XII. Основи хімії в'яжучих речовин

1. Які сировинні матеріали використовують для одержання, портландцементу? В якому співвідношенні? Запишіть мінералогічний склад портландцементного клінкеру.

2. Напишіть реакції взаємодії мінералів портландцементного клінкеру з водою. В якому випадку процес протікає з виділенням більшої кількості теплоти?

3. Поясніть процес тужавіння портландцементу. Як змінюється характер середовища в процесі реакцій мінералів з водою? За рахунок яких реакцій?

4. З якою метою в портландцемент вводять гідравлічні добавки? Поясніть хімізм процесу.

5. Чим спричиняється корозія бетону? Поясніть процес вуглекислотної корозії бетону.

6. Чому портландцемент, який містить в своєму складі підвищену кількість 3CaO•Al₂O₃ не рекомендують використовувати в умовах середовища, що містить іони SO₄^2-? Поясніть хімізм процесу.

7. Як зменшити корозію бетонуна основі портландцементу з підвищеним вмістом 3CaO•SiO₂? Поясніть хімізм процесу.

8. Що таке магнезіальна корозія бетону? Поясніть хімізм процесу.

9. Опишіть відомі вам теорії твердіння неорганічних в’яжучих речовин. Поясніть твердіння гіпсу.

10. Скільки негашеного вапна можна одержати при випалюванні 750 кг вапняку, який містить 18% некарбонатних домішок?

11. Які мінеральні в’яжучі речовини можна добути з природного гіпсового каменю CaSO₄•2H₂O. Напишіть реакції взаємодії їх з водою.

12. Методи захисту бетону від корозії. Поясніть хімізм процесів при обробці бетону тетрафторидом силіцію SiF₄ і гексафторсилікатом магнію Mg[SiF₆].

13. Скільки будівельного гіпсу CaSO₄•0,5H₂O можна добути з 525 кг CaSO₄•2H₂O який містить 7%домішок?

14. Скільки диоксиду кремнію SiO₂ необхідно взяти для отримання рідкого скла з модулем 1,9, якщо для цього використали 230 кг карбонату натрію?

15. Що таке гідравлічно-активні добавки та як вони використовуються?

16. Скільки соди й піску треба взяти, щоб одержати 1 т рідкого
скла з модулем 2,5?

17. Які властивості має будівельний гіпс? Як можна впливати на швидкість його тужавіння? Чому вироби з гіпсу використовують тільки для внутрішніх робіт?

18. Що таке магнезіальний цемент, як його одержують? Його властивості й використання.

19. Чому в масовому гідротехнічному будівництві використовують портландцемент, який містить в основному 2CaO•SiO₂ і мало 3CaO•SiO₂. Напишіть реакції взаємодії цих мінералів а водою.

20. Скільки сульфату натрію і піску потрібно, щоб одержати 1 т розчинного скла з модулем 2?

21. Що таке глиноземистий цемент? Які його властивості, де він застосовується? Наведіть рівняння гідратації глиноземистого цементу.

22. Написати рівняння реакції взаємодії оксиду кальцію з водою. Визначити теплоту гідратації СаО, якщо відома теплота утворення:

СаО - 635 кДж/моль; Са(ОН)₂- 985,5 кДж/моль; Н₂О-285,8 кДж/моль.

23. Чим обумовлюється сульфатна корозія портландцементу і як вона відбувається?

24. Методи захисту бетону від сульфатної корозії.

25. Що означає модуль рідкого скла?

26. Напишіть реакцію твердіння будівельного гіпсу. Обчисліть тепловий ефект реакції, якщо відома теплота утворення, кДж/моль:

СаSО₄∙2Н₂О – (-2033,67); СаSО₄∙0,5Н₂О – 2004; Н₂О - 285,84.

27. «Мокрий» спосіб отримання рідкого скла. Де використовується рідке скло.

28. Карбонатний та сульфатний способи отримання рідкого скла.

29. Навести способи твердіння рідкого скла.

30. Розписати процес отримання будівельного вапна із вапняку.

31. Як отримати будівельний гіпс. Напишіть реакцію твердіння будівельного гіпсу.

32. Чому в бетонах на основі портландцементу не використовують алюмінієву арматуру. Відповідь підтвердити за допомогою рівнянь реакцій.

