Nejlepsi_vypracovane_otazky PDF

Relativní atomová hmotnost Označení Ar bezrozměrné číslo, udává kolikrát je střední hmotnost atomu větší než atomová hmotnostní Ar = m / u jednotka Mr-relativní molekulová hmotnost u = atomová hmotnostní jednotka = 1.66*10-27 kg Uvedena v periodické tabulce prvků Látkové množství, Avog...

Relativní atomová hmotnost Označení Ar bezrozměrné číslo, udává kolikrát je střední hmotnost atomu větší než atomová hmotnostní Ar = m / u jednotka Mr-relativní molekulová hmotnost u = atomová hmotnostní jednotka = 1.66*10-27 kg Uvedena v periodické tabulce prvků Látkové množství, Avogadrova konstanta udává počet částic přítomných v daném množství 1 mol = přesně tolik částic, kolik je atomů v 12 g látky, jednotka mol 1 mol = 6.022*1023 částic Udává, kolikrát je počet částic větší než Avogadrova konstanta Avogadrova konstanta NA = 6.022*10^23 částic n = N/NA Molární hmotnost Udává hmotnost jednoho molu látky n = m/M Atom Základní stavební částice hmoty tvořen jádrem a elektronovým obalem,nejmenší nedělitelná částice, r = 10^-10 m jádro neutrony a protony, obal - elektrony jádro = 10^-15 m Atomové jádro Z = protonové číslo (počet protonů) A = nukleonové číslo (součet protonů + neutronů) N = Neutronové číslo (počet neutronů) Izotopy, vlastnosti jader, aktivita jader Různé nuklidy téhož prvku – liší se počtem neutronů Liší se pouze fyzikálními vlastnostmi (hmotnost), chemické vlastnosti jsou stejné Stabilita jader = známe 2000 nuklidů – 266 stabilních Nuklidy Z>= 84 jsou nestabilní Lehké nuklidy jsou stabilní Z = N Specifické hodnoty = magická čísla = stabilní nuklidy (2,8,20…) Dvojnásobná magická jádra – velice stabilní Aktivita jader = označení A Počet rozpadů za sekundu Jednotka Bq Radioaktivita, vlastnosti záření, Fajans-Soddyho zákony Nestabilní jádra se radioaktivně rozpadají => vede ke vzniku nových jader Dojde-li ke změně počtu protonů radioaktivní změnou, vznikne jádro jiného prvku. Alfa záření (α) – proud alfa částic – dochází k alfa rozpadu Beta záření (β) – proud elektronů - proud pozitronů Gama záření – elektromagnetické vlnění λ=10-1 - 10-4 nm - doprovází ho alfa a beta záření Fajans-Soddyho zákony Pronikavost radioaktivního záření Pro Al plech alfa = 0,02 mm beta = 3 mm gama = 1200 mm Pronikavost gama příklady (olovo -50 mm, beton 200 mm, vzduch – několik 100 m) Detekce radioaktivity = např. Scintilační detektor (záření způsobuje záblesky, které jsou detekovány) Použití ve stavebnictví Sledování toku podzemních vod (T2O) Sledování výztuže betonu, poškození kce Detektory kouře Kinetika radioaktivního rozpadu, poločas rozpadu N=N0*e-λt N = počet nerozpadnutých jader N0 = počáteční počet jader λ = rozpadová konstanta Poločas rozpadu t ½ = doba, za kterou se rozpadne polovina přítomných jader Po 10 poločasech se látka považuje za neaktivní Uhlík 14C Zjištění stáří organického materiálu Vzniká v atmosféře Poločas rozpadu 5730 let Lze určit materiál max. 50 000 let starý Optimální chyba metody je 1 % Radon Radioaktivní, vzácný plyn 8 valenčních elektronů Vzniká rozpadem uranu Zdroje: stavební materiály (dříve), půdní vzduch (zvětralé žulové podloží), podzemní voda Škodlivost: alfa zářič – při vdechnutí poškozuje plíce Ochrana: stanovení aktivity surovin pro výrobu materiálů, větrání (starší budovy), nové objekty – protiradonové zábrany (izolace, vzduchové mezery) Elektronový obal atomu, kvantová čísla Historické modely atomu – např. Bohr, Rutherford, Schrodinger (pravděpodobnost výskytu elektronu vlnovými funkcemi) Elektron Hmotná vlnová částice Existuje pouze ve stavech s určitou energií Energii může měnit pouze v určitých dávkách (kvantech) Orbital Prostor kde se na 100 % vyskytuje elektron Je jednoznačně určen – energií, orientací, prostorovým tvarem – tyto charakteristiky jsou dány hodnotami kvantových čísel Kvantová čísla 1.) Hlavní kvantové číslo n udává energii elektronu ve vrstvách (nabývá hodnot 1-7) 2.) Vedlejší kvantové číslo l udává tvar orbitalu, nabývá hodnot n – 1 3.) Magnetické kvantové číslo m Udává orientaci orbitalu v prostoru 4.) Spinové kvantové číslo ms Udává směr rotace elektronu Elektronová konfigurace – uspořádání elektronů v atomu Pauliho princip výlučnosti – v daném atomu nemohou existovat elektrony se čtyřmi stejnými kvantovými čísly Hundovo pravidlo – atom má nejmenší energii, jsou-li orbitaly se stejnou energií, obsazeny maximálním počtem nepárových elektronů Periodická tabulka prvků, periodický zákon Zákon: Vlastnosti prvků jsou periodicky závislé na jejich protonovém čísle. Periodická tabulka prvků Sestavil Mendělejev, předpověděl existenci prvků Uspořádání: Vodorovné = periody Číslo periody = hlavní kvantové číslo Svislé = skupiny Podle počtů valenčních elektronů 18 skupin (např. 18 – vzácné plyny) Elektronegativita Je míra schopnosti atomu vázané elektrony Lze dohledat v tabulce Nejvyšší elektronegativita = fluor Nejnižší elektronegativita = alkalické kovy Elektronová afinita Energie, která se uvolní při přijetí elektronu = anion Ionizační energie Elektron se může odtrhnout = kation Chemická vazba Kovalentní, iontová, kovová Pevnost vazby = daná vazebnou energií Délka = vzdálenost jader atomů vázaných chemickou vazbou Kovalentní vazba Pí = Překryv orbitalů mimo spojnici jader Sigma = Překryv orbitalů na spojnici jader Jednoduchá (sigma), dvojná (sigma + pí), trojná (sigma + dva pí) Nepolární vazba (elektronegativita < 0,4) Polární vazba (od 0,4 do 1,7) Iontová (elektronegativita > 1,7) Kovová vazba = kationty uspořádány těsně vedle sebe Chemická reakce Vede k reorganizaci atomů reaktantů za vzniku produktů Počty atomů a nábojů na obou stranách se musí rovnat Redoxní (přenos e-), acidobazické (přenos H+) Molekula Skupenství atomů nebo iontů vázané chemickými vazbami Představuje minimální množství dané látky, jenž vstupuje do chemické reakce Určuje fyzikální vlastnosti látky Srážková teorie, aktivovaný komplex Srážková teorie K reakci doje pouze: 1. Dojde ke srážce reagujících částic 2. Jestliže je srážka účinná -> vhodná prostorová orientace 3. Jestliže mají částice dostatečnou kinetickou energii k překonání aktivační energie. Aktivovaný komplex S přibližováním molekul se oslabují původní vazby v molekulách a začínají se vytvářet nové -> aktivovaný komplex -> stav, kdy zcela nezanikly staré vazby a zcela nevytvořily nové V dalším procesu se vazby původní zcela přeruší a vytvoří nové -> produkty reakce Reakční rychlost Udává množství látky, které se za časovou jednotku spotřebuje nebo vznikne Faktory ovlivňující reakční rychlost Charakter látek usporadani el. obalu difuze Koncentrace reagujících látek tlak vetsí- vetsi Čím větší koncentrace, tím větší pravděpodobnost účinných srážek pravdepodobnost srazky Velikost povrchu reagujících částic – u heterogenních reakcí Jemnější částice = větší povrch Teplota vyssi teplota - rychlejsí reakce a naopak Katalyzátory x inhibatory 1.) Ovlivňují rychlost chemické reakce 2.) Pozitivní (zvyšují rychlost reakce), Negativní (zpomalují rychlost reakce) 3.) Katalyzátory se účastní tvorby aktivovaného komplexu, kde snižují, respektive zvyšují aktivační energii Reakce heterogenní Probíhá mezi látkami v různých skupenstvích (fázích) Např: hydratace cementu, karbonace vápenné malta Chemická rovnováha Chemická rovnováha = dynamická rovnováha -> v soustavě neustále probíhají chemické děje, ale složení soustavy se nemění deje se rusi Guldberg-Waageúv zákon reakcní rychlost 0 K>1…V rovnovážné směsi je více produktů než výchozích látek K>106…Produktů je 106x více než reaktantů -> jednosměrná reakce K je jich