Лабораторна робота № 4

Гідравлічні в’яжучі речовини

Ціль : з’ясувати залежність марки цементу від хімічних властивостей складових цементного клінкеру, закріпити вміння складати рівняння хімічних реакцій гідролізу та гідратації цементу при зачиненні водой та навички роботи з хімічним обладнанням, реактивами.

Обладнання та реактиви: 2-3 зразки цементів, дистильована вода, універсальний папірець, 4-6 колб плоскодонних, лійка, 2-3 скляних палички.

Техніка безпеки : правила роботи зі склом, перемішування, приготування фільтру, фільтрування.

До гідравлічних належать в’яжучі речовини, які після змішування з водою початкового твердіння на повітрі можуть в подальшому твердіти й під водою і продукти твердіння яких здатні тривало зберігати свою міцність у воді.

До гідравлічних в’яжучих належать :

 Портландський цемент, сировиною для якого служать породи, які складаються з карбонату кальцію та силікатів алюмінію

( СаСО₃хAl₂O₃ySiO₂zH₂O = 3  1 ) ;

 Глиноземний цемент, сировиною для якого служать боксити та вапняки

( Al₂O₃xH₂O + CaCO_{3 )} .

При випалу сировинної суміші до спікання, одержують цементний клінкер – суміш штучно одержаних мінералів. Клінкер розмелюють в порошок, в процесі помелу вводять коректуючи домішки. Одержана порошкоподібна суміш називається цементом. При зачиненні цементу водою протікають реакції гідролізу та гідратації :

3CaOSiO₂(n+1)H₂O = Ca(OH)₂ + 2CaOSiO₂nH₂O

2CaOSiO₂ + nH₂O = 2CaOSiO₂nH₂O

3CaOAl₂O₃ + 6H₂O = 3CaOAl₂O₃6H₂O

4CaOAl₂O₃Fe₂O₃ + (6+p)H₂O = 3CaOAl₂O₃6H₂O + CaOFe₂O₃pH₂O

ДОСЛІД. Визначення реакції водяної витяжки портландцементу.

Зразки аналізуємих цементів біля 3г внесіть в пробірки і залийте 10-15 мл дистильованої води. Енергійно струсуйте вміст пробірок на протязі 5-10 хвилин і визначте візуально розчинність цементу в воді. Відфілотруйте розчини і за допомогою універсального папірця визначте рН водяної витяжки. Результати занесіть в журнал.

На підстві одержаних даних зробіть висновок про залежність величини рН від марки цементу.

Контрольні запитання:

1. Які речовини називаються в’яжучими?

2. Що таке цементний клінкер?

3. Які в’яжучі належать до гідравлічних?

4. Що є показником якості цементу?

5. Від чого залежить марка цементу?

Лабораторна робота № 5

Твердість води

Ціль : на практиці познайомитися з якостями води, що впливають на якість розчинів у техніці та побуті, закріпити вміння складати рівняння хімічних процесів визначення та усунення твердісті води, навички роботи з хімічним посудом та розчинами речовин, використати на практиці теоретичні знання

Обладнання та реактиви : 2 конічні колби, піпетка на 100мл, 3 бюретки з розчинами : 0.1н хлоридної кислоти, 0.05 н трилону Б, буферного розчина, індикатори : метиловий оранжевий, хромоген чорний або еріохром чорний, груша медична.

Техніка безпеки: правила роботи з хімічним посудом, з реактивами.

Твердість води – сукупність властивостей, обумовлених вмістом у воді катіонів Са⁺² та Мg⁺² . Воду, в складі якої вміщено дагато іонів Са⁺² та Мg⁺² , Sr⁺² , Fe⁺² називають твердою. Тверда вода шкідлива для металевих конструкцій, трубопроводів, теплообмінників, парових котлів, погіршує якість тканин при прасуванні, губить смак чаю, та харчових продуктів і т.п.

Катіони кальцію Са⁺² обумовлюють кальцієвую твердість, вона спостерігається головним чином в прісноводних водойомищах, катіони магнію Мg⁺² – магнієвую твердість, яка характерна для морської води.

Сумарна концентрація в воді катіонів Са⁺² та Мg⁺² дає загальну твердість.

Одиницею вимірювання твердості є число міліеквівалентів ( мекв ) іонів Са⁺² та Мg⁺² вміщених в одному літрі води : [ Ж ] = мекв/л.

