Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия в строительстве. В 2 частях. Ч.2. Химическая термодинамика вяжущих веществ. Электронное учебное пособие.pdf
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Значение химической термодинамики и термохимии трудно переоценить. Термодина-
мика входит во все науки, изучающие природу, в том числе такие как информатика, биология,
космос и многие другие, т. к. связано с выявлением предпочтительности превращений тех
или иных структур на самых разных масштабных уровнях их организации, независимо от их
естественного или искусственного происхождения.
Однако следует всегда помнить, что законы химической термодинамики имеют
стохастический характер и справедливы для достаточно большого числа атомов, молекул
и других составляющих структур исследуемых веществ.
Необходимо также глубоко осознавать, что химическую термодинамику невозможно
отделить от других фундаментальных наук и не только химического профиля, таких как
физика, биология, экономика, социология и т. д. Конвергенция наук – ключ к познанию
окружающего мира и основа для копирования природных технологий при создании новых
искусственных материалов различного технического назначения.
В современном строительном материаловедении применение основных положений
химической термодинамики неотъемлемо связано с реализацией цифровых технологий, их
проектированием и определением оптимальных условий синтеза материалов с заданными
свойствами.
Авторы надеются, что учебное пособие будет полезным для студентов строительных
специальностей, а также для аспирантов и научных сотрудников, работающих в данной
области исследований.
41
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бажин, Н.М. Начала физической химии : учебное пособие / Н.М. Бажин,
В.Н. Пармон. – Москва : НИЦ ИНФРА-М, 2015. – 332 с. – (Высшее образование:
Бакалавриат) – ISBN 978-5-16-009055-9. – URL: http://znanium.com/catalog/product/420417
2. Березовчук, А.В. Физическая химия : конспект лекций / А.В. Березовчук. – 2009. –
270 с. – URL: https://topuch.ru/konspekt-lekcij-vvedenie/index.html
3. Вайтулевич, Е.А. Лабораторный практикум по физической химии : учебное пособие /
Е.А. Вайтулевич, И.А. Курзина, Г.В. Лямина, О.В. Водянкина. – Томск : Изд-во Том. гос.
архит.-строит. ун-та. 2008. – 72 с. – ISBN 978-5-93057-252-0.
4. Зайцев, О.С. Химическая термодинамика к курсу общей химии : учебное пособие /
О.С. Зайцев. – Москва : Изд-во МГУ, 1973. – 295 с.
5. Карапетьянц, М.Х. Химическая термодинамика / М.Х. Карапетьянц. – Москва :
Либроком, 2019. – 584 с. – ISBN 978-5-397-06781-2.
6. Колпаков, В.А. Термохимия : методические указания / В.А. Колпаков. – Томск : Изд-
во ТПУ, 2004. – 24 с.
7. Лапова, Т.В. Физическая химия. Химическая кинетика и равновесие. Электрохимия :
учебное пособие / Т.В. Лапова, И.А. Курзина, Г.В. Лямина, Е.А. Вайтулевич. – Томск : Изд-во
Том. гос. архит.-строит. ун-та. 2009. – 104 с. – ISBN 978-5-93057-305-9.
8. Лямина, Г.В. Химическая термодинамика : учебное пособие / Г.В. Лямина,
Т.В. Лапова, И.А. Курзина, Е.А. Вайтулевич, А.Н. Еремина. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.строит. ун-та. 2007. – 82 с. – ISBN 978-5-93057-229-2.
9. Лямина, Г.В. Химическая термодинамика : учебное пособие / Г.В. Лямина,
Т.В. Лапова, И.А. Курзина [и др.] ; под ред. Г.В. Ляминой. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.строит. ун-та, 2007. – 82 с.
10. Пригожин, И. Химическая термодинамика / И. Пригожин, Р. Дефей ; пер. с англ. –
2 изд. – Москва : БИНОМ, Лаборатория знаний. 2010. – 533 с.
