01.Лечебное дело / Общая химия / Литература / МУРОМЦЕВА ПРАКТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

каких условиях золь переходит в гель. Объясните, почему формула кремниевой кислоты H2SiO3 является условной, каков действительный состав геля.

Опыт 2. Сравнение силы угольной и кремневой кислот

Оборудование и реактивы: аппарат Киппа, раствор силиката натрия.

В пробирку налейте 6–8 капель раствора силиката натрия. Используя аппарат Киппа, пропустите через раствор углекислый газ. Отметьте происходящие изменения. Напишите уравнения реакции. Приведите значения констант диссоциации кремневой и угольной кислот, сравните силу кислот.

Опыт 3. Гидролиз стекла

Реактивы: измельченное стекло, раствор фенолфталеина.

В пробирку на кончике микрошпателя внесите измельченное стекло, добавьте 10–12 капель дистиллированной воды и 1–2 капли фенофталеина. Пробирку с содержимым нагрейте. Отметьте окраску индикатора, укажите реакцию среды, какой оксид вступает в реакцию. Напишите уравнение реакции гидролиза в ионно-молекулярной и молекулярной формах, учитывая, что реакция протекает преимущественно по первой ступени.

Опыт 4. Получение труднорастворимых солей кремниевой кислоты

Реактивы: растворы солей металлов.

Налить в пробирки по 5 см3 растворов солей кальция, свинца, меди и добавить в каждую по 5 см3 раствора силиката натрия. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионно-молекулярной формах, отметьте цвет осадка. На основании таблицы растворимости сделайте общий вывод о растворимости силикатов в воде

Лабораторная работа № 8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОСТИ КАЛЬЦИЕВОЙ ИЗВЕСТИ

Цель занятия: познакомиться с понятием «активность» строительной извести и научиться определять ее методом титрования.

8.1. Теоретические сведения

Широкое применение в строительстве находят вяжущие вещества.

К неорганическим вяжущим веществам относят материалы, способные при смешивании с водой образовывать пластично-вязкую массу, ко-

71

торая постепенно затвердевает, превращаясь в прочное камневидное тело. По условиям твердения и водостойкости продуктов твердения вяжущие вещества разделяются на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие после замешивания с водой твердеют на воздухе и продукты твердения их недостаточно стойки по отношению к воде. К воздушным вяжущим принадлежат воздушная известь, гипсовые вяжущие и др.

К гидравлическим относят вяжущие вещества, которые после замешивания с водой и начального твердения на воздухе могут в дальнейшем твердеть и под водой, и продукты твердения которых способны длительно сохранять свою прочность в воде, к ним относятся гидравлическая известь, портландский цемент, пуццолановый цемент и другие.

Твердение вяжущих веществ происходит в результате физико-хими- ческих процессов, специфичных для каждого вяжущего.

Вяжущие вещества, полученные на основе извести, содержат в своем составе оксиды кальция и магния, также силикаты и алюминаты. Для воздушной извести характерно преобладание оксидов кальция и магния (до 90–95 %). Гидравлическая известь содержит в основном силикаты и алюминаты (до 70–80 %) и лишь в незначительном количестве оксиды кальция и магния.

8.1.1. Воздушная известь

Воздушную известь получают обжигом главным образом известняка с малым содержанием глины (до 8 %) при 1100–1300 °С в шахтных или вращающихся обжиговых печах. При этом карбонаты, входящие в состав породы, разлагаются, например:

СаСО3 = СаО + СО2.

В соответствии с ГОСТ 9179-77 воздушную известь в зависимости от содержания примеси МgО классифицируют:

●на кальциевую (MgO менее 5 %);

●магнезиальную (MgO от 5 до 20 %);

●доломитовую (Mg от 20 до 40 %).

В зависимости от способа обработки обожженного продукта получают негашеную комовую (кипелка), негашеную молотую и гашеную (гидратную) известь, или пушонку, а также известковое тесто.

