VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ PAVLA ROVNANÍKOVÁ JITKA MALÁ PAVEL ROVNANÍK STAVEBNÍ CHEMIE

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ

PAVLA ROVNANÍKOVÁ JITKA MALÁ PAVEL ROVNANÍK

STAVEBNÍ CHEMIE MODUL 4 CHEMIE VODY, OVZDUŠÍ A ORGANICKÝCH STAVEBNÍCH MATERIÁL

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

Stavební chemie ⋅ Modul M04

© Pavla Rovnaníková, Jitka Malá, Pavel Rovnaník, 2004

- 2 (47) -

Obsah

OBSAH 1 Informace k modulu M04 ............................................................................5 1.1 Cíle ........................................................................................................5 1.2 Požadované znalosti ..............................................................................5 1.3 Metodický návod na práci s textem ......................................................5 1.4 Chemické výpo ty.................................................................................5 2 Voda ...............................................................................................................6 2.1 Základní vlastnosti vody .......................................................................6 2.2 Voda v životním prost edí.....................................................................7 2.3 Úprava vody pro její použití .................................................................9 2.4 Odpadní voda a její išt ní..................................................................10 2.5 Voda ve stavebnictví ...........................................................................11 2.6 Autotest ...............................................................................................13 3 Vzduch a ovzduší ........................................................................................14 3.1 Složení atmosféry................................................................................14 3.2 Plynné exhalace...................................................................................14 3.3 Aerosoly ..............................................................................................16 3.4 Ochrana ovzduší..................................................................................17 3.5 Autotest ...............................................................................................17 4 D evo a celulóza ..........................................................................................18 4.1 Chemické složení d eva ......................................................................18 4.2 Znehodnocující initelé d eva a ochrana proti nim.............................20 4.3 Autotest ...............................................................................................22 5 Živice............................................................................................................23 5.1 Asfalty .................................................................................................23 5.2 Dehty a smola......................................................................................24 5.3 Autotest ...............................................................................................25 6 Plasty............................................................................................................27 6.1 P íprava plast .....................................................................................27 6.2 Vlastnosti plast ..................................................................................28 6.3 Zpracování plast ................................................................................28 6.4 Nejb žn ji používané plasty ...............................................................29 6.4.1 Plasty p ipravené polymerací................................................29 6.4.2 Plasty p ipravené polykondenzací ........................................31 6.4.3 Plasty p ipravené polyadicí...................................................32 6.5 Degradace a stabilizace polymer .......................................................32 6.6 Praktické použití vysokomolekulárních látek ve stavebnictví ............33 6.6.1 Plastbetony............................................................................33 6.6.2 Polymerbetony ......................................................................34 6.6.3 Ostatní materiály...................................................................34 6.7 Autotest ...............................................................................................35 7 Kvalitativní analytická chemie..................................................................36 - 3 (47) -


8 Chemické výpo ty ...................................................................................... 38 8.1 Látkové množství ............................................................................... 38 8.2 Stechiometrie...................................................................................... 38 8.3 Výpo ty z chemické rovnice .............................................................. 41 8.4 Bilan ní pravidlo ................................................................................ 43 8.5 Neutralizace........................................................................................ 44 8.6 pH ....................................................................................................... 46 9 Studijní prameny ....................................................................................... 47 9.1 Seznam použité literatury ................................................................... 47 9.2 Seznam dopl kové studijní literatury................................................. 47 10 Klí .............................................................................................................. 47

- 4 (47) -

Informace k modulu M04

1

Informace k modulu M04

1.1

Cíle

Cílem modulu je podat základní informace o vod , která má nezastupitelnou roli v život organizm , a všech d jích p írodních i technogenních. Voda je uvedena z pohledu životního prost edí, dále jako voda pitná a odpadní a v neposlední ad jako voda, která tvo í médium pro agresivní látky p sobící na stavební materiály. Kapitola o vzduchu a ovzduší se zabývá o složením vzduchu a také škodlivinami, které p sobí negativn na stavební materiály. Další kapitoly jsou zam eny na materiály, které jsou založeny na organických látkách, tj. d evo, živice a syntetické polymery. Jsou podány jejich základní chemické charakteristiky, zp soby jejich degradace a ochrana proti ní. Pro tuto kapitolu je nezbytná základní znalost organické chemie.

1.2

Požadované znalosti

Pro studium tohoto modulu je nezbytná znalost obecné chemie, uvedené v modulu 01. Pokud máte nedostatky ve znalostech st edoškolské chemie, je možno si je doplnit z publikace Vacík. J. a kol. P ehled st edoškolské chemie. Praha: SPN, 1990.

1.3

Metodický návod na práci s textem

Nápl tohoto modulu studujte až po zvládnutí látky v p edchozích modulech. Po nau ení kapitoly si zodpov zte kontrolní otázky, zkuste si napsat uvedené chemické rovnice. Zárove spl te zadané úkoly. Na konci celé kapitoly si ov te znalosti autotestem. Výsledky úkol a autotestu jsou uvedeny na stran 48. Odpov di na kontrolní otázky naleznete v textu p íslušné kapitoly.

1.4

Chemické výpo ty

Na konci modulu jsou p íklady chemických výpo t , které jsou rozd leny tématicky do p ti kapitol. Jsou uvedeny vzorové p íklady a p íklady k procvi ení, u nichž je uveden výsledek. Propo ítejte všechny p íklady, obdobné jsou zadány ve zkouškových testech.

- 5 (47) -


2

Voda

Cíl kapitoly: V této kapitole se dozvíte základní informace o vlastnostech vody a o vod v životním prost edí. Stru n probereme, jak se voda upravuje pro r zné ú ely použití a jak se istí odpadní vody. Záv rem se budeme zabývat vodou ve stavebnictví. Klí ová slova: srážková voda, podzemní voda, povrchová voda,betoná ská voda, eutrofizace, metanizace, odželezení, odkyselení

2.1 Základní vlastnosti vody Molekula vody se skládá ze dvou atom vodíku a jednoho atomu kyslíku (H2O). V této podob se vyskytuje v plynném skupenství – jako vodní pára. V kapalném skupenství jsou molekuly vody spojeny vodíkovými vazbami do v tších celk (asociát ), obsahujících 3 – 8 molekul vody (Obr. 2.1).

H H

+

O

H H

O

H H

O

δ+

δ−

H H

O

H

– O

H

vodíková vazba

kovalentní vazba

Obr. 2.1 Schéma spojených molekul vody V tuhém skupenství (led) vzniká za normálního tlaku struktura, jejíž opakující se jednotkou je pravidelný ty st n. Tato struktura je prostorov náro n jší než agregáty v kapalném skupenství, proto má led menší hustotu než voda o teplot 0 °C. P i p echodu z kapalného do pevného skupenství tedy vzr stá objem vody až o 10 %. Se zvyšováním teploty vody od 0 °C do cca 4 °C se zvyšuje i její hustota. Teprve další r st teploty vede ke snižování hustoty vody, podobn jako tomu je u jiných kapalin. P i teplot 3,98 °C je tedy hustota vody maximální a dosahuje hodnoty 1000 kg⋅m–3. Tento anomální jev má význam pro život ve vod , protože zp sobuje zamrzání vody od hladiny, kde je hustota nižší než v hlubších vrstvách. Teplota tání a teplota varu vody (0 °C a 100 °C p i tlaku 101,3 kPa) jsou základní body Celsiovy teplotní stupnice. Pro p evod 1 g vody z pevného do kapalného skupenství p i 0 °C (skupenské teplo tání) je nutno dodat energii 0,33 kJ, pro p evod 1 g vody z kapalného do plynného skupenství p i teplot 100 °C (skupenské teplo vypa ování) je nutno dodat energii 2,3 kJ. Stejná množství tepla se uvolní p i tuhnutí vody nebo kondenzaci páry. Molekuly vody vykazují dipólový moment, nebo polární vazby mezi atomem kyslíku a atomy vodíku svírají úhel 104,5°. Z toho vyplývá polární charakter vody a skute nost, že je dobrým rozpoušt dlem zejména polárních látek (nap . solí).

- 6 (47) -

Voda

Otázka k zamyšlení Pro není vhodné chladit nápoje p i teplotách menších než 0 °C ve sklen ných lahvích? Kontrolní otázka P i jaké teplot má voda nejv tší hustotu? Úkol 2.1 Nakreslete vertikální rozvrstvení r zn teplých vodních mas (teplotní zonaci) ve vodní nádrži v letním a v zimním období!

2.2 Voda v životním prost edí Množství vody v p írod iní na zem kouli 1337 milionu km3. Z toho p ipadá 97,2 % na vody mo í a oceán , které pokrývají více než 70 % zemského povrchu a mají vysoký obsah minerálních látek – solí – v pr m ru kolem 30 g·l–1. Voda mo í a oceán se odpa uje do ovzduší, kde kondenzuje, a dopadá na zemský povrch jako voda srážková ve form dešt nebo sn hu. Množství srážek bývá od 0 do 2000 mm·rok–1 i více (v R kolem 700 mm.rok–1) a do zna né míry ur uje charakter krajiny. Srážková voda dopadající na pevnou zem se áste n odpa uje, áste n proniká do podzemí, kde obohacuje zásoby podzemní vody, které mohou vyv rat jako pramenitá voda, a áste n odtéká jako voda povrchová zp t do mo í. Uvedený soubor jev nazýváme kolob h vody v p írod . Srážková voda se p i pr chodu atmosférou obohacuje kapalnými, tuhými i plynnými látkami obsaženými v ovzduší. Stálou složkou vzduchu je CO2, který bývá obsažen ve srážkových vodách v koncentracích 0,1 – 0,3 mmol⋅l–1, a zna n zvyšuje jejich agresivní ú inek na stavební materiály i na horninové prost edí. Vlivem antropogenní innosti, zejména vlivem exhalací vznikajících p i spalování fosilních paliv, je ovzduší obohacováno oxidem si i itým a oxidy dusíku, p edevším NO2. Tyto slou eniny jsou p í inou tzv. kyselých deš , obsahujících kyselinu sírovou a dusi nou, které mohou zp sobit pokles pH až na hodnotu 2,5. Podzemní vody obsahují látky, jimiž se voda obohatila p i pr chodu horninovým prost edím. Jsou to p edevším vysoké koncentrace rozpušt ných anorganických slou enin, mezi nimiž p evažují soli tvo ené kationty sodnými (Na+), draselnými (K+), vápenatými (Ca2+) a ho e natými (Mg2+) a anionty hydrogenuhli itanovými (HCO3–), chloridovými (Cl–), síranovými (SO42–) a také dusi nanovými (NO3–), které se do podzemních vod dostávají p edevším vlivem zem d lské innosti. Jestliže obsah rozpušt ných minerálních látek nebo obsah CO2 p ekro í 1000 mg·l–1, mluvíme o vodách minerálních. Podzemní vody obsahují obvykle nízké koncentrace organických látek. Teplota podzemních vod je pom rn stálá, vzr stá však s hloubkou, a to cca o 1 °C na každých 33 m. Ve st ední Evrop je v hloubce 10 m pod zemským povrchem teplota podzemní vody kolem 9,5 °C. Podzemní voda s teplotou nad 25 °C se nazývá termální.