11. Семериков, И.С. Физическая химия строительных материалов : учебное пособие /
И.С. Семериков, Е.С. Герасимова. – 2-е изд., стер. – Москва : Флинта, 2017. – 204 с. –
ISBN 978-5-9765-3237-3. – URL: http://znanium.com/catalog/product/959304
42
ПРИЛОЖЕНИЕ
G
0
298
G
Ca
+
HSO
газ
H
⇆ CaS
O·
2HO
Ca(OH
)
+
HSO
(газ
)
+
2OH
⇆
CaS
O·
2HO
6Ca
+
3HSO
(газ
)
+
2Al(OH
)
+
10OH
+20HO
⇆
3CaO
·
AlO·
3CaS
O·32HO
(OH)
+3HS
O
газ
+
2Al(OH
)
+4OH
+
+2OH
O⇆3CaO
·
AlO·
3CaS
O·32HO
Ca
+
HSO+
2Al(OH
)
+6OH
+4HO
⇆
3CaO
·
AlO·
CaS
O·12HO
(OH)
+
HSO
газ
+
2Al(OH
)
+4HO
⇆
3CaO
·
AlO·
CaS
O·12HO
G
0
298
G
Справочные данные термодинамических величин индивидуальных веществ
В приложении приводятся стандартные термодинамические величины энергии Гиббса,
энтальпии, энтропии, а также температурные зависимости теплоемкости для веществ разной
природы в различных агрегатных состояниях, взятых из литературных источников,
необходимых для проведения термодинамических и термохимических расчетов на практике.
Необходимо помнить, что с 1980 г. была введена международная система единиц СИ,
в которой энергетические величины измеряются в Джоулях (килоджоулях) или Дж/моль
(кДж/моль). С целью перевода одних единиц в другие необходимо учесть, что 1 ЭВ
(электроновольт) равен приблизительно 100 кДж/моль, а 1 ккал/моль = 4,18 кДж/моль.
Таблица П.1
Значение изобарно-изотермического потенциала
гидросульфатов кальция и гидросульфоалюминатов кальция
№
п/п
1
2
3
4
5
6
6Ca
4
4Ca
Уравнения реакций
+ 2O
Значение изобарно-изотермического потенциала
реакций образования
ккал/моль
–63,706
–62,04
–228,262
–218,266
–96,886
,
–
Таблица П.2
реакций гидролиза
компонентов цемента
№
п/п
1
C6AF2 + H2O C4AH13+ Ca(ОН)2 + + Fe(OH)3
2
C6AF2 + H2O C4AH13 + C3FH6 + Ca(ОН)2
3
C4AF + H2O C4AH13 + Fe(OH)3
4
C6A2F + H2O C3AH6 + Fe(OH)3
Уравнения реакций
,
кДж/моль
–43,49
–35,99
–77,49
–34,91
43
№
п/п
Уравнения реакций
Продолжение табл. П.2
0
G
,
298
кДж/моль
5
C6A2F + H2O C4AH13 + Ca(ОН)2+ + Fe(OH)3
6
C6AF2 + Ca(ОН)2 + H2O C4AH13 + C3FH6 + Fe(OH)3
7
C4AF + Cа(OН)2 + H2O C4AH13 + C3FH
8
C6A2F + Cа(OН)2 + H2O
C6AF2 + CaSO4 ∙ 2H2O + H2O
9
+ Fe(OH)