stejně) Ovlivnění soustavy Změnou koncentrace (např tuhnutí malty – CaCO3 -> CaO + CO2) Změnou tlaku Změnou teploty Katalyzátory neovlivní rovnováhu, pouze rychlost Termochemie, reakční teplo, termochemické zákony Zabývá se tepelnými změnami při chemických dějích Teplo uvolněné nebo pohlcené při chemických dějích závisí na množství reagujících látek, na skupenství a na způsobu průběhu reakce Reakce exotermická – teplo se uvolňuje Reakce endotermická – teplo se spotřebovává Reakční teplo Teplo uvolněné nebo pohlcené soustavou v důsledku proběhnutí reakce Vyjadřuje se v kJ/mol -> molární reakční teplo Nebo na jednotku hmotnosti -> měrné reakční teplo Termochemické zákony První termochemický zákon (Lavoisierův) Druhý termochemický zákon (Hessův) Disociace molekul, kyselin, zásad, disociační konstanta Disociace = děj, při kterém se látky štěpí na ionty Děj probíhá v roztocích nebo taveninách Voda = nejrozšířenější rozpouštědlo Kyselina Zásada Disociační konstanta KA – disociační konstanta kyseliny KB – disociační konstanta zásady Silné - KA, KB >10-2 Středně silné - (10-2 až 10-4) Slabé všechny molekuly se rozpustí na ionty Slabé elektrolyty = vytváří se rovnováha mezi disociovanými a nedisociovanými ionty NaCl ve vodě – princip Molekuly vody se svým parciálním nábojem přilepí na ionty v krystalické mřížce (kladnou částí na záporný iont, zápornou částí na kladný iont) a vytrhávají ionty z krystalické mřížky. Iont obalí hydratačním obalem. Disociace vody, definice pH Disociace vody = autoprotolýza pH Záporný dekadický logaritmus koncentrace vodíkových iontů pH = 7 neutrální, pH > 7 zásadité, pH < 7 kyselé pH měříme pH metrem univerzální zbarvení = barvy podle pH Kyselina, zásada Dle Arheina Kyselina = Kyseliny jsou látky schopné ve vodném prostředí odštěpit proton H+ Zásada = Zásady jsou látky schopné ve vodném prostředí odštěpit aniont OH- Dle Bronsteda Kyselina je donor protonu Zásada je akceptor protonu Při protolytické reakci se z kyseliny stane zásada a obráceně Lewis Kyselina je akceptorem elektronu Zásada je donorem elektronu Neutralizace Je to reakce, při níž reaguje kyselina se zásadou a vzniká příslušná sůl a voda Hydrolýza soli Rozkladná reakce, při které se spotřebovává voda Hydrolýza solí, příklady na FeCl3, Na2CO3 Vodný roztok soli odvozený od silné zásady a slabé kyseliny reaguje zásaditě Vodný roztok soli odvozený od silné kyseliny a slabé zásady reaguje kysele FeCl3 Roztok soli silné kyseliny a slabé zásady Na2CO3 Roztok soli slabé kyseliny a silné zásady Oxidace, redukce Reakce, při níž dochází ke změně oxidačního čísla prvku nebo iontu Oxidace a redukce probíhají vždy současně – elektron není schopen samostatné existence Oxidace Děj, při kterém se odevzdávají elektrony a tím se zvyšuje oxidační stupeň dané částice Redukce Děj, při kterém se přijímají elektrony a tím se snižuje oxidační stupeň dané částice Redukční činidlo Látka nebo částice, která předává elektrony jiné částici a tím jí redukuje - sama se přitom oxiduje Oxidační činidlo Látka nebo částice, která přijímá elektrony od jiné částice a tím jí oxiduje - sama se přitom redukuje Hoření je redukční reakce Plynné skupenství Stavová rovnice – p*Vm = R*T p = tlak, Vm = molární objem, R = molární plynová konstanta, T = absolutní teplota V ideálním plynu zanedbáváme vlastní objem částic a přitažlivé síly mezi nimi, v reálném to uvažujeme. Objem plynu je závislí na tlaku a teplotě Zvýšením tlaku nebo teploty ztrácí částice pohyblivost a plyn přechází do kapalného stavu * Zkapalňování plynů je omezeno teplotou Kapalné skupenství Mají tvar nádoby, ve které se nachází. Jsou málo stlačitelné. Vypařování v uzavřeném prostoru  dynamická rovnováha mezi (l) a (g) (1:1, nikam se ten plyn neodpaří) Vypařování do otevřeného prostoru  neustálé odvádění par Var Dodáním tepla se uvolní z (l) tolik molekul, že tenze par dosáhne vnějšího tlaku  kapalina přechází do (g) v celém objemu Tv = teplota varu Povrchové napětí Povrchové napětí  – vede k vytvoření co nejmenšího povrchu = koule Závisí na: Povaze kapalin (polární x nepolární) Teplotě (s rostoucí teplotou klesá) Kvalitě styčných fází Vypařování kapalin Fázové rozhraní Úhel smáčení  - udává zda kapalina pevnou látku smáčí  > 90 stupňů = kapalina pevnou látku nesmáčí (např Hg – sklo)  < 90 stupňů = kapalina pevnou látku smáčí (např voda – sklo) Nepolární kapalina = nízké  Polární kapalina = vysoké  Pevné skupenství Vyznačují se těsným uspořádáním částic Mají svůj tvar a jsou prakticky nestlačitelné Změny skupenství jsou málo závislé na okolním tlaku Amorfní látky Nemají pravidelné uspořádání na větší vzdálenost Krystalické látky Uspořádání stavebních částic do uspořádaných struktur Dělí se do 7 soustav (nejčastější trojklonná) Vnitřní struktura krystalů (iontová, atomová, kovová (kovy), molekulová, vrstvená) Krystalické modifikace 1. Polymorfie – látka, krystaluje ve více modifikacích 2. Alotropie – prvek krystaluje ve více modifikacích 3. Izomorfie – Je schopnost atomů dvou nebo více prvků či jejich skupin vzájemně se zastupovat ve strukturách krystalů -> tvorba směsných krystalů 4. Teplota tání – teplota, při které se částice rozkmitají natolik, že se překonají soudržné síly a látka přejde do kapalného stavu 5. Sublimace – přechod látky z pevného do plynného stavu (bez kapalné fáze). Plazma Ionizovaný plyn Čtvrté skupenství hmoty Atomy se ionizují na ionty a volné elektrony Fázové rovnováhy – Gibbsův zákon fází Fáze je homogenní část heterogenní soustavy, oddělená od ostatních fází ostrým fázovým rozhraním, na němž dochází k náhlé změně vlastností soustavy * Jednofázová soustava je homogenní Vícefázová soustava je heterogenní v+f=s+2 Povrchově aktivní látky = tenzidy = molekuly s jedním koncem polárním a druhým nepolárním Anionkativní Rozměrné organické anionty s dlouhým nepolárním řetězcem (mýdla) Kationaktivní Rozměrné organické kationty Neionogenní Ve vodě nedisociují Disperzní soustavy, rozdělení Disperzní prostředí + disperzní částice Disperzní prostředí Je spojité Disperzní podíl dispergovaná latka Oddělené částice; výjimkou jsou gely a pravé roztoky Dělí se podle velikosti částic -6 Hrubě disperzní – částice> 10-7 m Koloidně disperzní – částice 10-7 až 10-9 m Vysoce disperzní – částice vytvářejí obal na dispergovaných částicích Emulgátory (stabilizátory emulze) Micelární koloidy – mýdla a jiné detergenty Tuhé nerozpustné – umísťují se na fázovém rozhraní obou kapalin Koalescence o Zánik emulze o Odmísení kapalin tvořících emulzi Koloidní soustavy (disperze) Nepravé roztoky Kapalné disperzní prostředí Dispergovaný podíl tuhých látek - 10-9 až 10-7 m Nižší koncentrace disperzní fáze – soli Vysoká koncentrace disperzní fáze (částice se spojují) – gely Příprava Připravují se dispergačními metodami – mechanické míchání, ultrazvuk, elektrický výboj Zvýšení stability disperzí – přídavkem peptizátorů, stabilizátorů Lyofilní (hydrofilní) soustavy (dispenze) Vratné, homogenní, koloidní roztoky tvořeny makromolekulami dosahujícími velikosti koloidních castic Dělí se na: neostry preched mezi castici a prostredim 1. Molekulární koloidy Disperzní prostředí proniká mezi molekuly tuhé -> bobtnání a dále až do dispergovaného stavu Rozpouštění předchází bobtnání – disperzní prostředí proniká mezi molekuly tuhé až do dispergovaného stavu (oddělení jednotlivých molekul) Disperzní podíl tvoří – jednotlivé makromolekuly nebo shluky nízkomolekulárních částic Př: škrob, bílkoviny ve vodě 2. Micelární koloidy Tvoří je sloučeniny, které jsou v nízkých koncentracích rozpustné, ve vyšších koncentracích