33. Яка оптимальна температура одержання негашеного вапна? Чому з підвищенням температури випалювання вапняку, отримане вапно повільніше гаситься?

34. Визначити тепловий ефект реакції отримання будівельного гіпсу (CaSO₄∙0,5H₂O), якщо відома теплота утворення:

Н₂О - 285,84 кДж/моль; СаSО₄∙2Н₂О – (-2033,67)кДж/моль.

СаSО₄∙0,5Н₂О – 2004 кДж/моль.

ДОДАТКИ

Додаток 1

Таблиця електронегативності елементів (за Л. Полінгом)

H 2,1		He -
Li 1,0	Be 1,5	B 2,0	C 2,5	N 3,0	O 3,5	F 4,0	Ne -
Na 0,9	Mg 1,2	Al 1,5	Si 1,8	P 2,1	S 2,5	Cl 3,0	Ar -
K 0,8	Ca 1,0	Sc 1,3	Ti 1,5	V 1,6	Cr 1,6	Mn 1,5	Fe 1,8	Co 1,9	Ni 1,9
Cu 1,9	Zn 1,6	Ga 1,6	Ge 1,8	As 2,0	Se 2,4	Br 2,8	Kr -
Rb 0,8	Sr 1,0	Y 1,2	Zr 1,4	Nb 1,6	Mo 1,8	Tc 1,9	Ru 2,2	Rh 2,2	Pd 2,2
Ag 1,9	Cd 1,7	In 1,7	Sn 1,8	Sb 1,9	Te 2,1	I 2,5	Xе -
Cs 0,7	Ba 0,9	La-Lu 1,0-1,2	Hf 1,3	Ta 1,5	W 1,7	Re 1,9	Os 2,2	Ir 2,2	Pt 2,2
Au 2,4	Hg 1,9	Tl 1,8	Pb 1,9	Bi 1,9	Po 2,0	At 2,2	Rn -
Fr 0,7	Ra 0,9	Ac 1,1	Ku -	Ns -

Додаток 2

Термодинамічні константи деяких речовин

Речовина	Агрегатний стан	DН°₂₉₈, кДж/моль	DG°₂₉₈, кДж/моль	S°₂₉₈, кДж/моль
NH₃ O₂ NO N₂ NO₂ H₂O CO CO₂ CH₄ H₂ C₂H₆ C₂H₄ H₂S SO₂ S_ромб HCl Cl₂ H₂O ZnO Zn Mg(OH)₂ CaSO₄×2H₂O CaSiO₃ CaCO₃ CaO Ca(OH)₂ Na₂CO₃ AgNO₃ Ag SiO₂ NH₄Cl Fe₂O₃ 3CaO×2SiO₂ BeCO₃ Al₂O₃ Al BaCO₃	г г г г г г г г г г г г г г г г р к т т т т т т т т т т т т т т т т т т	-46,19 90,37 33,89 -241,84 -110,5 -393,51 -84,67 49,04 52,28 -20,15 296,9 -92,30 -285,84 -349,0 -924,66 -2033,67 -1579,0 -1206,0 -635,1 -986,2 -1129,0 -120,7 -859,3 -315,39 -821,32 -3826,9 -981,57 -1675,0 -1202,0	16,64 86,69 51,84 -288,8 -137,27 -394,38 -32,89 124,50 68,12 -33,02 -300,37 -95,27 -237,5 -318,19 -833,7 -1495,4 -1128,8 -604,2 -896,76 -1047,7 -32,2 -803,75 -343,64 -740,99 -944,75 -15,76,4 -1138,8	192,5 205,3 210,62 191,5 240,45 188,74 197,4 213,6 229,5 130,6 173,2 219,4 205,64 248,1 31,88 186,7 223,0 69,96 43,5 41,59 63,14 193,97 87,45 92,9 39,7 83,4 136,0 140,9 42,69 42,09 94,56 89,96 211,01 199,4 50,94 28,31 112,1