C6AF2 + CaSO4 ∙ 2H2O + H2O
10
+ Fe(OH)
C6AF2 + CaSO4 ∙ 2H2O + H2O Ca(ОН)2 + C3A(CS)3H32 +
11
+ C3FH6
3
3
C C4AH13 + C3FH6
C3A(CS)H12 + Ca(ОН)2 +
C3A(CS)3H32 + Ca(ОН)2 +
6
C6AF2 + CaSO4 ∙ Н2O + H2O Ca(ОН)2 + C3A(CS)H12 +
12
+ C3FH6
C4AF + CaSO4 ∙ 2H2O + H2O C3A (CS)H12 + Ca(ОН)2 +
13
+ Fe(OH)3
–41,63
–156,78
–320,24
–403,79
+27,69
+32,9
–114,55
–120,19
+11,21
C4AF + CaSO4 ∙ 2H2O + H2O C3A(CS)3H
14
+ Fe(OH)3
C4AF + CaSO4 ∙ 2H2O + H2O Ca(ОН)2 C3A(CS)H12 +
15
+ C3FH6
C4AF + CaSO4 ∙ 2H2O + H2O Ca(ОН)2 C3A(CS)3H +
16
C3FH6
17
C6A2F + CaSO4 ∙ 2H2O + H2O
18
C6A2F + CaSO4 ∙ 2H2O + H2O
C6A2F + CaSO
19
+ C3FH6
C6A2F + CaSO4 ∙ 2H2O + H2O Ca(ОН)2 + C3A(CS)3H32 +
20
21
22
+ C3FH
C4AF + SO
C4AF + SO
6
∙ 2H
O + H2O Ca(ОН)
4
2
2–
+ H2O Ca(ОН)2 C3A(CS)H
4
2–
+ H2O Ca(ОН)2 C3A(CS)3H32 + C3FH6
4
C3A(CS)H12 + Fe(OH)
C3A(CS)3H32 + Fe(OH)
+ Ca(ОН)2 +
32
A(CS)H
2 C3
+ C3FH6
12
12
+
+16,48
–62,52
–57,25
3
3
+17,72
+83,96
–64,92
–22,80
–349,87
–426,88
23
C6AF2(CS)
+ H2O C3A(CS)H
0,3
+ Ca(ОН)2 + + Fe(OH)3
12
+60,66
44
№
G
п/п
Уравнения реакций
Окончание табл. П.2
0
G
,
298
кДж/моль
24
C6AF2(CS)
C6AF2(CS)
25
+ C3A(CS)H12 + C3FH
C6AF2(CS)
26
+ C3A(CS)3H32 + C3FH
27
(CS)
+ H2O C3A(CS)H12 + Ca(ОН)2 + Fe(OH)3
0,4
28
C4AF(CS)
C4AF(CS)
29
+ C3A(CS)H12 + C3FH
C4AF(CS)
30
+ C3A(CS)3H32 + C3FH6
31
C6A2F(CS)
32
C6A2F(CS)
C6A2F(CS)
33
+
C3A(CS)H12 + C4AH
0,4
0,4
0,4
+ H2O C3A(CS)3H32 + Ca(ОН)2 + + Fe(OH)3
0,3
+ CaSO4 ∙ 2H2O + H2O
0,3
6
+ CaSO4 ∙ 2H2O + H2O
0,3
6
Ca(ОН)2 +
Ca(ОН)2 +
+ H2O C3A(CS)3H32 + Ca(ОН)2 + Fe(OH)3
+ CaSO4 ∙ 2H2O + H2O
6
+ CaSO4 ∙ 2H2O + H2O Ca(ОН)2 +
+ H2O
0,5
+ H2O
0,5
∙ CaSO4 ∙ 2H2O + H2O Ca(ОН)2 +
0,5
C3A(CS)H12 + Al(ОН)3 + C3FH6
C3A(CS)3H32 + Al(ОН)3 + C3FH
+ C3FH
13
6
Ca(ОН)
+
2
6
–19,80
–111,30
–162,33
+48,48
–53,47
–16,03
–74,01
–41,28
–35,39
–151,78
34
C6A2F(CS)
+
C3A(CS)3H32 + C4AH13 + C3FH
∙ CaSO4 ∙ 2H2O + H2O Ca(ОН)2
0,5
6
Значение изобарно-изотермического потенциала
гидросульфоалюминатов и гидросульфоферритов кальция
№
п/п
6Ca2+ + 2AlO2– + 3SO
1
C3A ∙ (CS)3H31
6Ca2+ + 2Al(OH)4– + 3SO
2
(CS)3H31
6Ca2+ + 2Al(OH)3 (ТВ.) + 3SO
3
C3A ∙ (CS)3H31
4Ca2+ + 2Al(OH)3 (ТВ.) + SO