Негашеная комовая известь представляет собой смесь кусков различной величины, образующихся после грубого помола продукта обжига. По химическому составу она состоит из СаО и MgO с небольшой примесью неразложившегося при обжиге СаСО3, а также из силикатов, алюминатов и ферратов кальция.

72

Негашеная молотая известь – продукт тонкого помола комовой извести.

Гашеная известь – высокодисперсный сухой порошок, получаемый взаимодействием комовой или молотой негашеной извести с небольшим количеством воды или пара (гашением); состоит преимущественно из Са(ОН)2 и Mg(OH)2 с примесью СаСО3. При гашении известь большим количеством воды образуется пластичная тестообразная масса, так называемое известковое тесто.

По скорости гашения различают быстрогасящуюся (длительность процесса не более 8 мин), среднегасящуюся (не более 25 мин) и медленногасящуюся известь (более 25 мин). За скорость гашения принимается время от момента смешивания порошка извести с водой до момента достижения максимальной температуры смеси.

Твердение воздушной известь происходит в результате испарения воды и кристаллизации Са(ОН)2 из насыщенного водного раствора, а также при взаимодействии с СО2 воздуха с образованием кристаллов СаСО3.

Качество воздушной извести оцениваются по разным показателям, основным из которых является активность.

Активность воздушной извести как вяжущего материала определяется общим содержанием оксидов Са и Mg. Чем выше их содержание, тем выше качество извести (табл. 8.1). Наибольшей активностью обладает кальциевая известь, содержащая 93–97 % оксидов.

Таблица 8.1

Классификация извести

К молотой негашѐной извести предъявляются требования не только по суммарному содержанию свободных оксидов кальция и магния, но и по тонкости измельчения.

Основным показателем гидратной извести, а также известкового теста является содержание в них активных оксидов кальция и магния.

По этому признаку виды извести делятся на два сорта:

•1-го – 67 %;

•2-го – 60 %.

(Процентно-минимально допустимое содержание активных СаО и MgO).

73

В молотую негашѐную известь, а также в гидратную известь допускается вводить тонкоизмельчѐнные минеральные добавки в таком количестве, чтобы содержание СаО+ MgO в кальциевой негашѐной извести 1-го сорта было не менее 65 %, а 2-го сорта – 55 %.

При введении тех же добавок в гидратную известь активность должна быть не менее 50 % (1-й сорт) и 40 % (2-й сорт).

Влажность гидратной извести не должна быть более 5 %.

Воздушная известь 1-го сорта без добавок с Государственным знаком качества должна отвечать дополнительным требованиям, в частности, коэффициент вариации по содержанию активных СаО и MgO не должен быть более 3 %. Содержание же активных СаО и MgO в гидратной извести должно быть не менее 70 %, а влажность должна быть не более 4 %.

Высококачественные сорта извести («жирная известь») характеризуются большим выходом известкового теста (больше 3,5 л на 1 кг негашеной известь); чем выше выход теста, тем оно пластичнее и может принять большее количество песка при приготовлении строительных растворов. Известь с низким выходом известкового теста называется «тощей».

Гашеная известь – находит самое широкое применение: при побелке помещений, для приготовления известкового строительного раствора, для приготовления силикатного бетона и пр. Негашеная известь – применяется в строительстве в качестве известкового цемента, а также в качестве огнеупорного материала. Хлорная известь – относится к смешанным солям, широко используется для отбеливания и дезинфекции. Натровая известь – смесь едкого натра и гашеной извести, применяется для нейтрализации углекислого газа, а также для искусственной анестезии в медицине. В смеси с красителями известь используется в качестве декоративного материала.

8.1.2. Гидравлическая известь

Гидравлическая известь – тонкомолотый порошок, получаемый обжигом при 900–1100 °С мергелистых известняков, содержащих 6–20 % глинистых и тонкодисперсных песчаных примесей. Образующиеся при этом силикаты (2CaO·SiO2), алюминаты (CaO·Al2O3·5CaO), и ферраты (2CaO·Fe2O3) кальция придают этой известь способность длительно сохранять прочность в воде после предварительного твердения на воздухе.