1 мекв/л відповідає вмісту 20,04 мг/л Са⁺² або 12,5 мг/л Са⁺² та Мg⁺² . Загальна твердість дорівнює :

Ж_заг = Ж( Са⁺² ) + Ж( Мg⁺² ) (5.1)

За величиною твердості природну воду розрізняють :

Ж  1.5 мекв/л – дуже м’яка;

Ж = 1.5 – 4 мекв/л – м’яка;

Ж = 4 – 8 мекв/л – середньої твердості;

Ж =8 – 12 мекв/л – тверда;

Ж  12 мекв/л – дуже тверда.

Аніонний склад води обумовлює вид твердості. Розрізняють карбонатну ( тимчасову ) і некарбонатну ( постійну ) твердість води. Карбонатною називається твердість, яка вмкликана присутністю тієї частини катіонів Са⁺² та Мg⁺² , яка еквівалентна вмісту в воді гідрокарбонатних іонів НСО₃^ . При кипінні ці солі руйнуються з утворенням важкорозчинних карбонатів і вилучаються з води :

Са⁺² + 2НСО₃^  СаСО₃  + Н ₂О + СО₂

Мg⁺² + 2НСО₃^  МgСО₃  + Н₂О + СО₂

При рН  10.3 катіони магнію осаджуються у вигляді основного карбонату або гідроксиду :

Мg⁺² + 2НСО₃^  ( МgОН )₂СО₃ + Н₂О + СО₂ 

НСО₃^ + Н₂О  Н₂СО₃ + ОН^

Мg⁺² + 2ОН = Мg( ОН )₂

Твердість, яка залишається після кипіння води називається некарбонатною або постійною.

Постійна твердість визначається вмістом в воді, головним чином, сульфатів або хлоридів кальцію і магнію.

Вилучення солей з води, яке називається водопом’якшенням , входить в систему водопідготовки – обробки природної води, яка використовується для живлення парових котлів або різних технологічних процесів. Для водозм’якшення застосовують методи осадження та іонного обміну. Осадження іонів кальцію і магнію у вигляді малорозчинних сполук здійснюється шляхом введення в воду відповідних реагентів, кількість яких визначається розрахунком по заздалегідь відомій твердості води.

Величина твердості води визначається методом титрування в основі якого лежить закон еквівалентів :

V₁ C _{н (1)} = V₂ C _{н (2)} (5.2)

Враховуючи, що твердість вимірюється в мекв/л , рівняння (5.2) приймає вигляд :

Ж = С_н  V  1000 / V(Н₂О) (мекв/л) (5.3)

де С_н - нормальність титрованого розчину реагенту;

V - обєм розчину реагенту, який пішов на титрування, см³ ;

V (Н₂ О) - обєм проби води, см³.

ДОСЛІД 1. Визначення карбонатної твердості води.

В конічну колбу вміщенням 250-300 мл налийте воду з крана водопроводу. Занурити у колбу піпетку вміщенням 100 мл і заповнити її до мітки по нижньомуменіску, засмоктуючи воду медичною грушею. Воду з піпетки злийте в другу конічну колбу і добавте 1-3 краплі індикатора метилового оранжевого: вода зафарбується в жовтий колір.

Наповніть бюретку до нульової відмітки по нижньому меніску 0.1 н розчином хлоридної кислоти і підставте під неї конічну колбу з водою та розчином індикатора. З бюретки по краплям виливайте кислоту до тих пір, доки колір не стане помаранчовим. Запишіть об’єм витраченої хлоридної кислоти з точністю до  0.05 мл. Вдруге проведіть титрування з новою порцією води. Розходження в об’ємах витраченої хлоридної кислоти між двома титруваннями не повинно перевищувати  0,05 мл.

Дані занесіть до табл.:

	Номер досліду
	1	2
Взято води, мл V( Н2О)	100	100
Витрачено НСl на титрування, мл V(НCl ) Середній об’єм НСl , Vс (НС1) Карбонатна твердість, мекв/л Жкарб

Оскільки реакції протікають між еквівалентними кількостями речовин, то 1 мл 0,1 н розчину НС1 вмішує 0.1 / 1000 г-екв НС1 і таку ж кількість іонів Са⁺² . При титруванні було витрачено Vмл НС1, отже 0,1 *V (НС1 ) = мекв Са⁺² (якщо нормальність НС1 не точно дорівнює 0,1, то слід взяти істинне значення нормальності). Оскільки твердість відносять до 1000 мл води, то знайдене вище число мекв Са⁺² слід поділити на об’єм води та помножити на 1000.