tvoří koloidní částice – micely Lyofobní (hydrofobní) soustavy (dispenze) Nevratné, heterogenní, koloidní soli Vznikají umělým dispergováním hmoty nebo srážecími reakcemi Disperzní podíl tvoří částice obsahující velký počet molekul Disperzní podíl je jen velmi málo rozpustný na pravý roztok Soustavy jsou nestálé, reagují na změnu podmínek, přídavkem elektrolytů – koagulují Gely Spojité disperzní prostředí a dispergovaná fáze Částice vytvářejí souvislou síťovou strukturu prostupující celým disperzním prostředím Vysušením lyogelu vzniká xerogel (odstranění disperzního prostředí) Má objem původního gelu a je velmi porézní Nevratné gely Vznikají spojením micel lyosolů Nikdy se nevrací do původního rosolovitého stavu Př: silikagel (vysoušedlo) Vratné gely Při vysoušení dochází ke změně objemu Xerogel lze převést zpět do rosolovitého stavu (při styku s kapalinou) = bobtnání Sušení a bobtnání lze mnohokrát opakovat beze změny vlastností gelu Pravé roztoky, rozpustnost látek, rovnice rozpustnosti, mísitelnost Opticky nerozpoznatelné disperzní částice (molekuly, ionty) Molekuly a ionty v kapalině o velikosti 1 g ve 100 g Omezeně rozpustné – rozpustnost 0.1–1 g ve 100 g Nerozpustné – rozpustnost s rostoucí koncentrací rozpouštěné látky klesá možnost odpařování rozpouštědla Osmotický tlak, Van´t Hoffova rovnice, osmóza Osmotický tlak π Přetlak, kterým je nutno působit na straně koncentrovanějšího roztoku, aby byl zastaven průtok rozpouštědla polopropustnou membránou do roztoku Van´t Hoffova rovnice π=(c2-c1)RT Osmóza Snaha o vyrovnání koncentrací v roztocích oddělených polopropustnou membránou Uhlík izotop 12 13 a radioakt. 14 el.negativita 2,5 V přírodě volný (samotné C) grafit (měkký) a diamant (tvrdý) s kovy vazan nepolarni kovalentni vazbou Vázaný ve sloučeninách (CO2, uhličitany) nejcasteji 4vazny Hlavní prvek v uhlí, ropa, zemní plyn technicky vyrábn ve forme koksu, aktivního uhli a pri spalovani Je všude v organických látkách org. latek ve forme saze Binární sloučeniny Uhlík tvoří binární sloučeniny s většinou prvků v PTP Karbid vápníku (CaC2) Vyrábí se endotermickou reakcí koksu a vápna Základní surovina pro výrobu acetylenu (ethyn C2H2) Následnou hydrolýzou vzniká vedlejší produkt -> hydroxid vápenatý karbidove vapno- do zdicich malt Oxid uhelnatý (CO) Vzniká oxidací uhlíku při nedostatku kyslíku Velmi jedovatý Tvoří s hemoglobinem velmi stabilní sloučeninu -> zamezuje přenášení kyslíku k orgánům Oxid uhličitý (napsat ho tam, je v otázce pod) Oxid uhličitý – vlastnosti, výskyt, fotosyntéza CO2 V atmosféře je uhlík vázán ve formě oxidu uhličitého Vzniká při dýchání, kvašení, hoření organických látek, spalování fosilních paliv Bezbarvý plyn, bez zápachu, rozpustný ve vodě Lze zkapalnit nebo převést do pevného stavu -> suchý led Je těžší než vzduch a nehoří -> hasící přístroje Fotosyntéza Kyselina uhličitá, soli kyseliny uhličité Kyselina uhličitá (H2CO3) Velmi slabá kyselina Vzniká rozpuštěním CO2 ve vodě. Soli kyseliny uhličité Uhličitany Málo rozpustné ve vodě V žáru se rozkládají na CO2 Např. výroba vápna (CaCO3 -> CaO + CO2) Hydrogenuhličitany HCO3- Dobře rozpustné ve vodě vyskytuji se v ruznych vodach Z vody je lze odstranit varem za tvorby příslušného uhličitanu tvorba vodního kamene Ve vodách jsou obsaženy v důsledku reakce podstata krasových jevu Křemík Po kyslíku druhý nejrozšířenější prvek v zemské kůře V přírodě se nikdy nevyskytuje jako volný (pouze ve sloučeninách SiO2) Vlastnosti Málo reaktivní polovodic V roztavené formě je mimořádně reaktivní Rozpouští se v roztocích alkalických hydroxidů Modrošedý lesk Převládající izotop 28Si, doprovází ho 29Si a 30Si (další nejsou stabilní) Ve většině sloučenin je vázán tetraedricky Sloučeniny křemíku SiC Binární sloučenina křemíku a uhlíku Vyznačuje se tvrdostí Oxid křemičitý (SiO2) v prirode beta kremen, ciry- kristal,zbarven oxidy kovu-ametyst, ruzenin, Nejrozšířenější sloučenina citrin, zahneda 1. Amorfní forma (skelné formy) odolny vuci vsem kyselinam krome HF 2. Krystalické (křemen) kys. tetrahydrogen kremicita polykremicite kys Silany – složení, použití kremicitany Sloučeniny křemíku s vodíkem Obecný vzorec SinH2n+2 Jsou to extrémně reaktivní bezbarvé plyny nebo kapaliny Použití Sanace vlhkého dřeva Sklo, sklářský kmen, složení, druhy skla Sklo je pevná amorfní, homogenní, z pravidla průhledná látka, s malou tepelnou vodivostí, vysokou nepropustností a odolností proti vodě, vzduchu a dalším látkám Základní surovinou pro výrobu je křemen (SiO2) - tzv. sklářský písek +další smsi Výroba tavenim vznikaji bublinky co2, eením se odstrani Druhy skla 1. Sodnovápenné sklo Lehce tavitelné, po ochlazení nemá pravidelné uspořádání Zpracovatelnost od 600*C 2. Křemenné sklo Vyrábí se z taveniny čistého SiO2 SKLENNA vlakna, cesky kristal Malá teplená roztažnost Chemicky odolné, propouští UV záření 3. Speciální skla Barevná skla (přidání barevných oxidů) Reflexní skla (potažené tenkou vrstvou kovu např. Au) 4. Vodní sklo (viz. Otázka) Vodní sklo Koloidní vodný roztok Na2SiO3 nebo K2SiO3 Vyrábí se tavením SiO2 s Na2CO3 nebo K2CO3 při 1400 oC a následným rozpouštěním v autoklávu, nebo hydrotermálním rozpouštěním SiO2 v alkalickém hydroxidu Použití žáruvzdorné tmely, silikátové fasádní barvy, protipožární ochrana dřeva Chemická odolnost skla vrstva sio2, zpomaluje vyluhovani vyluhuji Neutrální a kyselé roztoky vyplavují alkálie pouze z povrchové vrstvy skla -> nerozpouští SiO2 -> vytvářejí po delší době bílý povlak (skleníky, lázně) silne zasad. roztoky rozpousteji sklo jako celek Odolnost skla vůči vodě je tím větší, čím je nižší obsah alkalických oxidů a vyšší obsah SiO2 Zlepšení chemických vlastností lze dosáhnout výměnou alkalických oxidů za B2O3 Pro zlepšení chemické odolnosti skla se provádějí povrchové úpravy: Dealkalizace, hydrofobizace, adsopce inhibitorů koroze Roztoky silných hydroxidů rozpouštějí sklo jako celek zavisivi na jeho slozeni, lepe odolava rozt. kys. nez zasaditym Křemen, křemičitany, hlinitokřemičitany Křemen Podstatná součást písků – slévárenských, stavebních, vodárenských Základní surovina pro výrobu skla, keramiky Diatomit zpevnena kremelina Křemelina – sypká nezpevněná hornina tvořená schránkami rozsivek s příměsí jílů Křemičitany (silikáty) Součástí stavebních písků nebo některých stavebních hmot (cement, struska) zemska kura, tetraedr Hlinitokřemičitany Základní surovinou pro výrobu pálených výrobků – keramiky Patří mezi jílové minerály Hlavní zástupci jílových minerálů Chlorit Kaolinit Illit Další hlinitokřemičitany 1.) Cihlářské zeminy Hrubozrnné (prachoviny, pískoviny) - obsah jíloviny 20-50 % Jemnozrnné (cihlářské jíly) - obsah jíloviny >50 % Obsahují živce, sírany, uhličitany 2.) Živce +kaolin vyroba porcelanu, keramiky Součástí běžných stavebních písků Albit, ortoklas, anorthit 3.) Slídy Vrstevnaté minerály, žáruvzdorné Muskovit (světlá slída), biotit (tmavá slída) 4.) Azbest Vláknitý, ohnivzdorný Karcinogenní (vyřazen ze stavebnictví) 5.) Čedič Velmi pevný Lze odlévat do forem -> dlaždice 6.) Perlit Tepelná a zvuková izolace do lehčených malt a betonů 7.) Vermikulit Vrstevnatý minerál slídového typu Nad 850 oC uvolňuje vodu a expanduje Tepelná a zvuková izolace do lehčených malt a betonů Uhličitany Nejvýznamnější surovinou pro výrobu stavebních pojiv – vápna a cementu Na bázi uhličitanů se ve stavebnictví uplatňují 3 horniny – vápenec, dolomit, magnezit Vápenec CaCo3 Vysokoprocentní> 98 % CaCO3 Mírně znečištěný 90-98 % CaCO3 Středně znečištěný 80-90 % CaCO3 Velmi znečištěný jsou však odolnější vůči chemické korozi