- 7 (47) -


Povrchové vody vznikají z vod podzemních a srážkových. Obsah rozpušt ných anorganických slou enin se pohybuje mezi pr m rným složením obou t chto typ vod, jak vyplývá z p ehledu v tabulce 2.1. Z minerálních složek vody má velký význam p ítomnost hydrogenuhli itan pro jejich tlumivý (zmír ující) ú inek v i p ídavku silných kyselin a zásad. Tabulka 2.1 Obsah anorganických slou enin v r zných typech vod Typ vody

Koncentrace minerálních slou enin

srážková

jednotky až desítky mg⋅l–1

povrchová

200 – 300 mg⋅l–1

podzemní

300 – 500 mg⋅l–1

minerální

více než 1000 mg⋅l–1

Oproti podzemním vodám obsahují vody povrchové podstatn vyšší koncentrace organických látek. Ty jsou obsaženy v živých organizmech, žijících v tomto prost edí, ve zbytcích jejich odum elých t l i v produktech metabolizmu (látkové vým ny). Vzhledem k po etnosti a r znorodosti organických látek se ve vodách stanovuje bu jejich sumární koncentrace, nebo koncentrace ur ité charakteristické skupiny jako jsou tenzidy, fenoly aj. Z plyn rozpušt ných ve vod má mimo ádný význam kyslík, který podmi uje život vyšších organizm . Kyslík se dostává do povrchových vod stykem hladiny se vzduchem a je také produktem metabolizmu organizm obsahujících chlorofyl (rostliny). Jeho rozpustnost je závislá p edevším na teplot – s jejím r stem se snižuje. Podzemní vody jsou bezkyslíkaté. Pro p em nu látek v p írod , a tedy i ve vodním prost edí, mají rozhodující význam mikroorganizmy, p edevším bakterie. Mnohé z nich získávají energii pot ebnou pro stavbu svých t l rozkladem organických látek. Probíhá-li rozklad za p ítomnosti molekulárního kyslíku, nazýváme tento d j aerobní, probíhá-li v nep ítomnosti O2, nazýváme jej anaerobní. Bakteriální rozklad organických látek za aerobních podmínek je podstatou procesu zvaného samo išt ní, kterým se povrchové vody zbavují p ivedeného zne išt ní. Z organizm obsahujících chlorofyl mají pro vodní prost edí nejv tší význam asy a sinice, které využívají jako zdroj C pro stavbu svých t l CO2 a jako zdroj energie slune ní zá ení. Protože CO2 je b žnou sou ástí p írodních vod, dochází v letních m sících k rozmnožení as a sinic, a tím k negativnímu ovlivn ní kvality vody. Uvedený jev se nazývá eutrofizace. Limitujícím faktorem je pro ni p ítomnost tzv. biogenních prvk – N a P. Otázky k zamyšlení Jak se v p írodním prost edí projevuje vliv kyselých deš ? Pro je podzemní voda kvalitn jším zdrojem pitné vody než voda povrchová? Kontrolní otázka Které jsou základní typy p írodních vod?

- 8 (47) -

Voda

Úkol 2.2 Srovnejte obsah minerálních látek v balených stolních vodách a v minerálních vodách. Všimn te si r zného zastoupení jednotlivých iont .

2.3

Úprava vody pro její použití

Voda je používána k rozli ným ú el m, podle nichž se ídí požadavky na jejich kvalitu. Hlavními oblastmi jejího použití jsou závlahy, spot eba v pr myslové výrob a vlastní spot eba obyvatelstvem. V pitné vod je limitována ada ukazatel chemických, radiologických i biologických. Z chemických ukazatel lze uvést nap . železo, mangan a další t žké kovy, celkovou sumu organických látek, chlorované uhlovodíky, chlorované bifenyly apod. Nejkvalitn jším zdrojem pitné vody jsou vody podzemní, které zpravidla nevyžadují úpravu. V n kterých p ípadech obsahují železnaté a manganaté soli, které by se p i rozvodu vody, asto za ú asti železitých a manganových bakterií, oxidovaly. Produkty oxidace – hydroxid železitý a hydratované oxidy manganito-mangani ité – by se vylu ovaly v potrubí a vedly by k jeho postupnému ucpání. Technologie odstra ování t chto kov z vody se nazývají odželezování a odmanganování. Jsou založeny na rychlém vylou ení výše uvedených oxida ních produkt a jejich odstran ní z vody filtrací. N které vody obsahují vysoké koncentrace oxidu uhli itého, který p sobí korozivn na beton a železo. Agresivní CO2 se z vody odstra uje tzv. odkyselováním, nap . aerací (provzduš ováním). Omezené zásoby kvalitních podzemních vod nutí k využívání i vod povrchových. Tyto vody, slouží-li jako zdroj pitné vody, musí být vždy upraveny. Standardním zp sobem úpravy je proces i ení p ídavkem železité nebo hlinité soli (sírany, chloridy). Železité soli hydrolyzují za vzniku p íslušných hydroxid : Fe3+ + 3 H2O

Fe(OH)3 + 3 H+

Hydrolýza hlinité soli probíhá analogicky. Vzniklé hydroxidy tvo í vlo kovitou sraženinu, která na sebe váže látky obsažené ve vod , p edevším látky tvo ící zákal. Separací sraženiny usazováním a filtrací p es pískové filtry se získá irá voda, zbavená do zna né míry zne iš ujících látek, v etn bakterií. N které látky jsou z hygienického hlediska vysoce závadné (chlorované uhlovodíky, n které t žké kovy), jiné zhoršují kvalitu vody již v nepatrných koncentracích zápachem (chlorfenoly). P ípustné koncentrace t chto látek jsou velice nízké a i ením se asto nedosáhne požadovaného ú inku. V t chto p ípadech lze zjednat nápravu použitím aktivního uhlí, které mnohé látky, neodstranitelné i ením, adsorbuje na svém povrchu. Vzhledem k nákladnosti úpravy je však v t chto p ípadech ú elné hledat jiný zdroj vody. Pitná voda nesmí obsahovat patogenní mikroorganizmy, což se prokazuje bakteriologickým rozborem. Voda pro ve ejné zásobování obyvatelstva musí být dezinfikována. Tím jednak dojde k usmrcení zbylých organizm , které se neodstranily v procesu úpravy, jednak se zabrání její sekundární kontaminaci p i - 9 (47) -


jejím rozvodu ke spot ebiteli. Nejobvyklejší dezinfek ní látkou používanou ve vodárenství je chlor a jeho slou eniny – chlornan a chloraminy. K závlahám, které se uplat ují p evážn v aridních oblastech, se používá obvykle povrchová voda bez p edchozí úpravy. Pr myslové podniky, ke kterým je možné p i adit i zem d lskou innost s výjimkou rostlinné výroby, používají vodu k r zným ú el m, podle nichž se ídí požadavky na její kvalitu. Zna né množství vody v pr myslu se spot ebuje pro oh ev a chlazení. Voda p ivád ná do kotl (napájecí) nesmí obsahovat ionty Ca2+ a Mg2+, které jsou p í inou tvorby kotelního kamene, vylu ujícího se jako kompaktní hmota (CaCO3 aj.) na st nách kotle. Pro odstran ní uvedených iont z vody (tzv. zm k ování) lze použít nap . iontom ni e, které vym ují ionty Ca2+ a Mg2+ za ionty Na+, které kotelní kámen netvo í. Otázka k zamyšlení Kde jste se setkali se vznikem kotelního kamene? Kontrolní otázka Které jsou základní technologie úpravy vody pro pitné ú ely?