За величиною твердості визначте до якого типу слід віднести аналізуєму воду.

ДОСЛІД 2 . Визначення загальної твердості води

Краще всього загальну твердість води визначити комплексонометричним методом. Суть його заснована на здатності двозаміщеної солі натрію етілендіамінтетраоцтової кислоти ( комплексон ) – трилон Б:

НООСН₂С СН₂СООН

N – СН₂ – СН₂ - N

NаООСН₂С СН₂СООNа

( або скорочено Nа₂С₁₀Н₁₄О₈N₂ ) утворювати з солями кальцію та магнію малодисоційовані комплексні сполуки(можна використовувати дігідрат комплексона  ). З цієї сполуки готують титрований розчин. Титрування ведуть за допомогою індикаторів, які відносяться до класу оксинітрофарбників. Частіше всього використовують хромоген чорний

( ЄТ-ОС ) та еріохром чорний ( Т ). В еквівалентній точці при титруванні перший змінює фіолетово-червоний колір на блакитний, а другий – червоний на синій. Титрування ведуть при рН = 9 , добавляючи буферний розчин.

Відберіть в конічну колбу піпеткою 100 мл води, добавте 5 мл буферного розчину ( NН₃ + NН₄⁺ ) і 3-5 крапель розчину індикатора. Титруйте з бюретки 0,05 н розчином трилону Б до зміни кольру індикатора.

Розрахунок ведеться по формулі, яка наведена в досліді 1. але в ній використовується нормальність та об’єм витраченого на титрування розчину трилону Б. По обсягу загальної твердості, визначте до якого типу треба віднести даний зразок води.

Знаючи загальну і карбонатну твердість води, обчисліть постійну твердість води .

Дані занесіть до табл.:

	Номер досліду
	1		2
Взято води, мл V( Н2О)	100	100
Витрачено трилону Б на титрування, мл V(трилон Б ) Середній об’єм трилону Б , мл Vс (трилон Б) Карбонатна твердість, мекв/л Жзаг

Контрольні запитання:

1. Що називається твердістю води?

2. Які види твердості існують?

3. Як ви розумієте термін “загальна твердість води”?

4. Що є одиницею вимірювання твердості води?

5. Яким чином пом’якшують воду у побуті, на підприємстві?

6. Які методи визначення твердості води використовували на занятті?

7. Наявністю яких солей в воді обумовлена карбонатна та постійна твердість?

ДОДАТОК А.

Рис.1 ЗРАЗОК ТИТУЛЬНОГО ЛИСТА ЗВІТУ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Журнал лабораторних робіт (звіти) Б-11. 008.5.06010101.Л.Р. Керівник викладач Іваннікова Л.О. Виконавець студент(ка) Плахотнюк В. 2010

Титульний лист виконується за ГОСТ 2. 105 – 95 на листах формата А4 (дивись вище) чорним коліром. Відступи (рамка) мають розміри : 20х5х5х5.

Рис.2 ЗРАЗОК ПЕРШОГО ЛИСТА ЗВІТУ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Технологічний звіт 008.5.06010101.001.Л.Р. Корозія металів Мета :……………………………….. Устаткування та матеріали: ……………………………… Зміст роботи: Результати вимірювань та розрахунків:………………………………….. Висновки :………………………………………………………….. ……………………………………………. Б-11 Плахотнюк підпис дата Лист Іваннікова 1

Рис. 3 ЗРАЗОК ДРУГОГО (та інших) ЛИСТА ЗВІТУ ЦІЄЇ Ж ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ ЗА ДАНОЮ ТЕМОЮ

		008.5.06010101.001.Л.Р.
			Лист
			2

Формат рамки : 20х5х5х5

Кожному звітному документу присвоюється позначення. Згідно до ГОСТу 2.202-80 позначки конструкторського документа повинні мати структури :

ХХХ – (перша група) – код предмета ( «хімії» - 008)

Х.ХХХХХХХХ – (друга група) – код спеціальності (допускається ставити нулі) – для груп

« Будівництво і експлуатація будівель та споруд» - 5.06010101

ХХХ – (третя група) – порядковий номер роботи, наприклад для лабораторної роботи №1 шифр має вигляд: 001.Л.Р.

Наприклад , для групи Б – 11 : 008.5.06010101.001.Л.Р.

Рис.4 .

Розміри граф та колонок наведені у таблиці :

20 5 }10 50 }10 }5 10 25 15 10 лист5{ }5 10{ листів група прізвище5{ підпис дата 5 5