Požadavky Ztráta žíháním max 5 % Obsah síry max 3 % Dostatečná pucolánová aktivita Limitní radioaktivita Využití ve stavebnictví Příměsi do směsných cementů Částečná náhrada pojiv a plniv do pórobetonů a omítek Ostřivo do keramických výrobků Strusky Pevné nekovové odpady hutní výroby Využívají se jako pojivo do směsných cementů, nebo jako příměsi do betonů Vysokopecní struska Vzniká při výrobě železa Krystalická (pomalu chlazená) Drtí se – náhrada kameniva v silničním stavitelství Granulovaná – amorfní (rychle chlazená) Příměs do směsných cementů Strusková pemza Použití – izolační materiál Porézní materiál vzniklý působením vody na tekutou strusku Křemičitý úlet Odpady z výroby křemíku Obsahuje 85-97 % amorfního velmi reaktivního SiO2 Vodonepropustné betony (přídavek 5 % Si-úletu) >5 % z hmotnosti cementu způsobuje smrštění betonu Použití na výrobu vysokohodnotných a vysokopecních betonů Energosádrovek, chemosádrovec Chemosádrovec CaSO4.2H2O Vzniká neutralizací odpadní H2SO4 vápnem při chemických výrobách Při použití jako regulátoru tuhnutí do cementu nutno zjistit, jestli neobsahuje látky, které by mohli ovlivnit hydrataci Energosádrovec CaSO4.2H2O Vzniká při odsiřování spalin v teplárnách a elektrárnách vodní suspenzí jemně mletého vápence Použití -> výroba sádry na sádrokartonové desky, regulátor tuhnutí cementu Škvára, karbidové vápno Škvára Zpevněné, spečené ale neroztavené zbytky po spalování uhlí v roštových kotlích Tvoří nepravidelné porézní útvary Použití – posypy a do lehkých betonů Karbidové vápno V podstatě hydroxid vápenatý, který vzniká jako vedlejší produkt při výrobě acetylenu z karbidu vápníku Před použitím se musí nechat odležet kvůli zápachu Použití – malty pro zdění Rychle tuhnoucí sádra Vyrábí se tepelným rozkladem sádrovce Zahřívá-li se sádrovec na teplotu 115-125 oC za mírného přetlaku, vzniká α-sádra -> malá potřeba záměsové vody a vysoká pevnost zatvrdlé sádry Výroba za normálního tlaku při teplotě 100-160 oC, vzniká ß-sádra (voda se uvolňuje v plynné fázi -> nastává mechanické porušení mřížky -> potřeba více záměsové vody – má větší povrch – vyšší hydratační teplo Tuhnutí a tvrdnutí Probíhá prostřednictvím roztoků Počátek tuhnutí 4-7 minut, doba tvrdnutí 6-20 minut Reakci lze zpomalit přídavkem přísad (cukrem) Použití sádry Štukatérské práce, omítky, opravy, uchycení elektroinstalace, sádrokartonové desky Pomalu tuhnoucí sádra Historické pojivo, nedokonalý výpal, odolná i v exteriéru Výroba – pálení sádrovce při 600 až 1000 oC Tuhnutí a tvrdnutí Počátek tuhnutí - 2-5 hodin Doba tuhnutí - 4-6 hodin Použití sádry Štukatérské práce, omítky, opravy, uchycení elektroinstalace, sádrokartonové desky Anhydridová pojiva Přírodní anhydrit nebo sádrovec vypálený na 750 oC -> mletí s budičem Budiče – síranové, zásadité, směsné Použití – samonivelační anhydritové směsi Sorellova hořečná malta Surovinová směs tvořená MgO a roztokem MgCl2 Tuhne a tvrdne na velmi pevnou hmotu Čím je vyšší koncentrace MgCl2, tím pomaleji tuhne a má vyšší pevnost Nevýhodou je nestálost ve vlhkém prostředí a malá odolnost vůči chemikáliím Použití – mlýnské kameny, omítky (dříve pod těžké stroje) Vápno Technický název pro CaO o různém stupni čistoty Vzdušné – vysoký obsah CaO – tuhne na vzduchu Hydraulické – obsahuje hydraulické složky (SiO2, Al2O3, Fe2O3) - tuhne i pod vodou Stavební vápna dle normy Vzdušné vápno (možná napsat výrobu i k vápno) Výroba: Při výrobě páleného vápna jde o tepelný rozklad uhličitanu vápenatého Pálení se provádí v šachtových a rotačních pecích Kvalita se posuzuje podle reakce s vodou Měkce pálená vápna Rychlá reakce s vodou Jsou pálena při teplotách okolo 1000 oC Tvrdě pálená vápna Pomalejší reakce s vodou Pálena při teplotě 1250 oC Hašené vápno Ca(OH)2 Výroba: Vzniká plastická kaše Mokrý způsob hašení 1. Měkce pálená vápna se vnášejí do nadbytku vody za míchání 2. Tvrdě pálená vápna se nejprve převrství malým množstvím vody a čeká se, než vápno začne reagovat, potom se přidá další podíl vody za stálého míchaní 3. Optimální teplota hašení je okolo 90 oC (nemělo by jít přes 100) Suchý způsob hašení Provádí se průmyslově -> vzniklý produkt = vápenný hydrát Hašení probíhá s přesně odměřeným množstvím vody Hydroxid vápenatý Ca(OH)2, vlastnosti, použití ve stavitelství Výsledek hašení vápna Silný hydroxid Málo rozpustný - rozpustnost klesá s rostoucí teplotou Snadno reaguje se vzdušným CO2 za tvorby CaCO3 na povrchu zrn Použití ve stavitelství Vápenné vody Vápenné mléko - suspenze Ca(OH)2 s obsahem sušiny do 10 % (nátěry) Vápenná kaše - suspenze Ca(OH)2 s obsahem sušiny okolo 50 % (zdící a omítkové malty) Vápenný hydrát - práškový Ca(OH)2 (zdící a omítkové malty) Tvrdnutí vápna Odsátí vody porézním materiálem Vysychání gelovité sítě hydroxidu Karbonatace Tvrdnutí ovlivňuje teplota (vysoká-> odpařování vody, nízká-> vznik krystalizačního ledu) koncentrace CO2 relativní vlhkost Vápenný hydrát, jaký má vliv délka uložení kaše na kvalitu práškové hašené vápno výroba suchým způsobem hašení v konečném produktu je 1 % vody objemově stálý Odležení vápenné kaše může zlepšit kvalitu vápenné kaše odležení min. 1 měsíc, dříve několik let v jámách v zemi, vyložené dřevem nesmí zmrznout -> malta by měla nízkou pevnost Přirozené hydraulické vápno Výroba z vápenců s obsahem jílů - teplota 1100 oC při pálení vznikají hydraulické sloučeniny jako v Portlanském cementu vzhledem k nižší teplotě pálení neobsahuje C3S Surovina má mít 10-25 % hydraulických složek Obsahuje volné CaO Vlastnosti závisí na hydraulickém modulu MH = poměr volného Cao/hydraulických částic 1. Silně hydraulické - Hm = 1,7 - 3 nehasí se (podobné cementu) 2. Středně hydraulické - Hm = 3-6 hasí se 3. Slabě hydraulické - Hm 6-9 hasí se 4. Hydraulický modul - Hm>9 vzdušné vápno Směsné vápno a hydraulické vápno Směsné vápno Směs Ca(OH)2 a hydraulické nebo pucolánové příměsi Reakce si vzájemně konkurují, poměr výsledných produktů závisí na podmínkách reakce (vlhkost, obsah CO2 ve vzduchu) Hydraulické vápno Směs vápenného hydrátu – min 4 % a dalších hydraulických a pucolánových příměsí Hydraulické maltoviny Po smísení s vodou a zatuhnutí na vzduchu vytvoří pevnou strukturu, která je stálá na vzduchu, ve vlhkém i vodním prostředí Patří sem – hydraulická vápna, cementy na bázi křemičitanového a hlinitanového slínku, směsná pojiva na bázi vápna nebo portlandského cementu a pucolánů Pucolány Spolu s vápnem vytvářejí pojivo, které je po zatvrdnutí stále i ve vlhkém a vodním prostředí Definice křemičitý nebo křemičito-hlinitý materiál, který sám o sobě má malé nebo nemá žádné pojivé vlastnosti, ale pokud je v jemně mleté formě a v přítomnosti vlhkosti, reaguje s Ca(OH)2 při běžných teplotách za tvorby sloučenin s významnými pojivými vlastnostmi pucolány neobsahují žádné nebo jen velmi malé množství CaO Přírodní pucolány 1. Vulkanické – tufy, tufity 2. Sedimentační – křemeliny, opál Technogenní pucolány Pálením jílových surovin – kaolin El. popílky s vysokým obsahem amorfního SiO2 Popel z biomasy Pucolánová aktivita Míra schopnosti amorfního SiO2 reakce s Ca(OH)2 za vzniku hydratovaných křemičitanů vápenatých Udáváno jako množství zreagovaného Ca(OH)2 na 1 g pucolánu Portlandský cement Práškové hydraulické pojivo tvořené křemičitanovým slínkem + sádrovcem Po smíchání s vodou tuhne a tvrdne na velmi pevnou hmotu Výhody – velká pevnost v tlaku Nevýhody – malá pevnost v tahu za ohybu, nízká odolnost proti agresivním látkám Druhy Jednosložkové - slínek + zpomalovače Směsné - slínek + struska, popílek, vápenec, příměsi Suroviny pro výrobu