4
CSH
4Ca2+ + 2Al(OH)
5
C3A ∙ CSH12
6Ca(OH)2 (ТВ.) + 2Al(OH)3 (ТВ.) + 3SO
6
(CS)3H31
12
Уравнения реакций
2–
+ 4OH– + 29H2O
4
2–
+ 4OH– + 25H2O C3A ∙
4
2–
+ 25H2O
4
2–
+ 6OH– + 6H2O C3A ∙
4
–
4
+ SO
2–
+ 4OH– + 6H2O
4
2–
+ 22H2O C3A ∙
4
+
–99,91
Таблица П.3
реакций образования
0
G
298,
кДж/моль
–115,0
–165,2
–187,0
–117,4
–161,15
+133,32
45
Окончание табл. П.3
−∆
ккал
моль
−∆
ккал
моль
ккал
град
О
О
0
G
298,
кДж/моль
–159,27
+3878,2
–722,94
–282,05
–302,22
–194,63
+738,36
№
п/п
6Ca(OH)2 (ТВ.) + 2Al(OH)
7
C3A ∙ (CS)3H31
4Ca(OH)2 (ТВ.) + 2Al(OH)3 (ТВ.)+ SO
8
CSH12
4Ca(OH)2 (ТВ)+ 2Al(OH)4 – + SO
9
C3A ∙ CSH12
6Ca2+ + 2Fe(OH)4– + 3SO
10
C3F ∙ (CS)3H31
6Ca2+ + 2Fe(OH)3 (кр.) + 3SO
11
C3F ∙ (CS)3H31
4Ca2+ + 2Fe(OH)
12
C3F ∙ CSH12
4Ca2+ + 2Fe(OH)3 (кр.) + SO
13
C3F ∙ CSH12
Уравнения реакций
–
+ SO
4
-
+ 3SO
4
2–
+ 4OH– + 25H2O
4
2–
+ 4OH– + 6H2O
4
2–
4
2–
+ 4H2O
4
2–
+ 25H2O
4
2–
+ 9H2O
4
+ 21H2O
2–
+ 5H2O C3A ∙
4
Таблица П.4
Значения химических теплот(∆
), энергий Гиббса (∆
), энтропий (
)
и коэффициентов (а, b, c) в эмпирических уравнениях вида зависимости теплоемкости
от температуры в интервале температур 298 – Т
Формулы
соединений
и ионов
Со-
стоя-
ние
a
Ср = f(T)
b103 c10–5
,
Интервал
Al газ –78 –68,3 39,3 – – – –
Al кр 0 0 6,77 4,9 2,96 – 298 + 93
Al3+ газ –1310 – – – – – –
Al4C3 кр 49,9 21,26 – – – – –
AlCl3 кр 168,3 150,3 26,45 13,2 28 – 298 + Tпл
AlF3 кр 359,5 340,6 15,88 20,9 3 – 727 + 1400
AlN кр 76 68,6 4,82 – – – –
Al
2
кр 400,4 378,2 12,17 27,4 3,06 –8,47 298–1800
темпера-
тур,
К
46
Al
2
кр 395 – – 16,3 11,1 – –
Продолжение табл. П.4
−∆
ккал
моль
−∆
ккал
моль
ккал
град
-
y
a
Ср = f(T)
b103 c10–5
Формулы
соединений
и ионов
AlО(ОН)
Al(ОН)
белит
3
гиббсит
Со-
стоя-
ние
кр 236,09 218,26 11,57 14,4 4,2 – 298–500
,
кр 308,8 275,8 16,34 8,65 45,6 – 298–425
Al(ОН)3 ам 305 273 19,8 – – – –
Al2О
∙ 2SiO2 ∙ 2Н2О
3
каолинит
Al2О
∙ SiO
∙ 2Н2О
3
2
диккит
Al2О
∙ SiO
∙ 2Н2О
3
2
галлуазит
Al2О
∙ SiO2
3
анадалузит
Al2О3 ∙ SiO2
кианит
Al2О3 ∙ SiO2
силлиманит
3Al2О3 ∙ 2SiO2
муллит
Al2О3 ∙ 2SiO2
метакаолинит
кр 984 907,4 48,5 57,4 35,3 –7,86 298–1000
кр 983,5 906,6 47,1 – – – –
