методичка по Химии

вращается в твердое тело, обладающее механической прочностью. Превращение это происходит не сразу, а постепенно. Сначала пластичная масса уплотняется и густеет, что является началом схватывания. В дальнейшем масса уплотняется, теряет свою пластичность и постепенно превращается в твердое тело, не обладающее сначала заметной прочностью. Этот момент отвечает концу схватывания. Схватывание является начальной стадией процесса твердения.

Согласно Ле-Шателье, подробно изучившему процесс твердения гипса, гидратация имеет кристаллизационный механизм и протекает через стадию растворения полуводного гипса до образования им насыщенного раствора. Растворимость полуводного гипса составляет около 10 г/л, считая на CaSO4. Полугидрат, вследствие гидратации, переходит в двугидрат, растворимость которого составляет всего 2 г/л CaSO4. Раствор, насыщенный по отношению к полуводному гипсу, оказывается пересыщенным по отношению к образующемуся двуводному гипсу.

Вследствие этого, последний выделяется из раствора в виде кристаллов. Получившееся обеднение раствора сульфатом кальция дает возможность раствориться новой порции полуводного гипса до образования насыщенного раствора, из которого вновь будут выделяться кристаллы двуводного гипса. Этот процесс продолжается до полной гидратации и кристаллизации всего полуводного гипса.

Академик Байков А.А. показал, что при твердении полуводного гипса кроме процессов растворения и кристаллизации, имеет значение процесс коллоидизации. Образующийся двуводный гипс первоначально выделяется в коллоидном состоянии: отдельные частички гипса не связаны между собой и отделены гидратной оболочкой. Это обуславливает пластичность затворенного водой вяжущего вещества. Выделившийся в коллоидном состоянии двугидрат с течением времени подвергается кристаллизации, сначала с образованием отдельных кристаллов. Впоследствии кристаллы CaSO4 · 2H2O увеличиваются в размере. По мере уменьшения за счет испарения количества механически примешанной воды, кристаллы постепенно срастаются в единый, камневидный сросток. Процесс твердения, в отличие от гидратации, продолжается значительно дольше и заканчивается примерно на седьмые сутки, когда твердость гипса достигает наибольшей величины и в дальнейшем почти не изменяется.

Строительный и формовочный гипсы отличаются водопотребностью, что является их отрицательным свойством. Для получения теста нормальной густоты требуется 60-80% воды от всего гипса. На реакцию гидратации при его твердении теоретически необходимо только 18,6% воды. Избыточное количество ее приводит к увеличению пористости, которая после высыхания составляет 50-60% общего объема затвердевшего гипса. Для ускорения удаления избыточной воды гипсовые изделия подвергается сушке. Так как гидратация сульфата кальция представляет собой обратимый процесс, то операцию высушивания изделий надо проводить осторожно, при температуре не

111

выше 60-700С. Иначе, согласно принципу Ле-Шателье, с повышением температуры более 700С, равновесие реакции (7) будет сдвигаться в сторону дегидратации (получения) исходного полуводного сульфата кальция, что уменьшает прочность изделия.

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

При выполнении работы используют прибор (см. рис.), состоящий из сосуда Дюара (1), используемого в качестве калориметра. Изменение температуры определяется с помощью термометра. Для удобства выполнения работы на дно сосуда Дюара помещается подставка (8). Для предотвращения врастания термометра в массу твердого гипса, хвостовая часть его смазывается вазелином.

1 – сосуд Дюара;

2 – гипс – алебастр;

3 – термометр;

4 – крышка;

5 – внешний короб;

6 – пластмассовый стаканчик;

7 – подставка.

Рис. Схема лабораторного калориметра

На технических весах взвешивается 20 г технического гипса-алебастра, и мензуркой отмеряется 20 мл дистиллированной воды. В стаканчик помещается 20 г алебастра и 20 мл воды. Смесь гипса с водой тщательно перемешивается в течение 1 минуты, затем стаканчик ставится на подставку в сосуде Дюара. Нижняя часть термометра с ртутью погружается в гипсовую смесь и через 2 минуты проводится измерение температуры. При этом крышка (4), через которую проходит термометр, плотно закрыта. При работе с термометром соблюдайте осторожность. Изменение температуры производят до тех пор, пока температура не будет изменяться. Результаты измерения заносят в таблицу.

Последние два измерения должны быть при постоянной температуре.

112

Таблица

По результатам наблюдения необходимо построить график зависимости температуры от времени. Полученную кривую разбить на характерные участки и письменно объяснить, какие процессы протекают на каждом из них.

По максимальному изменению температуры рассчитать количество тепла Q, выделившегося в ходе реакции (6) по формуле

t0, t – начальная, конечная температуры соответственно.

Ввиду того, что сосуд Дюара предотвращает в значительной степени потерю тепла в окружающее пространство, продолжительность опыта небольшая, разность температур в калориметре и в окружающем пространстве невелика. Потерями тепла можно пренебречь.

Рассчитать практический тепловой эффект q = Q / P,

где Р – навеска алебастра, г.

Сравнить практический тепловой эффект с теоретическим тепловым эффектом реакции (7).

ЛИТЕРАТУРА

1.Курс химии, часть 2, под ред. В.А. Киреева. – М.: Высшая школа, 1968. – 246 с.

2.Шалимо М.А. Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. – Мн.: Высшая школа, 1986. – 200с., ил.

113

Анатолий Григорьевич Мохов

Елена Витальевна Михалева Алла Васильевна Саблина

Химия

С Б О Р Н И К

лабораторных работ

с методическими указаниями

для студентов дневной и заочной форм обучения всех специальностей

Издание второе, дополненное и исправленное

Редактор C.В. Пилюгина

620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, УрГУПС

Редакционно-издательский отдел

__________________________________________________________________

114