По содержанию свободных оксидов Са и Mg гидравлическую известь подразделяют на слабогидравлическую (15–60 % оксидов) и сильногид-

равлическую (1–15 %). Гидравлическая известь, в отличие от воздушной, характеризуется большей прочностью при меньшей пластичности.

74

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое минеральные неорганические вяжущие вещества?

2.Из каких пород получают известь?

3. Какие вяжущие относятся к воздушным, к гидравлическим?

4.Какое различие по химическому составу между воздушной и гидравлической известью?

5.Что является сырьем для производства воздушной и гидравлической извести?

6.Как осуществляется обжиг воздушной извести? Запишите уравнения.

7.Как осуществляется гашение воздушной извести?

8.Рассчитайте тепловой эффект процесса гашения. От чего зависит

направление процесса?

9. Что такое скорость гашения и как классифицируют известь в зависимости от скорости гашения?

10. Твердение воздушной извести.

11. От чего зависит активность извести?

12.Как классифицируется известь, согласно ГОСТ 22688-87?

13.Как происходит: а) гидратация извести; б) карбонизация гашеной извести; в) гидросиликатное твердение гашеной извести? Составьте уравнения реакций.

14.Где применяется воздушная и гидравлическая извести?

8.2. Экспериментальная часть

Опыт № 1. Определение суммарного содержания активных оксидов кальция и магния в кальциевой извести

Получите у преподавателя навеску строительной извести. Поместите ее в коническую колбу и растворите в 30 мл раствора соляной кислоты. При необходимости раствор нагрейте в течение 2–3 мин, но не кипятите.

Охладите раствор до комнатной температуры, добавьте 2–3 капли фенолфталеина и оттитруйте избыток кислоты раствором щелочи до бледно-розовой окраски, не исчезающей в течение 2 мин (см. рис. 3.1).

По разности уровней жидкости в бюретке до титрования и после титрования рассчитайте объем щелочи, пошедшей на титрование избытка кислоты.

75

Вычислите объем кислоты V1, см3, прореагировавшей с оксидами, по формуле

где V2 – объем щелочи, пошедшей на титрование избытка кислоты, см3;

1 – эквивалентная концентрация гидроксида натрия, моль/дм3;

сNaOH

1

30– объем кислоты взятой для растворения навески извести, см3. Вычислите титр соляной кислоты, г/см3:

Вычислите весовое количество соляной кислоты m1, прореагировавшей с оксидами кальция и магния:

m1 V1 T1.

Вычислите массовое количество оксида кальция m2, прореагировавшего с соляной кислотой, согласно закону эквивалентов:

где m2 – масса CaO в известняке, г; m – навеска строительной извести, г. Сделать вывод о качестве извести, согласно ГОСТ 22688-87.

76

Лабораторная работа № 9 ПЛАСТМАССЫ

Цель работы: изучение классификации, свойств, структуры и областей применения пластмасс.

9.1. Теоретические сведения

Пластическими массами, или пластмассами, называют материалы на основе природных или синтетических полимеров, способных при на-

греве размягчаться и под давлением принимать заданную форму и устойчиво сохранять ее после охлаждения.

Простые пластмассы состоят из одних полимеров (без добавок). Сложные пластмассы помимо полимеров включают добавки: наполните-

ли, пластификаторы, красители, отвердители, катализаторы и т.д.

Наполнители в пластмассы вводят в количестве от 40 до 70 % для повышения твердости, прочности, жесткости, а также для придания особых специфических свойств, например, фрикционных, антифрикционных и снижения их стоимости. Наполнителями могут быть ткани, а также порошковые, волокнистые вещества.

Пластификаторы (стеарин, олеиновая кислота, дибутилфталат) повышают эластичность, пластичность и облегчают обработку пластмасс. Их содержание колеблется в пределах от 10 до 20 %.

Отвердители (амины) и катализаторы (перекисные соединения) в количестве нескольких процентов вводят в пластмассы для отвердения, т.е. создания межмолекулярных связей и встраивания молекул отвердителя в общую молекулярную сетку.