кр 79,5 902,9 48,6 – – – –
кр 619,5 584,7 22,28 41,2 6,24 –12,2 298–1600
кр 620,11 585,91 22,03 41,0 6,98 –12,4 298–1500
кр 618,83 583,75 22,99 39,3 8,04 –11,0 298–1500
кр 1631,6 1539,9 60,8 115, 11,2 –37 298–2000
кр 807,4 758,4 29,68 7,06 5,1 –4,87 298–1700
Интервал
темпера-
тур,
К
Al2О3 ∙ TiO
Al2(SO4)
2
3
кр 629,9 – 26,2 43,6 5,3 –11,2 298–1800
кр 820,98 738,99 57,2 88,0 14,8 –27,1 –
Al2(SO4)3 ∙ 6H2O кр 1268,1 1105,1 112,1 – – – –
AlVO
4
As4O6
октаэдр
As2O
5
кр 277,72 – 40,5 27,0 14,1 –0,99 298–113
кр 314,04 275,46 51,2 – – – –
кр 221,05 187 25,2 – – – –
В газ –97,2 –86,7 36,64 – – – –
В кр 0 0 1,56 – – – –
В2О
3
кр 304,2 285,3 12,91 15,8 14,8 –0,49 298–723
В2О3 ст 299,84 282,6 18,6 2,28 42,1 – 298–723
В4С кр 17 17 6,48 22,9 5,4 –10,7 298–1700
ВСl
3
ж 102,1 92,6 49,3 16,9 2,86 –2,44 298–1100
47
Продолжение табл. П.4
−∆
ккал
моль
−∆
ккал
моль
ккал
град
a
Ср = f(T)
b103 c10–5
Формулы
соединений
и ионов
ВF
3
Со-
стоя-
ние
,
кр 271,75 267,77 60,71 – – – –
BN кр 60,8 54,6 3,54 – – – –
Ва газ –41,96 –34,6 40,69 – – – –
Ва кр 0 0 16 – – – –
Ва
2+
ВаCl
ВаСО
ВаF
2
ВаМоО
2
3
3
газ 395,70 – – – – – –
кр 205,56 193,8 30 17 3,34 – 278–1198
кр 291,3 272,2 26,8 20,7 11,7 –2,86 298–1079
кр 286 – 23 – – – –
кр 289 270,3 33,7 – – – –
Интервал
темпера-
тур,
К
ВаМоО4 кр 368,5 343, 35,4 25,3 13,3 – –
ВаО кр 133,4 126,30 16,8 12,7 1,04 –1,98 298–1270
ВаО ∙ Al2О3 кр 557,88 – – – – – –
3ВаО ∙ Al2О3 кр 845,58 – – – – – –
ВаО ∙ Fe2O
3
кр 306,6 – – – – – –
2ВаО ∙ Fe2O3 кр 421,6 – – – – – –
7ВаО ∙ 2Fe2O3 кр 1324,5 – – – – – –
Ва(ОН)
ВаО ∙ 2SiO
2
2
кр 226,2 204,7 – – – – –
кр 610,18 577,08 36,8 41,2 3,12 –6,91 –
2ВаО ∙ 3SiO2 кр 1002,4 949,27 63,6 50,5 9,18 0,16 –
ВаО ∙ SiO2 кр 389,18 369,08 26,8 24,5 5,9 – –
2ВаО ∙ SiO2 кр 549,03 521,83 43,5 34,5 8 – –
3ВаО ∙ 3SiO2 кр 708,88 674,58 60,4 44,4 10,9 – –
Ва2Si
2
кр 367 – – – – – –
48
Продолжение табл. П.4
−∆
ккал
моль
−∆
ккал
моль
ккал
град
ℒ
)
Формулы
соединений
и ионов
Со-
стоя-
ние
a
Ср = f(T)
b103 c10–5
,
Интервал
темпера-
тур,
К
Ва2Si3 кр 107 – – – – – –
ВаSO4 кр 350,2 323,38 31,6 9,89 1,37 – 298–1551
2BaO ∙ TiO
2
кр – – – 34,9 6,7 – 1551–1853