Vápenec s obsahem jílů Poměr složek CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 musí být takový, aby veškerý CaO zreagoval na sloučeniny schopné hydraulického tvrdnutí Výroba Příprava surovinové směsi, výpal slínku, chlazení a odležení slínku, mletí slínku s regulátorem tuhnutí, u směsných cementů s příměsemi 1. Mokrý - suroviny se zpracují za mokra a vypalují se v podobě kalu 2. Suchý - suroviny se melou za sucha a zpracovávají se v podobě prášku nebo zvlhlé směsi (častější způsob) Slínkové materiály Alit C3S Vzniká nad 1350 oC Ve slínku se nevyskytuje čistý -> obsahuje malá množství C3A, MgO, FeO Nositel počátečních i konečných vlastností Rychle reaguje s vodou Belit C2S Ve slínku se vyskytuje v β-C2S, který je metastabilní Reaguje s vodou opožděně a přispívá ke konečným vlastnostem Trikalciumaliminát C3A Tvoří skelnou fázi Velmi reaktivní – rychle tuhne a tvrdne za značného vývinu tepla C4AF Tvoří skelnou fázi Volný CaO a MgO Ve slínku jsou nežádoucí, špatně a pomalu hydratují s vodou -> objemová nestálost po hydrataci Tuhnutí a tvrdnutí cementu Fyzikální děje Změna struktury a vytvoření pevných spojů mezi zrny plniva vytvořenými hydratačními produkty Hydratační produkty vyplňují prostor, který byl původně zaplněn vodou -> vzniká hutný produkt – cementový tmel Chemické děje Slínkové minerály reagují s vodou - hydrolýza a následná hydratace Vodní součinitel Vyjadřuje poměr záměsové vody k cementu w/c poměr w/c je významný z hlediska vytváření pórové struktury cementového tmelu v betonu Běžně - 0.55 až 0.65, s použitím plastifikátorů - 0.35 až 0.5 Hydratační teplo Energetický projev hydratačních reakcí Je úměrné množství reagujících látek Na průběhu hydratačního tepla lze sledovat průběh hydratace cementu a jeho ovlivňování Každý ze slínkových minerálů vyvíjí jiné množství hydratačního tepla Cementový tmel – struktura 1. Pevná fáze Zbytky nezhydratovaných cementových zrn Hydratované slínkové minerály Krystaly Ca(OH)2 2. Kapalná fáze Pórový roztok převážně Ca(OH)2 3. Plynná fáze Vzduch v kapilárních a technologických pórech Póry v cementovém tmelu Gelové, Kapilární Hlinitanový cement Výhody oproti PC Jednodenní pevnosti jsou vyšší než 28denní pevnost PC Beton vyrobený z hlinitanové cementu je vysoce odolný proti síranům Vyvíjí značné množství hydratačního tepla -> vhodné pro zimní betonáž Odolný vůči vysokým teplotám Nevýhody Cena Zákaz použití na výrobu konstrukčního betonu - důvodem je konverze (může to spadnout) Výroba Slinováním nebo tavením surovinové směsi bauxitu a vápence V elektrických obloukových pecích při teplotách 1200-1400 oC Dělení Nízkohlinitanové Středněhlinitanové Vysocehlinitanové Konverze Probíhá mnoho let, pomalu i při teplotě 20 oC S teplotou roste rychlost Zmenšuje se molární objem -> nárůst pórovitosti a pokles pevnosti Druhy cementů dle normy Portlandský (jednosložkový) 95 % křemičitého slínku + 5 % příměsí Portlandský s přívlastkem (směsný) Portlandský struskový Portlandský pucolánový Portlandský popílkový Vysokopecní Pucolánový Speciální druhy cementu Silniční Síranovzdorný Bílý Vysokohodnotný Fyzikálně – chemické principy degradace Transport a krystalizace soli v pórech -> krystalizační tlak Rekrystalizace, při níž vznikají sloučeniny s vyšším obsahem vody Reakce mezi agresivní látkou a složkou pojiva – rychlost reakce závisí na difuzi – je to pomalý proces a závisí na teplotě a koncentraci (tlaku plynu) Degradace sádry Sádra obsahuje velké množství pórů – adsorbuje vodu -> hydroskopická Zvýšení vlhkosti o 12 % sníží pevnost sádry o 50 % Rozpustnost Přítomnost Ca2+ a SO42- iontů rozpustnost snižuje Přítomnost jiných solí může rozpustnost zvýšit H2SO4 tvoří se sádrou rozpustnou sloučeninu CaSO4.H2SO4 Degradace při zvýšené teplotě Nad 40 oC -> dehydratace CaSO4.2H2O Spotřeba vody při uvolňování krystalové vody a její přeměny na páru -> ochrana konstrukcí před požárem Korozní působení sádry Při styku s pojivy na bázi p-cementu nebo některých pucolánů -> síranová koroze -> vznik sekundárního ettringitu Ochrana proti degeneraci Zvýšení odolnosti proti vodě použitím: Hydrofobizátorů (vnější, vnitřní) - úhel smáčení> 90o Plastifikátorů – snížení vodního součinitele w/c - snížení porozity Polymerů - snížení rizika vzniku poruch Degradace vápenných pojiv a hořečnatých pojiv Podstatou je CaCO3 a MgCO3 Jsou to soli velmi slabé kyseliny uhličité -> snadný rozklad uhličitanů silnějšími kyselinami Působení agresivního CO2 Agresivní na vápenné pojivo, může způsobit jeho rozklad Působení oxidu siřičitého SO2 Konečným produktem je sádrovec CaSO4.2H2O - velký krystalizační tlak -> rozpad malt Působení dusíku NOX Průmyslové znečištění Ca(NO3)2 je dobře rozpustný, nemá pojivé vlastnosti, je hydroskopický Ochrana omítek proti degradaci Snížení vlivu působení škodlivých látek - ochranné fasádní nátěry na bázi vápna, silikátů, silikonů Hydrofobizace omítek - zamezení průniku kapalné vody, ale umožňuje průchod vodní páry - odpařování vlhkosti z omítky Vzlínání podzemní vody - vznik solných výkvětů Opatření: Vytvoření dodatečné horizontální izolace - izolační pás nebo injektáž Aplikace malt o řízené porozitě - sanační omítky Fyzikální koroze betonu Mechanické Nárazy, tření, proudící voda Dochází k postupnému odstraňování cementového tmelu a obnažování kameniva Působení teplot Nízké teploty - tvorba ledu v kapilárních pórech -> krystalizační tlak ledu Při teplotách nad 100 oC se začínají rozkládat produkty hydratace cementu a dochází k poklesu pevností betonu Vlhkost Vlhkostní změny - vedou ke snížení pevnosti betonu Chemická koroze betonu Rychlost koroze je určena především koncentrací korozivní látky v okolním prostředí a difúzí této látky do betonu Koroze kapalným agresivním prostředím - koroze I,II,III Chemická koroze plynným agresivním prostředím - atmosférická koroze Působení anorganických roztoků Působení organických látek Koroze I. Druhu Rozpouštění a vyluhování Ca(OH)2 Rozpouštění Ca(OH)2 vodami s nízkou přechodovou tvrdostí (hladové vody) - přítomnost Ca2+, OH- rozpustnost snižuje; ostatní soli rozpustnost zvyšují -> snížení hodnoty pH pórového roztoku Závisí na velikosti pórů - velké póry -> hloubková koroze Zjišťování: Přímo na konstrukci v terénu nanesením roztoku fenolflaleinu = acidobazický indikátor -> zfialoví Koroze II. Druhu Výměnné reakce Je způsobena výměnnými reakcemi mezi agresivními látkami a pojivem Výsledkem jsou rozpustné nebo nerozpustné sloučeniny bez vazebných vlastností Kyseliny: Reagují s Ca(OH)2 za tvorby příslušných vápenatých solí Alkálie Horké koncentrované roztoky NaOH a KOH rozpouštějí silikátové a laminátové složky cementového tmelu -> rozpad na křemičitany a hlinitany Hořečnaté soli Amonné soli Ve styku s OH- uvolňuje plynný amoniak Koroze III. Druhu Tvorba objemových sloučenin Porušování betonu vlivem tvorby objemových sloučenin Síranová koroze Sírany reagují s Ca(OH)2 a vytvářejí málo rozpustný síran vápenatý Vznik sádrovce -> nárůst objemu o 17% Tím dojde k zaplnění pórů a za vhodných podmínek může dojít i rekrystalizaci Reakce sádrovce s hydratovanými i nehydratovanými alumináty vápenatými -> sekundární ettringit Koroze plynným prostředím Atmosférická koroze Působení plynných agresivních látek na beton Oxid uhličitý CO2 Karbonatace - reakce CO2 se složkami cementového tmelu Rychlost karbonatace závisí: 1. Relativní rychlosti 2. Koncentrace CO2 3. Druhu cementu + složení betonu Způsobuje snížení pH až na 8.3 -> iniciace koroze výztuže Oxid siřičitý SO2 Sulfatace - reakce SO2 se složkami cementového tmelu - pouze lokání děj v silně