Додаток 3

Ряд напруг металів

Метал	Катіон у розчині	Стандартний потенціал, В	Метал	Катіон у розчині	Стандартний потенціал, В
Літій Калій Рубідій Барій Стронцій Кальцій Натрій Магній Берилій Алюміній Титан Цирконій Ванадій Марганець Хром Цинк Залізо Полоній	Li⁺ K⁺ Rb⁺ Ba²⁺ Sr²⁺ Ca²⁺ Na⁺ Mg²⁺ Be²⁺ Al³⁺ Ti²⁺ Zr²⁺ V²⁺ Mn²⁺ Cr²⁺ Zn²⁺ Fe²⁺ Po⁴⁺	-3,01 -2,92 -2,98 -2,92 -2,89 -2,84 -2,74 -2,38 -1,70 -1,66 -1,63 -1,53 -1,18 -1,05 -0,91 -0,76 -0,44 -0,40	Кадмій Талій Кобальт Нікель Молібден Германій Олово Свинець Водень Бісмут Стибій Арсен Мідь Ртуть Срібло Платина Золото	Cd²⁺ Ta²⁺ Co²⁺ Nі²⁺ Mo³⁺ Ge⁴⁺ Sn²⁺ Pb²⁺ H⁺ Bi³⁺ Sb³⁺ As³⁺ Cu²⁺ Hg²⁺ Ag⁺ Pt²⁺ Au⁺	-0,40 -0,34 -0,27 -0,23 -0,20 -0,15 -0,14 -0,13 +0,22 +0,24 +0,30 +0,34 +0,798 +0,799 +1,19 +1,7

Додаток 4

Добуток розчинності (ДP) важкорозчинних сполук у воді при 25 °С

Сполука	ДP	Сполука	ДP
AgCl	1,8×10^-10	HgS	1,6×10^-52
AgSCN	1,1×10^-12	Mg(OH)₂	6×10^-10
Ag₂Cr₂O₇	1,0×10^-10	Mn(OН)₂	2×10^-13
Ag₂CrO₄	1,1×10^-12	Mn(OH)₃	1×10^-36
BaCO₃	4×10^-9	MnS	2,5×10^-13
BaCrO₄	1,2×10^-12	NiCO₃	1,3×10^-7
BaSO₄	1,1×10^-10	NiC₂O₄	4×10^-10
BaMnO₄	2,5×10^-10	Ni(OH)₂	6,3×10^-18
CaCO₃	3,8×10^-9	PbCO₃	7,5×10^-14
CaSO₄×2H₂O	2,5×10^-5	PbCl₂	2×10^-5
CdS	1,6×10^-28	PbCrO₄	1,8×10^-14
CdCO₃	1×10^-12	Pb(OH)₂	5×10^-16
Co(OH)₂	2×10^-15	PbS	2,5×10^-27
CuC₂O₄	2,5×10^-22	PbSO₄	1,6×10^-8
Cu₂S	1×10^-48	SnS	2,5×10^-27
CuS	6×10^-38	Sn(OH)₄	1×10^-57
FeCO₃	3,5×10^-11	SrCO₃	4×10^-8
Fe(OH)₂	8×10^-16	SrSO₄	3,2×10^-7
Fe(OH)₃	6,3×10^-38	Zn(OH)₂	1×10^-¹⁷
FeS	5×10^-18	ZnS	1,6×10^-2⁴

Додаток 5

Стандартні електродні потенціали деяких окисно-відновних систем у водних розчинах