2.4

Odpadní voda a její išt ní

Voda se po použití stává zm nou svých p vodních vlastností vodou odpadní. Odpadní vody z domácností nazýváme splaškové. K nim pat í i odpadní vody podobného charakteru z m stské vybavenosti (školy, ubytovací za ízení aj.). Splaškové vody spolu s pr myslovými a deš ovými vodami tvo í m stské odpadní vody. Ty jsou odvád ny ve ejnou kanalizací do vodního recipientu ( eka, vodní nádrž). Ne išt né odpadní vody zp sobují v recipientu následující závady: • zanášení dna obsahem nerozpušt ných látek • vznik podmínek, které vylu ují život vyšších organizm , vy erpáním rozpušt ného kyslíku • zhoršení hygienických vlastností obsahem patogenních mikroorganizm • vytvá ení podmínek pro eutrofizaci zvyšováním obsahu živin (N, P) • estetické nedostatky zp sobené hrubými ne istotami a pachové potíže díky probíhajícím hnilobným proces m. Pr myslové odpadní vody mohou vést k dalším závadám: • kontaminaci toxickými látkami • nep ípustné okyselení nebo alkalizování vody • extrémní oteplení vody aj. Z t chto d vod je nutné odpadní vody p ed vypoušt ním do recipientu istit. M stské odpadní vody se istí v m stských istírnách odpadních vod ( OV), pr myslové vody v pr myslových istírnách, které jsou nezbytné i pro jejich

- 10 (47) -

Voda

p ed išt ní p ed vypoušt ním do ve ejné kanalizace, pokud obsahují látky, které by narušovaly procesy probíhající na m stské OV. išt ní m stských odpadních vod spo ívá v odstran ní hrubých ne istot na eslích (m íže, p es které se voda filtruje), písku v lapa ích písku a suspendovaných látek v usazovacích nádržích. Dále následuje biologické išt ní, které probíhá na stejném principu jako aerobní samo isticí procesy, v OV je však intenzifikováno. V biologické isticí jednotce se trvale udržuje vysoká koncentrace bakterií, které využívají organické látky obsažené v odpadní vod jako substrát (zdroj živin), a tím je z vody odstra ují. Aerobní podmínky se v za ízení udržují nap . dmýcháním vzduchu. P i vhodném uspoádání lze v rámci biologického išt ní z vody krom organických látek odstranit i dusík a fosfor, a tak zamezit nežádoucí eutrofizaci. Biologický kal (bakterie) se od vy išt né vody separuje usazováním v tzv. dosazovací nádrži. Vy išt ná voda se vypouští do recipientu. Kal, vznikající v mechanickém i biologickém stupni išt ní, je závadný p edevším pro sv j obsah organické hmoty, která podléhá hnilobnému rozkladu. Proto se dále zpracovává – stabilizuje. Nej ast jším zp sobem stabilizace je metanizace, p i níž je kal v metaniza ní (vyhnívací) nádrži podroben anaerobnímu mikrobiálnímu rozkladu. V pr b hu metanizace je asi polovina organické hmoty p em n na na bioplyn (sm s metanu a oxidu uhli itého). Ten lze na OV využít jako zdroj energie. Stabilizovaný kal je odvodn n a odvážen ke kone nému zpracování (využití jako hnojivo v zem d lství, spalování, uložení na skládku). Pr myslové odpadní vody vyžadují podle svého složení speciální zp soby išt ní s uplatn ním fyzikáln -chemických proces jako je neutralizace, srážení, adsorpce, filtrace aj. N které vody s organickým zne išt ním (nap . potraviná ské) lze istit podobn jako m stské odpadní vody. Kontrolní otázky Z jakých krok je složen proces išt ní m stských odpadních vod? Co je smyslem stabilizace istírenského kalu?

2.5 Voda ve stavebnictví Cement je z chemického hlediska sm s r zných hlinitan a k emi itan vápenatých. Jejich stálost je dána rovnováhou s Ca(OH)2. Snižování obsahu Ca(OH)2 vede k rozkladu hlinitan a k emi itan vápenatých a beton ztrácí svou pevnost. Proto je agresivní p sobení jednotlivých složek vody spojeno p edevším s látkami reagujícími s hydroxidem vápenatým. Voda je nezbytnou sou ástí p i výrob betonu, nebo je nutná pro dosažení hydratace cementu. Voda používaná pro p ípravu erstvého betonu se nazývá zám sová a voda používaná k ošet ení (ovlh ení) betonu p i jeho tvrdnutí se nazývá ošet ovací. V souhrnu se jedná o tzv. betoná skou vodu. Požadavky na její kvalitu specifikuje SN EN 1008 Zám sová voda do betonu. Je v ní omezena koncentrace látek, které mohou zabra ovat hydrataci cementu nebo snižovat pevnost betonu. Ze stanovených ukazatel lze uvést nap . pH, chloridy, sírany, tenzidy aj. Významné jsou zejména huminové látky, vyskytující se ve

- 11 (47) -


zvýšených koncentracích ve vodách z rašeliniš a snižující pevnost betonu tím, že vážou vápník do komplexních slou enin. Náporové vody p icházejí do styku s hotovou stavební konstrukcí. Jejich korozivní p sobení závisí na typu a koncentraci agresivních látek, teplot , zp sobu kontaktu (voda stagnující nebo proudící), hydrostatickém tlaku vody, odolnosti betonu a stavu jeho povrchu. K tomuto typu vod pat í: • vody s nízkým obsahem minerálních látek (tzv. hladové) – vyluhují rozpustné složky betonu, p edevším hydroxid vápenatý; • kyselé vody – volné minerální nebo organické kyseliny neutralizují hydroxid vápenatý; • vody obsahující agresivní oxid uhli itý (p edevším podzemní vody p icházející do styku s betonovými základy) – CO2 reaguje s Ca(OH)2 za vzniku rozpustného hydrogenuhli itanu vápenatého: Ca(OH)2 + CO2

CaCO3 + H2O

CaCO3 + CO2 + H2O

Ca(HCO3)2

• síranové vody – sírany reagují s hydroxidem vápenatým za vzniku CaSO4⋅2H2O, který následn reaguje se slou eninami hliníku za vzniku hydratované slou eniny zvané ettringit, která p i krystalizaci zna n nabývá na objemu a krystaliza ním tlakem zp sobuje poruchy betonu: 3CaO⋅Al2O3⋅6H2O + 3CaSO4⋅2H2O + 19 H2O 3CaO⋅Al2O3⋅3CaSO4⋅31H2O • vody s vyšší koncentrací ho íku – ho ík reaguje s Ca(OH)2 za vzniku málo rozpustného Mg(OH)2: Mg2+ + Ca(OH)2

Mg(OH)2 + Ca2+

• vody s vyšším obsahem amoniakálního dusíku, který reaguje s Ca(OH)2: Ca(OH)2 + 2 NH4+

Ca2+ + 2 NH3 + 2 H2O

• vody obsahující sulfan (H2S), který se biochemicky oxiduje na kyselinu sírovou a zp sobuje korozi betonových stok; • vody siln alkalické, jejichž p sobením p echází k emi itany a hlinitany vápenaté, nap . CaSiO3 na rozpustn jší slou eniny, které se snáze vyluhují: CaSiO3 + 2 NaOH

Ca(OH)2 + Na2SiO3

Kontrolní otázky Které složky vody mohou p sobit agresivn na beton? Co je to hladová voda?

- 12 (47) -

Voda

2.6 Autotest 1. Co je to i ení? a) technologie sloužící k odstran ní zákalu z podzemních vod b) technologie sloužící k odstran ní zákalu z povrchových vod c) proces úpravy vody využívající hydrolýzy železitých a hlinitých solí d) odstra ování železa a manganu z podzemních vod 2. Metanizace: a) je proces aerobní stabilizace kalu b) je anaerobní mikrobiální rozklad organické hmoty kalu c) je proces, p i kterém vzniká bioplyn d) je základní metodou stabilizace istírenského kalu 3. Na beton p sobí agresivn : a) ho ík, sulfan, sírany, amoniakální dusík b) nízké pH, sulfan, sírany, dusi nanový dusík c) ho ík, agresivní oxid uhli itý, organické látky, sírany d) sulfan, agresivní oxid uhli itý, huminové látky, hydroxid vápenatý .

- 13 (47) -


3

Vzduch a ovzduší

Cíl kapitoly: V této kapitole se dozvíme o jednotlivých složkách atmosféry, o zne iš ujících látkách a o jejich agresivním p sobení na stavební materiály. Klí ová slova: atmosféra, plynné exhalace, aerosol, smog, koagulace

3.1 Složení atmosféry Plynný obal zem koule tvo í ovzduší (atmosféru), sahající do výše asi 300 km. S rostoucí vzdáleností od zem se jeho hustota snižuje. Vzduch je sm sí plyn , obsahuje však i látky v jiných skupenstvích. Suchý vzduch má v nižších vrstvách atmosféry složení v objemových procentech: N2 – 78,09, O2 – 20,94, Ar – 0,93 a CO2 – 0,038 %. Atmosférický vzduch obsahuje i prom nlivé množství vodní páry, zpravidla od 1 do 3 %. Dále vzduch obsahuje látky o velice nízké koncentraci (mikrokomponenty), nap . vzácné plyny, oxid uhli itý a ozon. Z t chto látek má zvláštní význam ozon, který se vyskytuje ve zvýšených koncentracích v horních vrstvách atmosféry. Ozon absorbuje ultrafialové zá ení, škodlivé pro organizmy, a vytvá í tak ochranný obal kolem zem koule. Zachování ozonové vrstvy, k jejímuž poškozování dochází vlivem n kterých exhalací (nap . freony – chlorofluorované uhlovodíky), má proto zásadní význam pro další existenci života na naší planet . Kontrolní otázka Který plyn p evažuje v atmosfé e? Jaký je obsah oxidu uhli itého ve vzduchu?

3.2 Plynné exhalace Lidskou inností se do ovzduší dostávají látky, zp sobující ve zvýšených koncentracích celkové poškození biosféry a zdravotní problémy lidské populace v takto zasaženém regionu. Pon vadž lov k vdechne za den asi 15 kg vzduchu, mohou i nepatrné koncentrace n které z jeho složek znamenat nezanedbatelný p ívod do lidského organizmu. Zne iš ující látky ve vzduchu lze d lit podle skupenství na plynné, kapalné a tuhé. Z plynných látek pat í k nejzávažn jším složkám zne išt ní ovzduší oxid si i itý (SO2), který je u nás hlavní p í inou plošné devastace les , dále pak oxidy dusíku, oxid uhelnatý a uhlovodíky. Jejich nejvyšší p ípustné koncentrace jsou uvedeny v tabulce 3.1 (v mg·m–3 p i 0 °C a 101,3 kPa). Hlavním zdrojem SO2 v ovzduší je spalování fosilních paliv, obsahujících 1 až 10 % S, z níž je 85 až 95 % uvol ováno jako SO2. Nejvíce SO2 je exhalováno do ovzduší tepelnými elektrárnami spalujícími uhlí. K tomu p ispívají další zdroje, jako jsou domácnosti vytáp né uhlím, výroba kyseliny sírové, pražení sirných rud, rafinerie ropy aj. Oxid si i itý je zvolna oxidován na SO3, který hydratuje na H2SO4. Rychlost této oxidace závisí na ad faktor , jako je teplota a vlhkost vzduchu