Красители (минеральные пигменты, спиртовые растворы органических красок) придают пластмассам определенную окраску. Состав компонентов, их сочетание и количественное соотношение позволяют изменять свойства пластмасс в широких пределах.

При переработке, а также в процессе эксплуатации изделий из полимеров происходит постепенное их разрушение – деструкция. Процесс деструкции необратим и протекает с разрывом химических связей основной макромолекулярной цепи. Деструкция полимеров бывает: хи- мической (под влиянием химических реагентов); термической – протекает при нагревании полимеров, и в значительной степени зависит от их химического строения; фотохимическая деструкция – действие света; радиационная деструкция происходит под влиянием нейтронов, а также α-, β-, γ-излучения; механическая деструкция происходит под действием механических напряжений, это один из часто встречающихся видов деструкции полимеров.

77

Основным компонентом пластмасс, обеспечивающим работу всей композиции как единого целого, являются полимерные материалы, или полимеры, которые получают путем синтеза низкомолекулярных веществ методами полимеризации или поликонденсации.

Полимеры классифицируют по различным признакам, основными из которых являются: состав и структура макромолекул, полярность, отношение к нагреву (табл. 9.1).

Взависимости от химического состава, строения макромолекул, надмолекулярной структуры полимеры по электрическим и физическим свойствам могут быть полярными и неполярными.

Вмакромолекулах неполярных полимеров центры тяжести разноименных зарядов совпадают. У полярной макромолекулы центр тяжести электронов сдвинут в сторону более электроотрицательного атома и центры тяжести разноименных атомов не совпадают. Неполярные полимеры имеют симметричное расположение функциональных групп и

78

Полярные полимеры обладают повышенной жесткостью и теплостойкостью, высокой адгезионной способностью, пониженной морозостойкостью.

Неполярные – являются высококачественными и высокочастот-

ными диэлектриками. Их свойства мало изменяются при понижении температуры. Они отличаются высокой морозостойкостью.

По отношению к нагреву полимеры могут быть термопластичными (термопласты) и термореактивными (реактопласты).

Термопластичные материалы обладают линейной или разветвленной структурой макромолекул. При нагревании они размягчаются и затем при определенной температуре переходят в вязкотекучее состояние. Охлаждение вызывает затвердевание полимера. Никаких химических реакций при этом не происходит. Процесс «размягчение – затвердевание» полностью обратим, и может протекать многократно.

Макромолекулы термореактивных полимеров в начальной стадии обладают линейной структурой. Полимер при нагревании легко переходит в вязкотекучее состояние. Выдержка при повышенной температуре приводит к развитию химических реакций, в результате которых макромолекулы приобретают пространственную структуру, и материал необратимо затвердевает.

9.1.1. Наполнители и добавки

Состав компонентов, их сочетание и количественное соотношение позволяют изменять свойства пластмасс в широких пределах. Наполнители придают изделиям на основе полимерных материалов высокую прочность, химическую стойкость, теплостойкость, улучшают диэлектрические качества, снижают (повышают) плотность, повышают фрикционные (антифрикционные) свойства и т.д. Наполнители могут быть как органическими, так и неорганическими веществами (древесные опилки, молотый кварц, слюда, асбест, стеклянные волокна, бумага и т.д.).

По структуре наполнители бывают порошкообразными, волокни-

стыми, листовыми, газообразными (см. табл. 9.2).

Таблица 9.2

Классификация пластмасс по структуре наполнителя

79

К добавкам относят, например, стабилизаторы – химические соединения, противодействующие старению пластмасс (так называется явление, сопровождающееся разрушением молекулярных цепей на отдельные фрагменты); пластификаторы – вещества, повышающие пластичность полимерных материалов при их переработке; красители – вещества придающие пластмассе желаемый цвет по всему объему; катализаторы – ускорители отвердения термореактивных смол и т.д.

9.1.2. Свойства пластмасс и области их применения

В табл. 9.3 приведена классификация некоторых пластмасс по назначению с указанием наиболее характерных свойств. Классификация в значительной мере условна, так как одни и те же пластмассы могут входить в различные группы.

80