№ п/п	Електродний процес	, В
	Ag⁺ + e = Ag	0,799
	Al ³⁺+ 3e = Al	-0,663
	Ca²⁺ + 2e = Ca	-2,866
	Cu²⁺ + 2e = Cu	0,337
	Zn²⁺ + 2e = Zn	-0,763
	Pb⁴⁺ + 2e = Pb²⁺	1,694
	J₂₍_тв₎+ 2e = 2J^-	0,536
	HIO + H⁺ + e = ½ J₂ + H₂O	1,45
	SiF₆^2-+ 4e = Si+ 6F^-	-1,20
	SiO₃^2-+ 3H₂O + 4e = Si + 6OH^-	-1,73
	H₃PO₃ + 3H⁺ + 3e = P + 3H₂O	-0,49
	PO₄^3- +2H₂O + 2e = HPO₃^2-+ 3OH^-	-1,05
	H₃PO₄ + 2H⁺ + 2e = H₃PO₃ + H₂O	-0,276
	H₂SO₃ +4H⁺+ 4e = S + 3H₂O	0,45
	SO₄^2- + H₂O + 2e= SO₃^2- + 2OH^-	-0,90
	SO₃^2-+ 3H₂O + 6e= S^2-+ 6OH^-	-0,61
	2SO₃^2- + 3H_:O + 4e = S₂O₃^2- + 6OH^-	-0,58
	SO₄^2-+ 2H⁺ + 2e = H₂S0₄ + H₂O	0,20
	S₂O₆^2-+ 4H⁺ + 2e = H₃SO₃+ H₂O	0,20
	S + 2e = S^2-	-0,48
	SO₄^2- + 8H⁺ + 8e = S^2- + 4H₂O	0,149
	SO₄^2- + 4H⁺ + 2e = H₂SO₄ + H₂O	0,17
	2NO₃^-+ 2H₂O +2e= N₂O₄ + 4OH^-	-0,85
	NO₃^- + NO + e = 2NO₂	-0,58
	NO₂^- + H₂O + e = NO + 2OH^-	-0,46
	NO₃^- + 5H₂O + 6e = NH₂OH + 7OH^-	-0,30
	N₂O₂^2- + 6H₂O + 4e = 2NH₂OH + 6OH^-	-0,73
	N₂O+ H₂O + 6H⁺ + 4e = 2NH₃OH⁺	-0,05
	NO₃^- +H₂O + 2e = NO₂^-+ 2OH^-	0,01
	2NO₂^- +3H₂O + 4e = N₂O +6OH^-	0,15
	HNO₂ +5H⁺ +4e = NH₃OH⁺ +H₂O	0,62
	NO₃^-+ 3H⁺ + 2e = HNO₂+ H₂O	0,94
	NO₃^- + 4H⁺ +3e = NO + 2H₂O	0,96
	HNO₃ + H⁺ + e = NO + H₂O	1,00
	2HNO₃ + 4H⁺ + 4e = N₂O + 3H₂O	1,29
	NH₃+ 3H⁺ + 2e = NH₄⁺ + H₂	1,96
	Fe₂S₃ + 2e = 2FeS + S^2-	-0,67
	Fe(OH)₃ + e = Fe(OH)₂ + OH^-	-0,56
	Fe²⁺ + 2e = Fe	-0,440
	Fe³⁺ + 3e = Fe	-0,037
	Fe³⁺ + e = Fe²⁺	0,771
	FeO₄^2- +8H⁺+ 3e = Fe³⁺ +4H₂O	1,90
	Mn(OH)₃ + e = Mn(0H)₂ + OH^-	-0,40
	MnO₂ + H₂O + 2e = Mn(OH)₂ +2OH^-	-0,05
	Mn(OH)₃ +e= Mn(OH)₂ +OH^-	0,10
	MnO₄^- +2H₂O + 3e = MnO₂ + 4OH^-	0,57
	MnO₄^2- +2H₂O +3e = MnO₂ + 4OH^-	0,58
	MnO₂ + 4H⁺ + 2e = Mn²⁺ +2H₂O	1,23
	Mn³⁺ + e = Mn²⁺	1,51
	MnO₄^- + 8H⁺ + 5e = Mn²⁺ + 4H₂O	1,51
	MnO₄^- + e = MnO₄^2-	0,54
	ClO₃^- + H₂O + e = ClO₂ + 2OH^-	-0,45
	ClO₄^- +H₂O +2e= ClO₃^- + 2OH^-	0,17
	ClO₃^- + H₂O + 2e = ClO₂^- + 2OH^-	0,35
	ClO₂^- + H₂O + 2e = ClO^- + 2OH^-	0,59
	ClO₃^- + 3H₂O + 6e = ClO^- + 6OH^-	0,62
	ClO₄^- +4H₂O +8e = Cl^-+ 8OH^-	0,51
	2C1O^- + 2H₂O +2e = Cl₂+ 4OH^-	0,52
	ClO₂^- + H₂O + 2e = CIO^- + 2OH^-	0,66
	ClO^- + H₂O + 2e = Cl^- + 2OH^-	0,89
	ClO₄^- + 2H⁺+ 2e = ClO₃^- + H₂O	1,19
	C1O₃^- + 3H⁺ +2e = HC1O₂ + H₂O	1,21
	ClO₄^- + 8H⁺+ 7e = 1/2Cl₂ + 4H₂O	1,34
	ClO₃^- + 6H⁺ +6e= Cl^- +3H₂O	1,45
	Cl₂+ 2e = 2Cl^-	1,36
	HC1O + H⁺ + 2e =Cl^- +H₂O	1,49
	HC1O₂ +3H⁺+ 4e = Cl^- + 2H₂O	1,56
	CrO₄^2-+4H₂O + 3e = Cr(OH)₃ + 5OH^-	-0,12
	Cr₂O₇^2- +14H⁺ +6e= 2Cr³⁺ + 7H₂O	1,33
	CrO₄^2-+6H⁺ + 3e = Cr³⁺ + 3H₂O	1,335
	Cr³⁺ + e = Cr²⁺	-0,41
	JO₃^- + 6H⁺ +5e = 1/2J₂ +3H₂O	1,195
	JO₃^- + 3H₂O + 6e = J^-+ 6OH^-	0,26
	BrO₃^- + 3H₂O + 6e = Br ^-+6OH^-	0,61
	BrO^-+H₂O + 2e = Br^- + 2OH^-	0,76
	Br₂ + 2e = 2Br^-	1,065
	HBrO + H⁺ +2e = Br^- + H₂O	1,33
	BrO₃^- + 6H⁺+ 5e = ½ Br₂ + 3H₂O	1,52
	HBrO + H⁺+ e = ½ Br₂ + H₂O	1,59
	½ H₂ + e = H^-	-2,23
	2H⁺+ 2e = H₂	0,000
	2H⁺ + 2e = H₂ (pH = 7)	-0,414
	O₂ + e = O₂^-	-0,56
	O₂ +2H₂O + 4e = 4OH^-	0,401
	O₂ + 4H⁺ + 4e = 2H₂O	1,229
	O₂ + 2H⁺ + 2e = H₂O₂	0,682
	H₂O₂+2H⁺+ 2e = 2H₂O	1,77
	PbO₂ + 4H⁺ + 2e = Pb²⁺ + 2H₂O	1,455