- 14 (47) -

Vzduch a ovzduší

i p ítomnost dalších látek, které proces urychlují. Z uvedeného d vodu setrvává SO2 v ovzduší obvykle 2 až 7 dn . P i nedostate ných rozptylových podmínkách dosahuje jeho koncentrace v ovzduší exponovaných oblastí (blízkost tepelných elektráren) hodnoty p evyšující povolené limity. Tabulka 3.1 Nejvyšší p ípustné koncentrace škodlivin v ovzduší škodlivina

krátkodobé p sobení (30 min)

denní pr m r

SO2

0,5

0,15

CO

6

1,0

NOx (jako NO2)

0,3

0,1

benzen

2,4

0,8

Pozn. Benzen byl zvolen jako asto se vyskytující zástupce uhlovodík . Z dusíkatých slou enin je v ovzduší nejzávažn jší oxid dusnatý (NO) a oxid dusi itý (NO2). První vzniká p ímým slou ením prvk p i teplotách nad 1000 °C. V p ítomnosti O2 se rychle oxiduje na NO2, který p i v tších koncentracích tvo í hn dé dýmy (exhaláty pr myslových závod ) a rozpouští se ve vod na kyselinu dusi nou HNO3. Koncentrace t chto oxid (ozna ených NOx) v ovzduší se vyjad uje p epo tem na NO2. Zdrojem oxid dusíku jsou p edevším motorová vozidla. Další exhalace pocházejí z tepelných elektráren, tepláren, spaloven odpad a z výrobních proces (výroba kyseliny dusi né, hnojiv, skla, cementu aj.). Oxidy dusíku vznikají i p i elektrických výbojích v atmosfé e. istý vzduch jich obsahuje cca 8 g·m–3. Ve velkom stech iní exhalace NOx vlivem motorových vozidel až desítky t⋅km–2 za rok. Produktem nedokonalého spalování je oxid uhelnatý, který je krevním jedem, nebo se váže na krevní barvivo (hemoglobin) a blokuje tím jeho funkci p enaše e kyslíku. Ve výfukových plynech zážehových motor je kolem 4,0 % CO. Jeho dalšími zdroji jsou emise topeniš . V ovzduší dochází k jeho pozvolné oxidaci na CO2. Proces je však pomalý, takže ke snížení koncentrace CO na polovinu dochází ádov za m síce až roky. V místech velkého provozu motorových vozidel mohou dosahovat koncentrace CO v ovzduší 100 mg·m–3 i více. Oxid uhli itý vzniká dokonalým spalováním uhlíku nebo organických látek. Vzniká také mikrobiálním rozkladem organických slou enin a je vydechován živo ichy. Rostliny jej využívají k syntéze své organické hmoty, a tím významn p ispívají k jeho odstra ování z ovzduší. P esto se vlivem lidské innosti jeho obsah v atmosfé e zvolna zvyšuje. V roce 1900 byl 522 mg⋅m–3, souasná koncentrace je kolem 726 mg⋅m–3. CO2 pat í mezi tzv. skleníkové plyny (vedle vodní páry, metanu aj.), protože zabra uje vyza ování tepelné energie zemským povrchem do volného mezihv zdného prostoru a je tak významným regulátorem teploty zemského povrchu. Ze zvyšování obsahu skleníkových plyn v atmosfé e se vyvozuje nebezpe í zvýšení teploty Zem a z toho vyplývající globální zm ny klimatu. Další složkou atmosféry jsou uhlovodíky, z nichž p evažuje metan jako produkt anaerobního rozkladu organické hmoty. Jeho koncentrace v ovzduší bývá kolem 1 mg⋅m–3. Závažn jší jsou vyšší uhlovodíky, vyskytující se ve výfukových plynech spalovacích motor (penteny a hexeny) a unikající i odparem - 15 (47) -


z vozidel. Odhaduje se, že až 5 % prodaného benzinu se tak dostává do ovzduší. Emise uhlovodík ve velkom stech iní 10 – 20 t⋅km–2 za rok. ást z nich p echází v p ítomnosti oxid dusíku a sv tla na polymery, které vytvá ejí centra pro vznik kondenza ního vzdušného aerosolu (viz níže). Kontrolní otázky Jaké jsou zdroje oxid síry a dusíku v ovzduší? Co je to skleníkový efekt?

3.3 Aerosoly Významnou složkou ovzduší jsou kapalné a tuhé látky velikosti makromolekul až makroskopických prachových nebo pískových ástic od 10–4 do 103 m. Jejich p vod m že být p irozený (zví ený prach, mo ské soli, vulkanické ástice), nebo um lý (vliv lidské innosti). Nazývají se aerosoly. Jsou-li kapalné konzistence, tvo í mlhy, jsou-li tvo eny tuhými látkami, tvo í prach nebo dým. P i p esycení vodními párami dochází na tuhých ásticích ke kondenzaci za vzniku mlhy. Takto se uplat ují zejména ástice velikosti pod 0,1 m, které mohou mít i elektrický náboj. Ze vzdušného aerosolu, tvo eného p evážn ásticemi polymerizovaných uhlovodík , tímto procesem vzniká smog. Zdrojem tuhých ástic v ovzduší jsou spalovací procesy, p i nichž dochází k úletu popílku (kotelny, spalovny) a výrobní procesy, jako výroba cementu, hutní a metalurgické závody, jejichž exhalované ástice obsahují t žké kovy a další zne iš ující látky. K závažným tuhým aerosol m pat í živé organizmy, pyl rostlin o velikosti 10 až 50 m (u jehli nan až 120 m), zp sobující alergie a také viry obsažené v kapalných i tuhých aerosolech. Jejich velikost je 0,01 až 0,25 m a jsou p vodci ady onemocn ní (ch ipka, rýma, spalni ky, neštovice aj.). Také bakterie, jejichž velikost je od 0,2 do 60 m, mohou být nositeli závažných onemocn ní (stafylokokové a streptokokové plicní infekce, záškrt, erný kašel), i když vedle mnoha bakteriálních druh , majících zásadní význam v kolob hu látek v p írod , je patogen jen omezený po et. V istém venkovském vzduchu se po et všech bakterií pohybuje mezi 30 až 100 v 1 m3, ve m stech se po et zvyšuje na 100 až 1000 v 1 m3. Látky tvo ící aerosoly jsou z ovzduší odstra ovány pomocí sedimentace a koagulace. Zatímco koagulace p evládá u ástic do velikosti 0,1 m, sedimentace se uplat uje u ástic v tších, p ípadn vzniklých procesem koagulace. K odstra ování ástic z ovzduší dochází v pr b hu deš ových srážek, které vymývají také aerosoly tvo ené kapénkami roztoku H2SO4, HNO3 nebo jinými látkami. Kontrolní otázky Co je to aerosol? Jaké látky tvo í ve vzduchu aerosoly?

- 16 (47) -

Vzduch a ovzduší

3.4 Ochrana ovzduší Cestou k omezení výskytu nežádoucích složek zne išt ní ovzduší je instalování za ízení pro išt ní exhalát nebo zrušení provozu jejich producent , p ípadn náhrada za dokonalejší systémy. V makrom ítku se jedná p edevším o zachycení pevných ástic (popílku) a SO2 v kou ových plynech, zejména tepelných elektráren.

3.5 Autotest 1. Ozonová vrstva: a) absorbuje škodlivé ultrafialové zá ení b) se tvo í únikem exhalací p i spalování fosilních paliv c) je vrstva ozonu t sn nad povrchem Zem d) je poškozována exhalacemi freon 2. Oxid si i itý: a) je b žnou složkou atmosféry b) se do ovzduší dostává spalováním fosilních paliv c) je využíván rostlinami p i syntéze biomasy d) p echází v atmosfé e až na kyselinu sírovou a je jednou z p í in tzv. kyselých deš 3. Jak vzniká smog? a) únikem mikroorganizm do ovzduší b) p sobením dešt na aerosol ve vzduchu c) kondenzací vodní páry na ásticích polymerizovaných uhlovodík d) z aerosol v suchém vzduchu p i náhlém poklesu tlaku

- 17 (47) -


4

D evo a celulóza

Cíl kapitoly: V této kapitole se seznámíte s nejpoužívan jším p írodním organickým stavebním materiálem, jímž je d evo. Po seznámení s kapitolou budete znát chemickou podstatu d eva, jeho znehodnocující initele a ochranu proti nim. Klí ová slova: sacharidy, celulóza, lignin, plastifika ní p ísady, ochrana

4.1 Chemické složení d eva D evo je p írodní heterogenní materiál, který obsahuje v pr m ru 49 % uhlíku, 44 % kyslíku a 6 % vodíku. Tyto prvky se podílejí na struktu e hlavních složek d eva. Krom t chto základních prvk je ve d ev obsažen dusík (do 1 %) a malé množství anorganických prvk , které po spálení tvo í popel. D evo je tvo eno hlavními a doprovodnými složkami: • hlavní složky (90 až 98 %), které tvo í strukturu bun ných st n a mezibun nou hmotu, se d lí na − sacharidickou ást – 70 % (celulóza 43 až 52 %, hemicelulózy 20 až 35 %) − aromatickou ást – 20 až 30 % (lignin) • doprovodné složky (2 až 10 %) − organické (smoly, organické kyseliny, alkoholy, bílkoviny, chinony, taniny, alkaloidy, terpenoidy, fenoly, flavony) − anorganické (Ca2+, K+, Mg2+, PO43–, SiO32–, CO32–). Sacharidy (glycidy, cukry) jsou jedny z nejrozší en jších p írodních látek. D líme je na : • jednoduché (monosacharidy) – obecného složení CnH2nOn, kde n je celé íslo 2 až 7, nej ast ji však 5 (pentózy) a 6 (hexózy). Na každém uhlíku je vázaná skupina –OH nebo =O. Strukturu molekuly sacharidu lze vyjád it lineárním nebo cyklickým vzorcem, druhý lépe vystihuje skute nost. P íkladem je t eba vzorec glukózy: H

