оси ординат – концентрацию ионов никеля в фильтрате (моль/л).

По графику определить точку проскока, т.е. точку появления катионов никеля в фильтрате, и обменную емкость до проскока, рассчитав величину удельной адсорбции в этой точке.

Определить динамическую емкость (ДОЕ) адсорбента по формуле:

где – количество проб фильтрата, – величина сорбции в каждой пробе.

Контрольные вопросы

1. Что понимается под термином адсорбция в «динамических условиях»?

2. Количественная характеристика процесса адсорбции в динамических условиях.

3. Что такое изотерма адсорбции?

4. Как протекает поглощение газообразных веществ твердыми пористыми телами?

Лабораторная работа № 6. Вяжущие материалы на основе оксида кальция.

Неорганическими вяжущими строительными материалами называются минеральные порошкообразные материалы, способные при смешивании с водой образовывать пластичную массу, затвердевающую с течением времени в камневидное тело.

Классификация неорганических вяжущих.

По скорости твердения:

- быстротвердеющие (штукатурный гипс)

- медленнотвердеющие (портландцемент)

По отношению к воде:

- воздушные вяжущие, продукты твердения, которых устойчивы только на воздухе, а в воде теряют прочность и распадаются. Это воздушный и строительный гипс, ангидритовый цемент, магнезиальный цемент, растворимое стекло.

- гидравлические вяжущие, которые могут твердеть не только на воздухе, но и под водой, и продукт твердения, которых сохраняет свою прочность, как на воздухе, так и в воде. К ним относятся: портландцемент, пуццолановый, сульфатностойкий цементы, шлако-портландцемент, а также глиноземистый цемент.

Известь. Известь получают обжигом кальциево-магниевых карбонатных горных пород (известняков, мела, доломита). При термической диссоциации из них удаляется и получается продукт, обладающий вяжущими свойствами:

В зависимости от количества примесей известь бывает:

- воздушная - примесей не более 6%;

- гидравлическая - примесей > 6%

В воздушной извести содержание свободных окислов достигает 90-95%, а силикатов и алюминатов кальция не более 10%.

В гидравлической извести силикатов и алюминатов входит до 70-80%, а остальное .

Гашением извести называется процесс взаимодействия ее с водой, при котором она превращается в гидрат.

.

Процесс твердения извести заключается в карбонизации:

.

Портландцемент. Портландцемент - это гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Является современным вяжущим строительным материалом.

Примерный состав портландцементного клинкера приведен в таблице 6.6.

Таблица 6.6. Примерный состав портландцементного клинкера

Название минерала	Формула минерала	Условное обозначение минерала	Примерное содержание минерала в клинкере,%
Алит (трехкальцевый силикат)			40 - 65
Белит (двухкальцевый силикат)			15 - 40
Трехкальцевый алюминат			5 - 15
Целит (четырехкальцевый алюмоферрит)			10 - 20

При взаимодействии минералов цементного клинкера с водой протекают три основных процесса:

- Гидролитическое разложение минералов

гидролитическому разложению минералов подвергаются трехкальцевый силикат и четырехкальцевый алюмоферрит

- Частичный гидролиз

свободная молекула оксида кальция взаимодействует с водой с образованием гидроксида

- Образование кристаллогидратов

Схватывание и твердение цемента обусловлено сложным комплексом химических и физико-химических процессов. Процесс твердения цементного теста протекает в три стадии:

Первая стадия – затворение. Чаще эту стадию называют стадией насыщения. При взаимодействии воды с минералами цементного клинкера, она насыщается гидроксидом кальция .

Вторая стадия – коллоидации. В результате взаимодействия с водой образуются гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, обладающие малой растворимостью. При их образовании образуется коллоидный раствор, приобретающий структуру геля. Данная стадия отвечает процессу схватывания.

Третья стадия – стадия кристаллизации и твердения. На этой стадии из очень мелких частиц коллоидной системы образуются более крупные кристаллические частицы в результате кристаллизации. Такое разделение стадий носит условный характер.

Цель работы: ознакомление студентов со свойствами гидравлических и воздушных вяжущих материалов, основой которых является оксид кальция.

Опыт № 1. Получение оксида кальция (негашеной извести).

Приборы: пробирки, спиртовка.

Реактивы: порошок карбоната кальция.

Выполнение опыта. В сухую пробирку насыпать небольшое количество карбоната кальция. Пробирку закрепить в держатель и прокалить содержимое в пламени спиртовки 5-6 минут. Полученный продукт использовать в следующем опыте.

Составить уравнение реакции разложения карбоната кальция.

Опыт № 2. Взаимодействие оксида кальция с водой.

Приборы: пробирки, фарфоровые чашки.

Реактивы: порошок оксида кальция, фенолфталеин, вода.

Выполнение опыта. Полученный в первом опыте оксид кальция поместить в фарфоровую чашку и смочить несколькими каплями воды. К содержимому добавить 2-3 капли фенолфталеина. Что наблюдаете? Какое техническое называние имеет процесс взаимодействия оксида кальция с водой?

Написать уравнение реакции взаимодействия оксида кальция с водой.

Назвать продукт, получаемый в реакции.

Какой процесс протекает при длительном хранении извести на воздухе?

Написать уравнение реакции взаимодействия извести с диоксидом углерода.

Опыт № 3. Качественная реакция на катионы кальция

Приборы: пробирки.

Реактивы: раствор хлорида кальция , раствор щавелевокислого аммония или .

Выполнение опыта. В пробирку налить 1-2 мл раствора хлорида кальция и добавить 2-4 капли раствора щавелевокислого (оксалата) аммония до выпадения белого кристаллического осадка.

Составить уравнения реакции взаимодействия хлорида кальция с щавелевокислым аммонием в молекулярном и ионном виде.

Опыт № 4. Исследование свойств портландцемента.

Приборы: пробирки.

Реактивы: портландцемент, дистиллированная вода, оксалат аммония, фенолфталеин.

Выполнение опыта. В пробирку насыпать небольшое количество портландцемента и прилить 5 мл дистиллированной воды. Полученную смесь встряхивать в течении 2-3 минут. Затем раствор отфильтровать и фильтрат разделить на 2 части. К одной части добавить 2-3 капли оксалата аммония, а к другой 2-3 капли фенолфталеина.

Какой катион присутствует в растворе?

Какое значение рН имеет раствор портландцемента?

Составить соответствующие уравнения реакций.

Опыт № 5. Изучение процессов твердения портландцемента в присутствии добавок.

Приборы: пробирки, предметные стекла.

Реактивы: портландцемент, дистиллированная вода, раствор хлорного железа , раствор хлорида кальция , раствор нитрата натрия , раствор мылонафта.

Выполнение опыта. На пяти предметных стеклах поместить одинаковое количество портландцемента и добавить к содержимому первого стекла несколько капель дистиллированной воды, к содержимому других стекол такое же количество следующих растворов:

- ко второму – раствор хлорного железа

- к третьему – раствор хлорида кальция

- к четвертому – раствор нитрата натрия

- к пятому – раствор мылонафта.

Размешать полученные растворы цемента и сравнить время схватывания образцов с добавками и контрольного (без добавок).

Сравните свои наблюдения и объясните результаты опыта.