znečištěném ovzduší Oxidy dusíku S vodou tvoří HNO3 -> rozpouštějí Ca(OH)2 na Ca(NO)3 a rozklad hydratačních produktů cementu Acidobazické indikátory Organické sloučeniny, které mění svoji barvu při určitém pH Druhy Methyloranž - kyselejší - červená, zásaditější – žlutá Fenolftalein - kyselejší - bezbarvý, zásaditější – fialová Hodnota pH závisí na - teplotě, koncentraci indikátoru a měřeného roztoku Biologická koroze betonu – nitrifikační a sulfirikační bakterie Fyzikální působení mechanické narušování kořeny rostlin klíčení náletových semen v betonu Mechy, řasy, lišejníky v povrchu zadržují vodu, která zamrzne -> krystalizační poškození betonu Chemické působení Produkty metabolických procesů rostlin a živočichů Vylučování organických kyselin -> rozpouštění Ca(OH)2 Bakteriální působení: Nitrifikační bakterie - oxidace NH4+ na kyselinu dusičnou Sulfurikační bakterie - oxidace H2S na kyselinu sýrovou Mechy, lišejníky – produkují organické kyseliny – poškození cementového tmelu v betonu Řasy - fotosyntéza - bez UV záření produkce CO2 Degradace kameniva Vyluhování rozpustných složek Rozpouštění CaSO4.2H2O -> vyluhování z betonu Vznik rozpustných sloučenin Působení agresivního CO2 na CaCO3 a dolomit -> dedolomitizace kameniva Vznik objemových sloučenin Alkáliové rozpínání kameniva Při použití kameniva s amorfním SiO2 (opál, chalcedony) -> vzniká alkalickosilikátový gel -> tento gel vede ke snížení pevnosti betonu až k rozpadu Ochrana betonu proti degradaci (korozi) Primární Složení směsi Normativní dokument – dodržení postupu Návrh betonové směsi s ohledem na prostředí a požadovanou životnost Technologie zpracování betonu Způsob výroby, ukládání a hutnění Ošetřování betonu – dostatečné množství vody k hydrataci i v povrchové vrstvě - kropení betonu Použití přísad a příměsí V malém množství (do 5 %) Zvyšují hutnost, vodonepropustnost, mrazuvzdornost Sekundární Provádí se nátěry a stěrkami Asfaltovými Na bázi organických sloučenin Na bázi makromolekulárních látek Olejových emulzí Degradace cihlářských výrobků Suroviny pro výrobu keramiky - kaolinit, illit, halloysit, montmorillonit (jílové minerály) Ostřiva - zabraňují vzniku texturních vad Výpal - tunelová pec (délka cca 100 metrů) Cihly - 820-900 oC Klinker -> 1100 oC Důležité parametry cihlářského střepu z hlediska možného poškození Pevnost Porozita – pálením při nižších teplotách je střep poréznější Nasákavost Obsah solí ve střepu Poškození cihel a cihelného zdiva Krystalizací solí Rekrystalizací solí Sírany z cihel - pokud malta obsahuje cement -> ettringit Zdroj solí v cihelném střepu Ze surovin Z podzákladí Z okolního ovzduší Ochrana proti degradaci cihlářských výrobků 1. Soli v surovině - pečlivý výběr suroviny bez rozpustných solí 2. Opatření proti vzlínání vody - horizontální izolace (asfaltové pásy) 3. Hydrofobizace povrchu - ošetření povrchu vodouodpudivými nátěry (silikony) Standartní elektrodový potenciál, řada napětí kovů Standartní elektrodový potenciál - E o [V] Charakteristická veličina pro každý kov Míra snahy kovu přejít do vyššího oxidačního stavu Čím je potenciál vyšší, tím je tato snaha vyšší Kov s vyšším potenciálem může z roztoku vytěsnit kov s nižším potenciálem Řada napětí kovů Seřazení Eo od nejnižšího po nejvyšší V řadě je vodík (H), který má Eo=0, dělí kovy na ušlechtilé a neušlechtilé Eo 0 - kovy reagují pouze s kyselinami se silným oxidačním účinkem Amfoterní kovy Rozpouští se jak v kyselinách, tak i v hydroxidech Př - hliník, zinek Akumulátor (galvanický článek) Zdroj stejnosměrného napětí Práce, kterou článek vykoná, je rovna energii uvolněné redoxní reakcí Elektrolýza Redoxní reakce v roztoku nebo v tavenině elektrolytu při průchodu el. proudu - elektrolyt + elektrody Elektrolyt - vodič II. řádu -> při průchodu elektrického proudu se mění Děje na katodách Na katodě - redukční děje (příjem elektronů) Na anodě - oxidační děje (odevzdání elektronů) Použití - čistění mědi, výroba kovů (Na, Al), pokovování, eloxování Faradayovy zákony 1. Zákon Hmotnost vyloučené látky na elektrodě při průchodu elektrického proudu roztokem je přímo úměrná prošlému náboji. 2. Zákon Prochází-li stejný proud po stejnou dobu různými elektrolyty, pak počet molů látek vyloučený na elektrodách je nepřímo úměrný velikosti nábojů jejich iontů. Hliník Stříbřitě bělavý lesklý kov Výroba: Elektrolýza taveniny Al2O3 + kriolit Odolný proti atmosférické korozi - na povrchu kompaktní vrstva Al2O3 Odolnost lze zvýšit eloxováním Amfoterní kov Legování Zlepšení mechanických vlastností =vnášení jiných kovů do struktury hliníku a vytvoření slitin Použití - ve formě lišt, okenních rámů, Al prášek do porobetonů Měď Tažný lesklý kov, červené barvy Výroba Ruda chalkopiryritu se taví s křemenem při 1400 oC, poté elektrolytické dočištění Výborná el. a tepelná vodivost Ušlechtilý kov Slitiny – mosaz (Cu+Zn), bronz (Cu+Sn) Působením vlhkého vzduchu a CO2 -> zelený povlak = patina Použití - elektroinstalační materiál, plechy, krytina, okapy Zinek Namodrale bílý křehký, snadno tavitelný kov Výroba Pražení na oxid zinečnatý ZnO -> redukce ZnO koksem Na vlhkém vzduchu se snadno oxiduje - vrstvička ZnO Stejně jako hliník je amfoterní - při styku s OH- se rozpouští ZnO zpomaluje hydrataci čerstvé betonu Použití - pozinkování želena = ochrana proti korozi, nátěrové hmoty Železo Lesklý feromagnetický kov Nejrozšířenější kov na zemi Výroba Redukcí oxidů uhlíkem ve vysoké peci Suroviny - železní ruda, koks, struskotvorná přísada (vápenec) Surové železo = litina Obsahuje více než 2 % příměsí (nejčastěji 5-10 %, z toho 2-5 % C) Bod tání se pohybuje mezi 1100-1200 oC 1. šedá litina Pomalým ochlazením železa Uhlík se vyloučí ve formě grafitu - šedá barva 2. bílá litina Rychlé ochlazení tekutého železa Tvrdší a křehčí než šedá litina Výroba oceli Kujné železo = ocel Zkujňování Proces, při kterém se okysličováním odstraňují nekovové prvky ze železa v důsledku toho se stává kujným Provedení – v plamenné peci, elektrické peci, Ocel Je pružná, tvrdší než surové železo Tvrdost oceli se zvyšuje kalením, křehkost se odstraní popouštěním 1. Uhlíková ocel 0.5-1.5 % uhlíku tvrdá 2. Měkká ocel 0.03-0.3 % C měkká Legované oceli Slitiny oceli s jinými kovy Namáhaná ocel - Mn (mangan) Žáruvzdorná ocel - W, V (wolfram, vanad) Koroze kovů Typy: chemická, elektrochemická, bludnými proudy Podle charakteru Rovnoměrná - nejrozšířenější, projevuje se stejnoměrným úbytkem kovu po celém povrchu Nerovnoměrná - projevuje se napadáním pouze určité části povrchu Důlková - vznik menších nebo větších důlků na povrchu kovu Bodová - ojedinělé korozní body Štěrbinová -kov koroduje ve štěrbině (mezi dvěma plechy spojené nýty) Selektivní - u slitin může dojít ke korozi jen jednoho kovu (odzinkování mosazi) Chemická koroze kovu Rozpouštění v kyselinách Koroze plynnými látkami oxidačního charakteru Koroze plynnými látkami redukčního charakteru – plyn se rozpouští -> vznik hydridů - křehnutí Elektrochemická koroze Tvorba lokálních elektrických článků – rozdíl potenciálů Na styku dvou různých kovů V důsledku koncentračního spádu Elektrochemická korozní reakce výztuže Na anodě vznikají Fe2+ Na katodě vznikají OH- Sumárně zde vzniká hydroxid železnatý, který díky přístupu vzduchu dále oxidu a vzniká hydroxid železitý Hydroxid železitý má větší molární objem než původní železo – dochází k odlupování a tím se obnaží čerstvá část železe, která dále koroduje Aby tato reakce mohla probíhat je potřebný přístup vzduchu a vlhkosti Působení chloridů Chloridy jsou pouze katalyzátory – sami korozi nezpůsobují Koroze bludnými