Фізичні величини та числові значення деяких констант:

- одиниці маси (m) 1 г = 10^{-3 кг;}

- одиниці об’єму (V) 1 дм³ = 1 л = 10^{-3 м3};

- одиниці густини (r) 1 г/мл або г/см³ = 10^-3 г/л або г/дм³ або кг/м³;

- одиниці часу (t) 1 год = 60 хв або 3600 с;

- одиниці тиску (р) 1 атм = 760 мм рт.ст. = 100325 Па = 101,3 кПа або

1мм рт.ст. =1,31×10^-3 атм = 133,322 Па;

- одиниці теплоти та енергії (Q, E) 1 кал = 4,1868 Дж або

1 еВ = 1,602×10^-19 Дж;

- одиниця електричного заряду (Q, q) 1- = 1,602×10^-19 Кл;

- число Авогадро (С¹² = 12,0000…..) N_А = 6,02252×10²³ моль^-1;

- заряд електрона - = (4,8030 ± 0,001) × 10^-10 ел.ст.од. = 1,602 × 10^-19 Кл;

- маса електрона m = 9,1091 × 10^{-31 кг = 0,00054860 а.о.м.;}

- газова стала R = 1,9872 кал× град^-1×моль^-1 = 8,3143 Дж ×К^-1×моль^-1 =

= 0,082057 л× атм× град^-1×моль^-1;

- молярний об’єм (ідеальний газ, 0°С, 1 атм) = 22,414×10³ см³×моль^-1 =

=22,414 л = 2,241436 ×10^{-2 м3} ×моль^-1;

- стала Планка h = 6,6256 × 10^-27 ерг × с = 6,6256 × 10^-34 Дж × с;

- швидкість світла у вакуумі = 2,99795 × 10⁸ м × с^-1;

- p = 3,14159;

- е = 2,7183;

- ln 10 = 2,3026;

- константа Фарадея F = 96487 Кл/моль;

- абсолютна температура плавлення льоду Т_{пл. льоду}= 273,15 К;