O CH2OH

H

OH

HO

H

H

OH

H

OH CH3

O

H H OH

H

H

OH

OH

cyklický

lineární

- 18 (47) -

H

OH

D evo a celulóza

Dalšími jednoduchými sacharidy jsou ribóza, fruktóza, galaktóza aj. Jednoduché cukry jsou v odborné literatu e uvád ny jako velmi ú inné p ísady zpomalující tuhnutí cementu. Již množství 0,2 % z hmotnosti cementu zna n ovliv uje rychlost hydratace cementu a p i vyšších koncentracích se rychlost hydrata ní reakce zcela zastaví. • složené – vznikají et zením molekul jednoduchých sacharid . Ze dvou molekul monosacharidu vznikají disacharidy (sacharóza, maltóza), et zením v tšího po tu molekul pak vznikají polysacharidy (škrob, celulóza), mající polymerní charakter. Vazba mezi jednotlivými molekulami monosacharid je uskute n na prost ednictvím kyslíkových m stk . CH2OH O

H

H

H H

H O HO

OH

Úkol 4.1 Pokuste se na základ uvedených obrázk nakreslit polysacharidový et zec. Sacharidy vznikají v p írod v rostlinách biochemickým procesem, který se nazývá fotosyntéza. V tomto procesu se oxid uhli itý a voda, za pomoci viditelného zá ení a chlorofylu, biochemickou cestou m ní na sacharidy a kyslík. 6 CO2 + 6 H2O

zá ení chlorofyl

C6H12O6 + 6 O2

Celulóza je podstatou podp rné tkán rostlin. Tento polysacharid je složen z opakujících se jednotek β-D-glukopyranózy. Délka et zce je r zná, obvykle je na sebe navázáno 8000 až 10 000 jednotek. et zce celulózy jsou vzájemn spojeny vodíkovými m stky, které jsou p í inou odolnosti celulózy proti p sobení vody a rozpoušt del. Celulóza se tedy nerozpouští v b žných rozpoušt dlech, p sobením silných kyselin a zásad podléhá hydrolýze. Ester celulózy a kyseliny dusi né se nazývá nitrocelulóza, která se vyzna uje transparencí, vysokou rázovou houževnatostí a odolností proti vzniku trhlin pod nap tím. Vlastnosti nitrocelulózy jsou dány obsahem dusíku a molekulovou hmotností. Nitrocelulóza se používá na výrobu celuloidu, nát rových hmot a lepidel. P sobením alkalických hydroxid p echází v alkalicelulózu. Její reakcí s alkylhalogenidy (CH3Cl, C2H5Cl apod.) Cel–ONa + ClCH3 Cel–ONa + ClC2H5

Cel–OCH3 + NaCl Cel–OC2H5 + NaCl

vznikají étery celulózy (metylcelulóza, etylcelulóza apod.). Dnes se z éter nejvíce vyrábí karboxymetylcelulóza, - 19 (47) -


Cel–ONa + ClCH2COONa

Cel–OCH2COONa + NaCl,

která váže fyzikáln vodu, což má vliv na zpracovatelnost maltovinových sm sí a beton . Používají se ve stavebnictví do prefabrikovaných omítkových sm sí a speciálních kompozit . Celulózová vlákna se ve stavebnictví používají jako rozptýlená výztuž do deskových materiál s cementovou nebo vápenok emi itou matricí. Slouží také jako ob tovaná vrstva pro odsolování zasoleného zdiva nebo stavebního kamene.

Hemicelulózy jsou lineární polysacharidy s et zcem kratším, než je u celulózy (150 až 250 jednotek monomer ). Hemicelulózy obsahují molekuly r zných monosacharid a mají tedy heterogenní stavbu. Lignin je polymerní látkou aromatického charakteru, základní stavební jednotkou je fenylpropan, který má atomy vodíku na jád e i v postranním et zci substituovány skupinami –OH, –OCH3 a –CHO. Ve d ev je lignin spojen s polysacharidovými et zci celulózy a hemicelulóza je uložena p evážn v mezibun né hmot . Lignin zvyšuje tlakovou pevnost d eva a jeho odolnost. P i zpracování d eva na celulózu se uvol uje ve form ligninsulfonanu sodného, který je rozpustný ve vod a používá se jako plastifika ní p ísada do betonových sm sí. Plastifika ní p ísady jsou látky, které již v malých dávkách (0,05 až 1 %) znateln ovliv ují zpracovatelnost betonu. P sobení plastifika ních p ísad spoívá ve snížení povrchového nap tí vody, a tím dokonalejšího smá ení povrchu cementových zrn. Tím dochází ke zlepšení zpracovatelnosti betonové sm si p i zachování stejného vodního sou initele. Kontrolní otázky Jakou funkci mají étery celulózy ve stavebnictví. K emu se používají plastifika ní p ísady a jaká je jejich chemická postata?

4.2 Znehodnocující initelé d eva a ochrana proti nim Znehodnocující initele d eva d líme na:

• biotické (bakterie, houby, hmyz) • abiotické (pov trnostní vlivy – zm ny teploty, vlhkost, slune ní zá ení, chemická koroze, ohe , mechanické opot ebení). Biotické poškození d eva zp sobují: Bakterie mají malý vliv na degradaci d eva v porovnání s houbami a hmyzem. Napadají hemicelulózy a celulózu, lignin je proti jejich p sobení odolný. Proces rozkladu m že probíhat ve d ev uloženém na vzduchu, pak na n j p sobí bakterie aerobní, nebo ve d ev uloženém ve vod , kde se uplatní bakterie anaerobní. Pro bakterie je výhodné, pokud je již d evo napadeno d evokaznými houbami, protože houby zp sobují rozklad polymer na nízkomolekulární látky, které jsou vhodnou potravou pro bakterie. Houby jsou významným initelem poškozujícím d evo. Ke svému r stu pot ebují vhodnou kombinaci vlhkosti (nad 30 %) a teploty (20 až 25 °C). Houby - 20 (47) -

D evo a celulóza

stopkovýtrusné celulózovorní rozkládají pouze polysacharidy (celulózu a hemicelulózy) a pat í sem d evomorka domácí, koniofera sklepní, pornatka zprohýbaná a trámovky. Tento druh hub zp sobuje tzv. hn dou hnilobu, tj. d j, který zp sobuje rozklad d eva. Napadené d evo postupn hn dne uvoln ným ligninem, ztrácí pevnost, stává se k ehkým a rozpadá se do pravidelných kvádík . Houby stopkovýtrusné lignivorní rozkládají všechny složky bun ných st n (polysacharidy i lignin), ale celulózu rozkládají v menší mí e než celulózovorní houby. Poškození d eva, které zp sobují, se nazývá bílá hniloba. D evo postupn m kne, má houbovitý vzhled a jeho rozpad je vláknitý. Zástupcem tohoto druhu hub je nap . outkovka pestrá nebo klanolistka obecná.

Hmyz vytvá í v d evní hmot chodbi ky a dutinky ve stadiu larev, které se vylíhnou z nakladených vají ek. Larvy se živí bakteriemi rozloženou d evní hmotou. P i v tším po tu larev d evo ztrácí pevnost a celistvost. Mezi nejznám jší d evokazný hmyz pat í ervoto a tesa ík krovový. Pro rozvoj d evokazného hmyzu je nutná 10 až 12 % vlhkost d eva, teplota 20 až 30 °C, ale larvy p ežívají v rozmezí teplot –20 až + 50 °C. Stádium larvy trvá u ervoto e 1 až 3 roky, v d evní hmot vytvá í chodbi ky s pr m rem 1,5 mm, výletové otvory mají pr m r 1,5 až 2,5 mm. Larva se zakuklí blízko povrchu, dosp lý brouk se prokouše na povrch d eva a naklade vají ka. Doba života dosp lce je 6 až 28 dní, sami ka za tu dobu naklade asi 30 vají ek. Tesa ík krovový je nebezpe n jší než ervoto . Vývojová stádia mají oba druhy stejná, ale sami ka tesa íka klade za sv j život až 400 vají ek a stadium larvy je 3 až 10 let. Pr m r chodbi ek je 3 až 5 mm, výletový otvor 10 až 20 mm.

Abiotické poškození d eva nastává p sobením chemikálií, vlhkosti, teploty i slune ního zá ení. Vodné roztoky kyselin a hydroxid zp sobují hydrolýzu složek d eva, snáze hydrolyzují polysacharidy než lignin. Rychlost hydrolýzy p sobením z ed ných roztok je nízká, se stoupající koncentrací rychlost reakce vzr stá. Poškození d eva závisí p edevším na propustnosti d eva pro kapaliny. D evo je dob e ho lavý materiál, je-li k dispozici dostatek vzduchu (obsahuje 21 % O2), spaluje se na oxid uhli itý a vodu, popel obsahuje nespalitelné anorganické látky. Nad teplotou 100 °C za íná d evo dehydratovat a p i teplot 130 až 150 °C se za íná rozkládat. P i teplot 180 až 195 °C se uvol ují ho lavé plyny, exotermní rozklad nastane p i teplot 270 až 280 °C. Tepelným rozkladem d eva se na povrchu vytvá í vrstva d ev ného uhlí, bohatá na uhlík, který se oxiduje na CO2 a CO. Slune ní zá ení, p edevším jeho UV složka, zp sobuje fotooxidaci složek d eva a degraduje lignin na nízkomolekulární produkty. Tyto reakce se navenek projeví barevnými zm nami povrchu d eva. Vlhkost, která vnikne do struktury d eva zp sobí zv tšení objemu, p i vysoušení se objem zmenšuje. Vlhkost ve d ev m že zp sobit, vlivem tvorby ledu p i záporných teplotách, vznik trhlin, stejn jako nap tí, vyvolané rozdílnou vlhkostí d eva na povrchu a ve hmot . - 21 (47) -


Ochrana d eva ve stavebnictví se odvíjí od zp sobu jeho užití. K ochran d eva pat í také správná stavebn -technická opat ení, jako jsou odvod srážkové vody, izolace proti zemní vlhkosti anebo výb r vhodné d eviny. D evo se opat uje nát ry na bázi vysychavých olej , napouští se vosky a ke zvýšení požární odolnosti se napouští roztokem vodního skla nebo boraxu (Na2B4O7⋅10H2O). Ochrana proti d evokaznému hmyzu se provádí insekticidními p ípravky, proti houbám a plísním pak p ípravky fungicidními.