proudy Proudy vniklé do země uzemněním instalace (stejnosměrné trakční vedení - tramvaje, vlaky) - tečou po dráze nejmenšího odporu Tvorba lokálních elektrických článků - rozdíl potenciálů Anoda je v místě výstupu -> rozpouštění kovu -> koroze kovových konstrukcí zapuštěných do země Katoda je v místě vstupu proudu z vnějšího elektrolytu Proudy se koncentrují u měníren - velká koroze v okolí Při obráceném pólování -> katoda v místě vstupu, koroze na vstupu (proudy běží za vozem) Ochrana proti korozi kovů 1. Volbou konstrukčního materiálu 2. Odstranění korozních látek z vody Odsolení Odstranění agresivního CO2 3. Ochranné povlaky Hliník, zinek, měď 4. Katodová ochrana Obětovaná anoda z elektropozitivnějšího kovu Chráněný kov tvoří katodu Povlak zinku na ocelovém plechu 5. Bariérová ochrana Nanesení ochranného povlaku na povrch kovu, který zabraňuje korozi Kovový povlak - galvanické pokovení Plasty - PE, PVC, PP, silikony Nátěry - anorgatické nebo organické disperze ve vhodném rozpouštědle Voda Molekula vody se skládá ze dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku H2O V této podobě se vyskytuje v plynném skupenství - vodní pára V kapalném skupenství jsou molekuly kovalentními vazbami spojeny do větších celků Tuhé skupenství led Zvyšováním teploty vody od 0oC do 4 oC se zvyšuje i hustota Voda je dobrým polárním rozpouštědlem Voda v životním prostředí Množství vody na zemi je 1337 mil. km3 z toho 97.2% v mořích a oceánech (70% zemského povrchu) Koloběh vody Voda z moří a oceánů se odpařuje do ovzduší -> kondenzuje a dopadá na zemských povrch jako voda srážková ve formě deště nebo sněhu Srážková voda se částečně odpařuje, částečně proniká do podzemních vod, částečně odtéká zpět do moří Srážkové vody Obsahuje CO2, kterým se obohatila v atmosféře -> agresivní účinek na vápenec, dolomit, vápenná a cementová pojiva Obsah SO2, NOx -> kyselé deště Všechny velké zdroje SO2 (elektrárny, teplárny) odsířeny -> snížení agresivních kyselých dešťů Podzemní vody Obsahuje minerály z horninového prostředí - Ca2+, Mg2+, Na+ a jiné Minerální vody >1000 mg/l Termální vody >25 oC Nízký obsah organických látek a kyslíku Povrchová voda Obsahuje organické látky a rozpuštěné plyny - O2, CO2, N2 Eutrofizace Přesycení biosystému živinami - zejména N a P -> přemnožení řas a sinic – fotosyntéza CO2 je běžnou součástí přírodních vod, proto dochází v letních měsících k rozmnožování řas a sinic Při odbourávání organické hmoty -> zhoršení kvality vody Úprava vody pro její využití 1. Odželezování a odmanganování Oxidace Fe2+ -> Fe(OH)3, Mn2+ -> MnO2 => ucpání potrubí Odstranění - provzdušněním -> zrychlená oxidace a hydrolýza -> filtrace 2. Odkyselení Odstranění agresivního CO2 z vody Aerace (provzdušňování) 3. Čiření Odstranění koloidních látek Přidání Al3+, Fe3+ solí -> hydrolýza -> adsorpce koloidních částic na povrchu objemových sraženin -> filtrace 4. Dezinfekce Usmrcení mikroorganismů ve vodě Používá se chlor a jeho sloučeniny Odpadní vody a její čištění Odpadní vody Komunální, průmyslové, zemědělské Čištění odpadních vod – ČOV 1. Česle – hrubé nečistoty 2. Usazovací nádrže – odstranění tuků a písku 3. Aktivace – biologické odstranění N, P 4. Dosazovací nádrže - odstranění tuhých částic 5. Kal - vyhnívací nádrže, bioplyn Vyhnilý kal – na skládku Voda ve stavebnictví Voda je nezbytná pro hydrataci betonu Záměsová voda Voda používaná pro přípravu čerstvého betonu U vod je nutné sledovat pH a obsah: Cl- a SO4 2- Porovnává se doba tuhnutí a pevnosti za 7 dní s pastou vyrobenou z destilované vody nebo deionizované vody Ošetřovací voda Voda používána pro přípravu (ovlhčení) betonu při tuhnutí Náporové vody Působí na hotovou konstrukci 1. Vody s nízkým obsahem minerálních látek (hladové vody) 2. Kyselé vody 3. Vody obsahující CO2 4. Síranové vody -> ettringit 5. Vody s vyšším obsahem Mg2+ Suchý vzduch, koncentrace Atmosféra plynný obal země do výšky 300km Složení: N2 – 78.09 % O2 – 20.94 % Ar – 0.93 % CO2 – 0.038 % Proměnlivé množství vodní páry 1-3 % Dále vzduch obsahuje látky o velice nízké koncentraci - vzácné plyny a ozon Ozon Tvoří vrstvu absorbující UV záření Celkový ozon Celkové množství ve vertikálním sloupci atmosféry -> ozonová vrstva od povrchu Země až do výšky 50/60 km Rozložený nerovnoměrně Trofosféra - 5-15 % Stratosféra - 85-95 % Přízemní (trofosférický ozon) - vzniká fotochemickým rozkladem oxidů dusíku Značení O3 Plynné exhalace v ovzduší Lidskou činností se do ovzduší dostávají látky způsobující poškození biosféry a zdravotní problémy Oxid siřičitý SO2 Spalováním fosilních paliv Velké zdroje šíření Plošné devastace lesů Oxid uhelnatý CO Spalování organických látek s nedostatkem kyslíku Krevní jed Oxidace na CO2 v ovzduší - je proces velmi pomalý Oxid dusnatý NO a dusičitý NO2 Spalovací motory Tepelné elektrárny Další výrobní procesy Oxid uhličitý CO2 Spalování organických látek Výroba cementu a vápna Kvasné procesy Rozklad organických látek Aerosoly ve vzduchu Makromolekulární až makroskopické prachové nebo pískové částice Druhy Kapalné – mlhy Tuhé - kouře, dýmy, prahy Při přesycení vodní parou -> kondenzace vody na částice tuhých látek Tuhé částice - popílek, úlety z různých výrobních procesů, pyl Ochrana ovzduší Čištění kouřových plynů Čištění exhalátů Kontrola výfukových plynů Dřevo Heterogenní materiál Hlavní složky - (90-98 %), které tvoří strukturu buněčných stěn a mezibuněčnou hmotu Sacharidická část - 70 % - Celuóza, hemiceluóza Aromatickou část - 20-30 % - Lignin Doprovodné složky - (2-10 %) Organické - smoly, alkoholy, bílkoviny Anorganické - Ca2+, K+, Mg2+ Sacharidy, fotosyntéza Sacharidy Jedny z nejrozšířenějších přírodních látek Dělení: Jednoduché (monosacharidy): Glukóza, ribóza, fruktóza, galaktóza Zpomalovače tuhnutí do betonu Složené: Vznikají řetězením molekul jednoduchých sacharidů Ze dvou molekul – disacharidy Řetězením většího počtu molekul – polysacharidy Vznikají v přírodě fotosyntézou Fotosyntéza Biochemický proces vzniku sacharidů Celulóza, deriváty celulózy Podstatou podpůrné tkáně rostlin Nerozpustná v běžných rozpouštědlech Působením silných kyselin a zásad -> hydrolýza Deriváty Nitrocelulóza - ester s kyselinou dusičnou -> rázová houževnatost, odolnost proti vzniku trhlin Étery celulózy Hemicelulózy Lineární nebo rozvětvené polysacharidové řetězce Lignin Polymerní látka aromatického charakteru Zvyšuje tlakovou pevnost dřeva a jeho odolnost Chová se jako termoplast a plní ve dřevě funkci tmele látek vláknité struktury Více ligninu mají listnaté stromy Při zpracování dřeva se uvolňuje ve formě rozpustného ligninsulfonanu sodného -> plastifikační přísada do betonových směsí Biotické poškození dřeva – bakterie Malý vliv ve srovnání s houbami a hmyzem Napadají celulózu a hemicelulózu - lignin je odolný Aerobní bakterie - dřevo uložené na vzduchu Anaerobní bakterie - dřevo uložené ve vodě Biotické poškození dřeva – houby K růstu potřebují vlhkost >20 % a teplotu 20-25 oC Houby stopkovýtrusné celulózovorní Rozkládají pouze polysacharidy - hnědá hniloba – Ztráta pevnosti, křehkost -> rozpad do kvádříků Dřevomorka, trámovka Houby stopkovýtrusné ligninovorní Rozkládají polysacharidy a lignin -> bílá hniloba Dřevo měkne, houbovitý vzhled -> vláknitý rozpad Outkovka pestrá Biotické poškození dřeva – hmyz Larvy hmyzu tvoří chodbičky a dutinky ve dřevní hmotě -> ztráta pevnosti a celistvosti Podmínky pro růst - vlhkost 10-12 %, teplota 20-30 oC Červotoč - stádium larvy 1-5 let Tesařík krovový - stádium larvy 3-10 let Abiotické poškození dřeva Působení kyselin nebo hydroxidů -> hydrolýza