BaO ∙ TiO2 кр 538 511,1 – 34,9 6,7 – 1551–1853
2ВаО ∙ ZrO
2
кр 397,6 376,4 25,32 – – – –
ВаО ∙ ZrO2 кр 506 – – – – – –
BeCl
BeCO
BeF
2
3
2
кр 383,4 – – – – – –
кр 122,3 118,8 205,6 – – – –
кр 234,6 215,3 12,5 – – – –
BeO кр 143,1 136,15 3,4 8,45 4 –3,45 298–1200
BeO ∙ SiO
2
кр 367,98 347,15 12,9 22,8 2,08 –10,9 –
2BeO ∙ SiO2 кр 515,95 488,4 15,4 24,6 5,65 –14,0 –
BeSO
4
Ca(
кр 0 – 9,97 – – – –
кр 286,41 260,2 21,5 – – – –
Ca газ 42,6 –34,5 36,99 – – – –
+
Ca
2+
Ca
CaСl2
гидрофилит
газ –185,05 – – – – – –
газ –460,29 – – – – – –
кр 189,8 179,05 27,2 17,1 3,04 –0,6 298–1055
CaСl2 ∙ 2СаО кр 505 – – – – – –
CaСl2 ∙ 3СаО кр 654 – – – – – –
CaСl2 ∙ 3СаО ∙ 3Н2О кр 910,6 – – – – – –
CaСl2 ∙ 3СаО ∙ 16Н2О
СaOCl
2
кр 1833 – – – – – –
кр 178,6 – – – – – –
49
Продолжение табл. П.4
−∆
ккал
моль
−∆
ккал
моль
ккал
град
a
Ср = f(T)
b103 c10–5
Формулы
соединений
и ионов
CaBr
2
CaJ
2
CaF
2
CaСО
3
кальцит
CaСО
3
арагонит
CaСО3 ∙ MgCO
CaMoO
3
Со-
стоя-
ние
,
кр 161,8 156,8 31 – – – –
кр 127,8 126,6 – – – – –
кр 290,3 277,7 15,46 14,3 7,28 –0,47 –
кр 288,45 269,78 22,2 24,98 5,24 –6,2 298–1200
кр 288,49 269,58 21,2 20,13 10,24 –3,34 298–600
3
кр 557,29 518,48 – 37,3 19,2 5,16 –
кр 299,4 279,9 24,7 – – – –
CaMoO4 кр 372,3 346,6 28,6 – – – –
CaO кр 151,9 144,4 9,5 11,67 1,08 –1,56 298–2000
Интервал
темпера-
тур,
К
CaO ∙ Al2О3 кр 556,18 527,7 27,3 36,01 9,98 –7,96 298–1800
3CaO ∙ Al2О3 кр 851 808,4 49,1 62,2 4,58 –12,0 298–1800
12CaO ∙ 7Al2О3 кр 4640,1 4410 249,7 301 65,5 –55,3 298–1310
CaO ∙ 2Al2О3 кр 957,06 907,1 42,5 66,09 5,48 –17,8 298–1800
3CaO ∙ Al2О
2CaO ∙ Al2О
∙ 6Н2О кр 1326 1198,4 96,7 68,9 127 – –
3
∙ 8Н2О кр 1299,2 1151,5 106,4 68,3 153 – –
3
CaO ∙ Al2О3 ∙ 10Н2О кр 1271,4 1103,7 116,1 67,8 182 – –
4CaO ∙ Al2О3 ∙ 13Н2О кр 1988 1756,1 171,6 109 242 – –
4CaO ∙ Al2О3 ∙ 19Н2О кр 2411 2096,3 228 122 394 – –
CaO ∙ Al2О3∙ 6SiО2 кр 1907 – – – – – –
3CaO ∙ Al2О3 ∙ 2SiО2 кр 1329 – – – – – –
CaO ∙ Al2О3 ∙ 2SiО2
анортит
2CaO ∙ Al2О3 ∙ SiО
геленит
кр 1013,3 959,4 47,6 64,4 13,7 –16,8 (298–1700)
2
кр 957,1 909,6 50б1 63,7 8 –15,1 (298–1700)
CaO ∙ Al2О3 ∙ 2SiО2 ст 996,2 56,6 – – – – –
50