4.3

Autotest

1. Jaké jsou hlavní složky d eva? a) chlorofyl b) dehet c) voda d) celulóza

2. Znehodnocení d eva nezp sobují: a) houby b) bakterie c) stavební pojiva d) slune ní zá ení

3. Lignin: a) je minoritní sou ást d eva b) je látkou polymerního charakteru c) obsahuje aromatické složky d) je odpadní materiál a nemá využití ve stavebnictví

- 22 (47) -

Živice

5

Živice

Cíl kapitoly: V této kapitole se dozvíte, co jsou to živice, jak se systematicky rozd lují, získávají a k emu se využívají. Budete také znát jejich chemické složení a n které d ležité vlastnosti. Klí ová slova: asfalty, malteny, asfalteny, dehet, smola

5.1 Asfalty Asfalty se nacházejí v p írod nebo se získávají p i destilaci ropy. Ve sv t je významné nalezišt p írodního asfaltu na Trinidadu a Bermudách, kde jsou p írodní asfaltová jezera. N kdy asfalt prostupuje horniny, jako pískovec nebo vápenec. Asfalty jsou pestrou sm sí r zných organických slou enin – alifatických i aromatických uhlovodík . Slou eniny, které jsou obsaženy v asfaltu, je možno rozd lit podle rozpustnosti v n-hexanu na dv hlavní skupiny: • malteny, olejovité sou ásti s relativní molekulovou hmotností 500 až 1000, jsou nositeli plastických a elastických vlastností asfalt ; d lí se na oleje, olejové a asfaltové prysky ice; rozpustné v n-hexanu • asfalteny, nerozpustné v n-hexanu; tmavé sou ásti o relativní molekulové hmotnosti 5000 až 10000; jsou nositeli tvrdosti asfalt Asfalty tvo í složitý koloidní systém, kde malteny p edstavují disperzní prost edí a asfalteny dispergovanou fázi ve form micel s ochranným koloidem na povrchu. P írodní asfalty jsou chemicky nejednotné, obsahují minerální p ím si. istí se p etavováním.

Kontrolní otázky Jaké vlastnosti mají malteny? Jakým zp sobem byste odd lili malteny od asfalten ? Ropné asfalty podle zp sobu destilace a další úpravy d líme na:

• primární destila ní asfalty – jsou tuhé až polotuhé; zpracovávají se p i teplot 150 až 180 °C; mají vysoký bod m knutí • krakované – zah íváním nad 350 °C se ropný destila ní zbytek rozkládá na slou eniny s menší molekulovou hmotností; jsou mén odolné proti atmosférickým vliv m • extrak ní asfalty – získávají se extrakcí rozpoušt dly z olejových ropných zbytk ; ty obsahují mén asfalten , a proto se používají jako nát ry • foukané, neboli oxidované asfalty – získávají se foukáním vzduchu do asfalt , ímž se stávají elasti t jší a mén citlivé ke zm nám teploty •

ed né asfalty – jsou to normální silni ní asfalty, jejichž viskozita je snížena p ídavkem rozpoušt dla; byly zavedeny k hospodárn jšímu provád ní silni ních staveb - 23 (47) -


Vlastnosti asfaltu jsou dány p edevším jeho strukturou. Jakost asfaltu se posuzuje p edevším podle bodu m knutí, který se stanoví proniknutím kovové kuli ky do asfaltu v závislosti na teplot . Je v rozmezí 40 až 120 °C. P i m ení penetrace se m í hloubka proniknutí jehly do asfaltu v normovaném p ístroji p i teplot 25 °C. Asfalty jsou látky chemicky odolné, odolávající b žným kyselinám a hydroxid m, narušuje je pouze koncentrovaná kyselina sírová. Vzhledem k chemickému složení jsou asfalty rozpustné v organických rozpoušt dlech. To je nutno zohlednit p i jejich aplikacích. Asfaltové emulze tvo í jemné ástice asfaltu rozptýlené ve vod v p ítomnosti emulgátoru, který zajiš uje stabilitu emulze. Jako stabilizátory se používají vyšší mastné kyseliny nebo jejich soli (mýdla). Izola ní asfaltové emulze obsahují na rozdíl od silni ních emulzí anorganické plnivo p sobící jako stabilizátor, jehož obsah v asfaltu je až 30 %. K p íprav asfaltových izola ních tmel se používá foukaných asfalt s minerálním plnivem anebo jemn mletou pryží. Asfaltové mastixy jsou podobné izola ním tmel m, obsahují jen vyšší podíl anorganického plniva (nap . jemn mletou vápencovou mou ku). Pro etné izola ní práce se používá izola ních vložek s vrstvou tkaniny, lepenky, plsti, sklen ných vláken, kovové fólie nebo makromolekulárních látek. Nejrozší en jší izola ní a st ešní lepenka se vyrábí jejím impregnováním asfaltovou hmotou o nízké teplot m knutí za tepla (230 °C). Po ochlazení takto impregnované lepenky asi na 100 °C se izolace opat uje ochranným jednostranným nebo oboustranným nát rem z tvrdého krycího asfaltu p i 160 °C. Nakonec se tato živi ná ochranná vrstva stabilizuje posypáním jemn zrnitými látkami (mastek, písek). P i tavení asfalt je nutná zvýšená opatrnost. Snadno ho í, obtížn se hasí a zp sobují t žko se hojící popáleniny.

5.2 Dehty a smola Dehty jsou tmav hn dé až erné kapaliny typického zápachu. Získávají se suchou destilací organických látek, nej ast ji uhlí, za nep ístupu vzduchu. K nejd ležit jším látkám obsaženým v dehtu pat í naftalen, fenoly, antracen, benzen, toluen a smola. Dehet je zdrojem surovin pro t žkou organickou chemii. Tuhým zbytkem po destilaci deht je smola. Jedná se o lesklou hmotu, jejíž teplotu m knutí (65 až 75 °C) lze zvýšit, podobn jako u asfalt , foukáním. Roztavená ernouhelná smola, zm k ená p ídavkem antracenových dehtových olej , se užívá jako pojivo pro silni ní živi né sm si.

Kontrolní otázky Jak rozd lujeme asfalty? Jaká nejd ležit jší vlastnost charakterizuje asfalt? Bude odolávat asfalt z ed ným roztok m kyselin a zásad? Co jsou to asfaltové emulze? - 24 (47) -

Živice

5.3 Autotest 1. Ur ete správné tvrzení. a) Asfalteny jsou rozpustné v n-hexanu? b) Asfalty jsou látky chemicky odolné. c) Asfalty se zpracovávají za tepla. d) Asfalty se získávají z uhlí.

2. Tuhým zbytkem po destilaci deht je: a) ropa b) smola c) uhlí d) asfalt

- 25 (47) -

Plasty

6

Plasty

Cíl kapitoly: V této kapitole se nau íme, co jsou to plasty, jaká je jejich chemická podstata. ekneme si také n co o jejich výrob , zpracování a využití ve stavebnictví. Klí ová slova: polymer, monomer, polymerace, polykondenzace, polyadice, termoplasty, reaktoplasty, degradace Pod pojmem plasty ozna ujeme takové látky, jejichž molekuly jsou velké útvary skládající se ze zna ného po tu atom vzájemn vázaných chemickými vazbami. Relativní molekulová hmotnost takovýchto makromolekul se zpravidla pohybuje v rozmezí 20 000 až 100 000, ale m že být i mnohem vyšší. Seskupení atom v makromolekule, délka et zc , jejich tvar, zvláštnost vztahu mezi jednotlivými atomy i mezi jednotlivými makromolekulami prop j uje makromolekulárním látkám ur ité specifické fyzikální a chemické vlastnosti. P i správném zp sobu použití p ed í v mnoha sm rech d íve používané materiály (ocel, cement, d evo, vlnu), a tak se dnes již mnohostrann uplat ují jako konstruk ní a jiný technický materiál.

6.1 P íprava plast Plasty lze obecn p ipravit bu polymerací, polykondenzací nebo polyadicí. Základem polymerace je pochod, p i n mž dochází k et zení molekul výchozích látek, tzv. monomer , za vzniku makromolekulární látky. Hlavní podmínkou polymerace je p ítomnost nenasycených vazeb v molekule monomeru. Polymerace je však ovlivn na také p ítomností substituent na základním uhlovodíku, jejich po tem, charakterem a polohou. P íkladem polymerace je vznik polyetylenu z etylenu (etenu). n CH2 = CH2

[–CH2 – CH2 –]n

P i polykondenzaci dochází k mnohonásobn opakované kondenzaci nej ast ji dvou výchozích nízkomolekulárních slou enin za vzniku makromolekulární látky a uvoln ní nízkomolekulární anorganické slou eniny, nej ast ji vody. Ke kondenzaci m že docházet jen pokud monomery obsahují ur ité funk ní skupiny jako –OH, –CHO, –COOH, –NH2 aj. OH

2n

OH

OH

+

CH2

nH

C O

H

- H2O

n

U polyadice dochází k et zení tak, že funk ní skupina jednoho monomeru se aduje na násobnou vazbu jiného monomeru, aniž by docházelo k uvol ování vedlejšího produktu. P íkladem takovéto polyadice je vznik polyuretanu. - 27 (47) -


R–N=C=O + HO–R’

R–NH–C(O)–O–R‘

Úkol 6.1 Pokuste se nakreslit polymerní et zec, jenž vznikne polymerací isobutenu. H3C C H3C