Vliv zvýšení teploty Nad 100 oC – dehydratace 130-150 oC - počátek rozkladu 270-280 oC - rozklad (hoření) Sluneční záření Degradace ligninu, barevné změny povrchu dřeva Vlhkost Zvětšení nebo zmenšení objemu -> napětí -> vznik trhlin Ochrana dřeva ve stavebnictví Odvod srážkové vody, izolace proti zemní vlhkosti Nátěry na bázi vysychavých olejů, vosky Napouštění insekticidy nebo fungicidy - proti hmyzu Asfalty – druhy, vlastnosti, použití Přírodní naleziště Těžké frakce destilace ropy Podle rozpustnosti v n-hexanu se dělí na: Malteny - jsou nositeli plastických a elastických vlastností asfaltů Asfalteny - jsou nositeli tvrdosti asfaltů Asfalty jsou koloidní systém - malteny (disperzní prostředí) + asfalteny (dispergovaná část) Druhy Přírodní asfalty - obsahují minerální příměsi -> čistí se přetavováním Ropné asfalty - dle způsobu destilace dělíme Primární destilační asfalty - jsou tuhé až polotuhé Krakované asfalty - jsou méně odolné proti atmosférickým vlivům Extrakční asfalty - získávají se extrakcí rozpouštědly z olejových ropných zbytků Foukané neboli oxidované asfalty - získávají se foukáním vzduchu do asfaltů Ředěné asfalty - jsou to normální silniční asfalty Vlastnosti Bod měknutí - 40-60 oC (měří se proniknutím kovové kuličky do asfaltu v závislosti na teplotě) Chemicky odolné vůči působení kyselin a hydroxidů (kromě H2SO4) Rozpustné v organických rozpouštědlech Hořlavé, obtížně se hasí Použití Asfaltobeton - silniční stavitelství Asfaltové emulze Izolační asfaltové emulze a tmely Asfaltové izolační vložky - lepenka atd Střešní lepenka Dehty a smola Dehty Tmavě hnědé až černé kapaliny typického zápachu Získávají se suchou destilací organických látek za nepřístupu vzduchu Nejdůležitější látky - naftalen, toulen, benzen, smola Dehet je zdrojem pro těžkou organickou chemii Smola Tuhý zbytek po destilaci dehtů Lesklá hmota Roztavené smola se užívá jako pojivo do silniční živičné směsi Živce Organické látky, které se získávají především z těžkých frakcí ropy Termoplasty, reaktoplasty Termoplasty Opakovaně teplem měknou a po ochlazení tuhnou Dají se mnohonásobně tvářet Reaktoplasty Teplem vytvrditelné, nevratně tvrdnou Při opakovaném zahřátí neměknou Surová hmota v prášku nebo tabletách -> do formy -> teplem měkne a tlakem vyplňuje prostor formy a dostávají svůj tvar Výroba Polymerací – obecně (asi mít u všech podotázek u tohoto) Pochod, při němž dochází k řetězení molekul monomerů za vzniku makromolekulární látky (polymeru) Výroba Polymerací – Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC) Polyethylen (PE) Výroba polymerací ethylenu Chemicky odolný, výborné elektroizolační vlastnosti Dva druhy: LDPE (low density polyethylen) Vyrábí se vysokotlakou radikálovou polymerací Velké množství rozvětvených řetězců => menší tepelná odolnost HDPE (hight density polyethylen) Výroba nízkotlakou radikálovou polymerací s využitím katalyzátorů Dlouhé nerozvětvené řetězce => velká pevnost v tahu a vyšší odolnost vůči povětrnostním vlivům Polypropylen (PP) Má vyšší bod měknutí než PE Při teplotách nad 200 oC nastává jeho rozklad Použití - výroba trubek, vláken do kompozitů Polyvinylchlorid (PVC) Makromolekuly jsou jen částečně rozvětvené -> vzniká bílý prášek nebo granulát - při 150 oC lisováním do kompaktní plastické hmoty Přidávají se plniva, stabilizátory (pro zvýšení tepelné stability), změkčovadla, maziva Tvrdý a měkčený: Tvrdý PVC (novodur) Odolný proti vodě, olejům, chemikáliím Malá propustnost pro plyny a vodní páru Mechanická odolnost Lze tvarovat teplem, lepit, obrábět Měkký PVC (novoplast) Obsahuje 30-70 % změkčovadel => elasticita Výroba Polymerací – Fluorované polymery, Polystyren Fluorované polymery Připravené polymerací fluorovaných uhlovodíků Výborná tepelná odolnost – nehořlavé Chemicky vysoce odolné Mrazuvzdorné Polytetrafluoretylen = teflon Polystyren Polymerací styrenu Tvrdý, odolný vůči kyselinám a hydroxidům, rozpustný v organických látkách Citlivý na UV záření Stálý jen do 70 oC Výroba Polymerací – Syntetický kaučuk, Polyakrylát Syntetický kaučuk Vyrábí se polymerací nebo kopolymerací nenasycených uhlovodíků Vulkanizace - nejdůležitější operace při zpracování kaučuku Působením síry nebo sirných sloučenin se vytvářejí sirné můstky => trojrozměrná zesíťovaná struktura => zvýšení odolnosti a zlepšení mechanických vlastností Použití - výroba pryží Polyakryláty Polyakrylátové estery -> organické sklo (plexisklo) Akrylátová vodní disperze - modifikace betonu Stálé v alkalickém prostředí Polykondenzace Dochází k opakované kondenzaci dvou monomenů za vzniku makromolekulární látky (polymeru) a uvolnění níkzomolekulární látky (vody) monomer1 + monomer2 -----> polymer + nízkomolekulární látka Monomery musí obsahovat funkční skupiny (-OH, -CHO..) Plasty připravené polykondenzací: Formaldehydové pryskyřice Fenoplasty Novolaky - polykondenzací formaldehydu s nadbytkem fenolu v kyselém prostředí Rezoly - polykondenzací v alkalickém prostředí v přebytku formaldehydu Aminoplasty Lisovací hmoty, lepidla, vrstevnaté hmoty Polyamidy Nylon - vzniká polykondenzací kyseliny adipové Vysoká pevnost za sucha i mokra Vysoká odolnost v oděru Vysoká pružnost Stálost vůči chemickým činidlům, hlavně alkáliím Kevlar Aromatický polyamid – vlákna Vysoké pevnosti a odolnosti prosti teplotě Značná odolnost vůči chemikáliím Použití - ochranné oděvy, výztuž kompozitů Polyestery Termoplastické - deriváty kyseliny ftalové Reaktoplastické - nenasycená polyesterové pryskyřice Využití - kompozity vyztužené vlákny - sklolamináty, zalévací hmoty, lité podlahy Polyadice – Obecně Funkční skupina jednoho monomeru se aduje na násobnou vazbu jiného monomeru, aniž by docházelo k uvolňování vedlejšího produktu monomer1 + monomer2 ------> polymer Monomery musí obsahovat funkční skupiny (-OH, -CHO..) Plasty připravené polyadicí – Polyuretany, Epoxidové pryskyřice Polyadice – Polyuretany Estery kyseliny karbamové Lehčené polyuretany - napěněny unikajícím CO2 Použití - izolace Polyadice – Polyuretany epoxidove pryskirice Označují látky, jejichž řetězec obsahuje více než jednu epoxidovou skupinu Dobrá mechanická, tepelná, chemická odolnost Použití - nátěry, lepidla, zpevňovací hmoty Odolnost, degradace a stabilizace polymerů Omezeně odolné proti působní různých vnějších jevů Vysoká teplota, vzdušný kyslík, UV záření, chemikálie Při vystavení vyšším teplotám dojde v místě nejslabší chemické vazby z roztržení řetězce makromolekuly -> změna mechanických vlastností U polymerů s nízkou polymerační teplotou dochází k depolymerizaci za vzniku původního monomeru Největší tepelná odolnost - silikony, teflon Stabilizace Přídavkem látek, které: Absorbují UV záření snáze než polymer (saze) Odrážející UV záření (Al-prášek) Fotostabilizátory Reagují s volnými radikály (antioxidanty) Polysiloxany Makromolekuly, jejichž základní řetězec tvoří střídající se atomy Si a O Lineární polysiloxany Kapalné v širokém rozsahu molekulových hmotnosti (oleje) Zesíťované polysiloxany Tvoří silikonové kaučuky a pryskyřice Běžně známé jako silikony Dělí se dle poměru Silikonové oleje - R/Si >2 Silikonové kaučuky - R/Si =2 Silikonové pryskyřice - R/Si vyšší pevnost v tahu, houževnatost, viskozita, méně rozpustné Struktura makromolekul Lineární - tvoří základ termoplastů, makromolekuly jsou schopny vzájemného posunu, při zahřívání měknou, tají, krystalizují Větvené - na základním řetězci mají postranní řetězce různé délky a charakteru Prostorově síťované Řídce - elastické vlastnosti, bobtnají v rozpouštědlech Hustě - tvrdé hmoty, nerozpustné v rozpouštědlech