6.2

CH2

Vlastnosti plast

Fyzikální i chemické vlastnosti plastických hmot jsou závislé na jejich struktue a na délce i vzájemném vztahu et zc makromolekul. Mechanické vlastnosti jsou p edevším dány strukturou základních lánk et zce makromolekul, délkou et zc a povahou mezimolekulárních sil. Tyto vlivy se neprojevují jednotliv , ale v tšinou komplexn . P i vyšších teplotách dochází k postupnému p echodu tuhé fáze v kapalnou. V d sledku polydisperzity plast se u nich uplat ují nestejn velké soudržné síly r zn velkých et zc , a proto k jejich zkapaln ní dochází ve velmi velkém teplotním rozmezí. Je proto ú elné charakterizovat makromolekulární látku tzv. intervalem m knutí, než teplotou tání. Tepelná odolnost plast závisí na jejich struktu e. P i vystavení vyšším teplotám po delší dobu dochází v míst nejslabší chemické vazby k roztržení et zce makromolekuly, což se projeví p edevším zm nou mechanických vlastností. Nejv tší tepelnou odolnost vykazují silikony a zvlášt fluorované uhlovodíky (teflon), jejichž provozní teplota se pohybuje až kolem 300 °C. Chemická odolnost plast závisí na jejich struktu e, ale také na charakteru p ím sí v hotovém výrobku. Organická rozpoušt dla zp sobují v ur itých p ípadech bobtnání nebo i rozpoušt ní plastických hmot vniknutím rozpoušt dla mezi et zce makromolekul. Bobtnání i rozpustnost jsou závislé na struktu e látky, délce a orientaci et zc , na mezimolekulárních silách a na teplot , druhu a množství rozpoušt dla. Odolnost proti p sobení kyselin a zásad je rozdílná, ale již dnes lze vhodnou obm nou struktury a použitím pat i ného plniva dosáhnout vynikající odolnosti proti vlivu v tšiny chemikálií.

Kontrolní otázky Jakým zp sobem ovliv uje teplota mechanické vlastnosti polymer ? Jakým zp sobem lze zvýšit chemickou a tepelnou odolnost polymer ?

6.3 Zpracování plast Z technologického hlediska rozd lujeme plasty na reaktoplasty (termosety) a termoplasty. Reaktoplasty jsou látky, které p i vyšší teplot nejprve m knou, ale pak se vytvrdí ve výrobek žádaného tvaru, který již po opakovaném zah átí nem kne. Reaktoplasty se zpracovávají lisováním ve formách za použití zvýšeného tlaku

- 28 (47) -

Plasty

a teploty. Surová hmota v prášku nebo v tabletách se vkládá do vytáp né formy, kde teplem m kne a ú inkem tlaku vypl uje prostor formy a dostává její tvar. Termoplasty opakovan teplem m knou a po ochlazení tuhnou a dají se tedy mnohonásobn tvá et, podobn jako nap . vosk. Zpracovávají se vst ikováním, vytla ováním, litím a foukáním. P i výrob leh ených materiál se používá zp ování. Jedná se o uvol ování plyn z pojiv nebo rozpoušt del, p i emž je hmota expandována do ohrani eného prostoru formy (nap . p nový polystyren). Napoušt ním r zného materiálu plasty a dalším zpracováním se získají tzv. vrstvené hmoty. P i jejich výrob se používá jako plniva d eva, textilu, papíru, sklen ných vláken apod. Pojivem pak bývají prysky ice fenolformaldehydové, aminoformaldehydové, polyestery nebo epoxidové prysky ice. Spojování výrobk lze dosáhnout bu lepením pomocí rozpoušt del, monomer i pomocí tvrditelných prysky ic, nebo sva ováním pomocí horkého plynu, p ípadn vysokofrekven ními svá e kami.

Kontrolní otázka Jaké typy plast je možné spojovat lepením a jaké sva ováním?

6.4 Nejb žn ji používané plasty 6.4.1

Plasty p ipravené polymerací

• Polyetylen (PE) Polyetylen [–CH2–CH2–]n se p ipravuje polymerací etylenu. Dnes se vyrábí dva druhy polyetylenu:

• LDPE (Low Density PolyEthylen) má za normální teploty hustotu pod 0,94 g⋅cm–3 a vyrábí se vysokotlakou radikálovou polymerací. Obsahuje velké množství rozv tvených et zc , což zp sobuje jeho menší tepelnou a foto-oxida ní odolnost. • HDPE (High Density PolyEthylen) má za normální teploty hustotu nad 0,94 g⋅cm–3 a vyrábí se nízkotlakou polymerací za využití katalyzátor . Obsahuje dlouhé nerozv tvené et zce, což mu zaru uje velkou pevnost v tahu a vyšší odolnost v i pov trnostním vliv m. Polyetylen je za normální teploty odolný v i v tšin chemikálií a má dobré elektroizola ní vlastnosti. Proto se využívá ve všech pr myslových odv tvích jako konstruk ní nebo ochranný materiál.

• Polypropylen (PP) Polypropylen [–CH2–CH(CH3)–]n má vyšší bod m knutí než PE, což je zp sobeno bo ní skupinou –CH3. Slouží hlavn k výrob trubek, vláken do kompozit , jako náhrada azbestu a v obalové technice.

• Polyvinylchlorid (PVC)

- 29 (47) -


Polyvinylchlorid [–CH2–CHCl–]n je jedním z nejpoužívan jších plast v bec. Je to bílý prášek, který lze p i teplot 150 °C slisovat na termoplastickou kompaktní hmotu. Zpracovává se bu bez p ísady zm k ovadel na tvrdé výrobky (novodur), nebo s p ím sí zm k ovadel na elastickou hmotu (novoplast). Objemný atom chloru jako substituent zp sobuje v tší pevnost a snižuje pohyblivost polymerních et zc .

• Fluorované polymery Mezi polymery tohoto typu se adí makromolekulární látky p ipravené polymerací fluorovaných uhlovodík . Nejznám jší jsou: polytetrafluoretylen (PTFE) [–CF2–CF2–]n – teflon polytrifluoretylen [–CF2–CFCl–]n – Kel-F Technické použití fluorovaných polymer je založeno na jejich dobrých mechanických vlastnostech a výborné tepelné a chemické odolnosti. PTFE snese teploty až p es 300 °C a je nete ný prakticky v i všem chemikáliím. Zhotovují se z nich trubky, desky, fólie a jiný materiál používaný jako sou ásti t sn ní, erpadel a jako antikorozní ochrana kov v agresivním prost edí.

• Polystyren (PS) Polystyren se získává polymerací styrenu (vinylbenzenu). Je to tvrdá hmota odolná proti p sobení vody a n kterých kyselin a zásad, je však rozpustná ve v tšin organických rozpoušt del. Uplat uje se p edevším ve stavebnictví ve form desek nebo blok z p nového polystyrenu jako leh ený izola ní materiál. Vyrábí se rovn ž r zné kopolymery styrenu, z nichž nejznám jší je styrenbutadienový kau uk.

• Syntetický kau uk Základním monomerem pro výrobu syntetického kau uku je 1,3-butadien, jehož polymerací vzniká polybutadien [–CH2–CH=CH–CH2–]n. Jednou z nejd ležit jších operací p i zpracování kau uku je vulkanizace. P sobením síry nebo sirných slou enin se vytvá ejí p í né sirné m stky mezi jednotlivými et zci makromolekul, a tím vzniká trojrozm rná zesí ovaná struktura. ím v tší je po et p í ných vazeb, tím tvrdší a mén rozpustný je výrobek. Vulkanizací se také zlepšují mechanické vlastnosti kau uku a zvyšuje se jeho odolnost proti p sobení vzdušného kyslíku, sv tla, teploty a chemikálií.

• Polyakryláty Mezi polyakryláty pat í polymery kyseliny akrylové a metakrylové a jejich deriváty. Jedná se v podstat o eten substituovaný karboxylovou, p íp. methylovou skupinou. Technicky významné jsou p edevším polyakrylátové estery, p ipravované polymerací ester kyseliny akrylové, resp. metakrylové (umaplex, plexisklo). CH2=C(CH3)COOCH3

[–CH2–C(CH3)(COOCH3)–]n

Jsou to v tšinou pr hledné hmoty s vynikající propustností sv tla (až 90 %). Dalším významným produktem jsou akrylátové disperze, což jsou deriváty kyseliny akrylové dispergované ve vod . Ty se používají ve stavebnictví k modifikaci betonu pro tenkovrstvé vysprávky.

- 30 (47) -

Plasty

6.4.2

Plasty p ipravené polykondenzací

• Fenolformaldehydové prysky ice Tyto prysky ice se nazývají též fenoplasty a vyráb jí se polykondenzací fenolu nebo jeho derivát s formaldehydem. Kvalita výrobku p itom závisí na zp sobu provedení reakce, tj. zda se polykondenzace uskute ní v kyselém nebo alkalickém prost edí za p ebytku fenolu nebo formaldehydu. Kondenzací v kyselém prost edí za p ebytku fenol se vytvá ejí lineární et zce makromolekul teplem netvrditelných prysky ic – novolak . Reakcí v alkalickém prost edí za p ebytku formaldehydu se získávají rozv tvené a zesít né makromolekuly – resoly, které ale ješt nelze teplem vytvrzovat. Rozv tvené makromolekuly se po dalším p ídavku formaldehydu teplem zesíují v trojrozm rné makromolekuly prysky ic, zvané resity. Z fenolformaldehydových prysky ic se p ipravují odlitky vytvrzováním reak ní sm si ve form . Zhotovují se z nich sou ásti stroj , ozdobné p edm ty, nábytkové kování aj. Rozsáhlé upot ebení fenolformaldehydových prysky ic je p i výrob lisovacích hmot. B žné ozna ení pro tyto hmoty je bakelit.

• Nenasycené polyestery Základem výroby t chto hmot je polykondenzace (polyesterifikace) polykarboxylových kyselin s vícesytnými alkoholy. Jsou to viskózní kapaliny, které po vytvrzení mohou být ohebnou až velmi tvrdou hmotou. Velmi významné je jejich použití ve form skelných laminát . Podstata p ípravy skelných laminát spo ívá v nanesení prysky ice na vhodn zvolenou tkaninu ze skelného vlákna a jejího zželatinování p i zvýšené teplot nebo za studena, za tlaku nebo bez tlaku, podle povahy prysky i ného pojiva. Tyto polymery jsou odolné proti p sobení v tšiny chemikálií, dob e propouští sv tlo a krátkodob snášejí i vysoké teploty. P i uspo ádání sklen ných vláken ve sm ru tahu se vyrovnají pevností i oceli.

• Epoxidové prysky ice P ipravují se nej ast ji polykondenzací epichlorhydrinu a polyalkohol nebo fenol . Jejich vytvrzování se d je za teploty bu nižší, nebo vyšší než 100 °C, podle druhu používaných tvrdidel. Epoxidové prysky ice se používají p edevším jako výborné lepidlo, p i emž pevnost lepeného spoje závisí na druhu materiálu a na teplot vytvrzování. P i spojování kov je nutno jejich povrch p ed lepením upravit mechanicky pískováním nebo broušením a d kladn odmastit.

• Polyamidy Výchozími látkami pro p ípravu technicky d ležitých polyamid jsou diaminy dikarboxylové kyseliny nebo cyklické amidy aminokyselin. Mechanické vlastnosti polyamid závisí na orientaci et zc , struktu e, na teplot a na vlhkosti. Ur itá minimální vlhkost zlepšuje vlastnosti látky, avšak se zvyšujícím se obsahem vlhkosti pevnost v tahu klesá. Polyamidy se používají jako laky v kombinaci s fenoplasty a jako vlákna, jenž se vyzna ují velkou pevností a trvanli-

- 31 (47) -


vostí. Vzhledem k mimo ádné pevnosti a odolnosti proti ot ru slouží také ke konstrukci ozubených kol, ložisek a jiných strojních sou ástí.

Úkol 6.2 Vypište si p ehled plastických látek, které se p ipravují polykondenzací a u každého druhu ur ete jejich nejd ležit jší vlastnosti.

6.4.3

Plasty p ipravené polyadicí

• Polyuretany Jsou to makromolekulární látky s vazebnou skupinou –NH–C(O)–O–. Liší se tedy od polyamid v podstat tím, že vazebná skupina má více o jeden kyslíkový atom, tvo ící sou ást hlavního et zce. Pon vadž na kyslík nejsou po stranách p ipojeny už žádné atomy, které by tvo ily prostorovou p ekážku, ohýbá se zde et zec snadn ji, nežli v jiném míst . Polyuretany se vyráb jí nej ast ji reakcí isokyanát s glykoly. Lineární polyuretany (termoplasty) mají horší vlastnosti než polyamidy a mají proto velmi omezené použití. Zesí ované polyuretany (reaktoplasty, s prostorovou strukturou) jsou z tohoto hlediska mnohem výhodn jší a uplat ují se nap . jako nát ry, pryže aj. Velmi významné jsou leh ené polyuretany. Isokyanátová skupina reaguje totiž s vodou nebo s organickými kyselinami (nap . kyselinou octovou) za vývoje CO2. Tento vznikající oxid uhli itý „nakyp uje" hmotu, která pak obsahuje nes etné bublinky. Pon vadž se sou asn hmota vytvrzuje, plyn neunikne a vznikne velice lehká hmota s objemovou hmotností nap . až 30 kg·m–3. Takováto hmota slouží p edevším jako izolace, pon vadž uzav ený vzduch v pórech je velmi dobrý izolátor. Tyto p nové hmoty lze výhodn p ipravit p ímo na stavbách. B žné je jejich použití v textilním pr myslu, p i aloun ní sedadel atd. Pon vadž jsou polyuretany málo stálé proti hydrolytickým inidl m za vyšších teplot, nelze jich použít ve vlhkém a horkém prost edí (nap . pro styk s p eh átou parou).

Kontrolní otázky Jakým zp sobem byste vytvo ili nap n nou polyuretanovou hmotu?

6.5 Degradace a stabilizace polymer Organické polymery, v závislosti na struktu e, jsou omezen odolné v i p sobení r zných vn jších vliv , jako je vysoká teplota, vzdušný kyslík, sv telné zá ení i r zné chemikálie. Jejich rozklad a ztráta daných vlastností se pak nazývá degradace. P i p sobení vysoké teploty v inertním prost edí podléhají polymery r zným degrada ním reakcím. U polymer , které mají nízkou polymera ní teplotu, dochází k depolymeraci za vzniku p vodního monomeru. Polymery s vysokou polymera ní teplotou se depolymerují za vzniku produkt , mezi nimiž tvo í monomer pouze malý podíl.

- 32 (47) -

Plasty

Fotooxida ní degradace je hlavní reakcí probíhající p i atmosférickém stárnutí polymer b hem jejich praktického využití. Chemická vazba se m že št pit p sobením zá ení pouze tehdy, je-li energie zá ení v tší než disocia ní energie vazby. Fotochemická degradace je závislá hlavn na p ítomnosti funk ních skupin. Jedná se o aldehydy –CHO, ketony C=O a hydroperoxidy –OOH. Rychlost fotodegradace vazeb C–C je závislá na absorbanci polymeru a na vlnové délce dopadajícího slune ního zá ení. Fotodegradace ovliv uje rozhodujícím zp sobem stárnutí plast , což se projevuje zm nou jejich fyzikálních vlastností, p edevším mechanických (k ehnutí). Polymery je nutno chránit p ed degrada ními reakcemi, a to:

• látkami odrážejícími zá ení (nap . hliníkový prášek) • látkami pohlcujícími zá ení (nap . saze) • fotostabilizátory (absorbéry UV zá ení, zháše e excitovaných stav ) • antioxidanty (zlepšují oxida ní stabilitu, reagují s fotochemicky vzniklými radikály, a tím zabra ují propagaci reakce). Kontrolní otázka Co je to depolymerace a jaké faktory hrají d ležitou roli v depolymera ním procesu?

6.6 Praktické použití vysokomolekulárních látek ve stavebnictví Ve stavebnictví se uplat ují vysokomolekulární látky (plasty) ve stále rostoucí mí e jako konstruk ní i jako pomocný materiál.

6.6.1

Plastbetony

Ve snaze omezit mokré procesy ve stavebnictví byly navrženy tzv. plastbetony. V t chto materiálech je pojivo nahrazeno vhodnou plastickou hmotou. Z ekonomických d vod lze k tomu ovšem používat pouze levných prysky ic. Této podmínce vyhovují dob e furalové prysky ice, které jsou levné, mají dobré vlastnosti mechanické a jsou i dostate n odolné v i agresivnímu prost edí. Výchozí surovinou je furylalkohol, který se vyrábí z d evitých odpad . Tvrzení prysky ice probíhá za normálního tlaku a teploty, což usnad uje výrobu p íslušných materiál . Postup p i výrob plastbetonu je obdobný jako u betonu. Št rkopísek, škvára nebo popílek se smísí s vhodným katalyzátorem tuhnutí a pak se postupn p idává stanovené množství prysky ice. Touto sm sí se pak vypl ují formy. D ležité je i pH p ipravené sm si, nebo p ílišná alkalita její tvrdnutí zpomaluje. Plastbetony mají použití p edevším tam, kde je stavební materiál vystaven vlivu organických kapalin, tedy p edevším v chemickém pr myslu (odpadní kanály, ropovody, ochranné omítky cihlových staveb). Zkouší se též aplikace t chto látek v silni ním stavitelství (tunely).

- 33 (47) -


6.6.2

Polymerbetony

V posledních letech se d lají úsp šné pokusy o zapln ní mikropór v betonu vhodným plastem za ú elem zvýšení pevnosti a korozivzdornosti výrobku. Postupuje se tak, že betonový výrobek se v tšinou nap ed evakuuje a pak se pod tlakem napustí vhodným monomerem. Jeho polymerací v betonu pak vznikne materiál, který má pevnosti až 5x vyšší než beton bez plastu. Plasty lze p idávat i do betonu, nap . 5 až 10 % emulse polyvinylacetátu nebo kopolymer kyseliny akrylové zlepšují jeho pevnost v tlaku a odolnost proti p sobení vody. Tento druh betonu se používá na opravy betonových ploch, pon vadž výborn p ilne ke starému betonu, který je však nutno o istit, zbavit prachu a penetrovat použitou makromolekulární látkou k vytvo ení spojovacího m stku.

6.6.3

Ostatní materiály

K lepení d eva se používá dnes tém výhradn syntetických lepidel, které jsou odolné proti vod a nepodléhají hnilob ani plísním. Umož ují též spojení d eva s jinými materiály jako sklem, keramikou a kovy. P i betonáži se osv d ily desky z PVC jako náhrada d ev ného bedn ní. Nákladné a t žkopádné d ev né konstrukce pot ebné p i zhotovování betonových potrubí velkých profil se s úsp chem nahrazují nafukovacím jádrem p íslušného profilu z PVC. Na st ešní krytinu se používají desky z polyesterových skelných laminát , které jsou velmi lehké a pevné a odolné proti vn jším vliv m i v tropickém podnebí. Podlahové krytiny se vyráb jí ve form vrstvených fólií i dlaždic oby ejn z PVC i z jeho kopolymeru se styrenem, vinylacetátem aj. Velmi dobré jsou i folie kopolymeru butadienstyrenového, jež mají velkou mechanickou odolnost a jsou elastické. Vodovodní instalace (rozvod vody) je dnes p evážn konstruována z polyetylenu i polypropylenu. Pro svod odpadních vod se pak používá PVC. Jako tepeln izolující hmota je používán p nový polystyren nebo mo ovinové p nové hmoty. U t chto materiál tvo í 90 až 95% jejich objemu plyn (vzduch), takže p estup tepla p es st ny jednotlivých dutinek je velmi malý. Rovn ž lze tyto hmoty použít i jako zvukov izolující materiály. Dve e a okna i jejich ásti se zhotovují z PVC, z hmot složených z d ev ného odpadu pojeného fenolovou prysky icí apod. Nát ry a nást iky na bázi plast nabývají stále širšího uplatn ní. K ochran r zných materiál p ed korozí (d evo, kovy) se b žn používá r zných nát r , které spl ují sou asn i estetické požadavky. Nát rové látky, k t mto ú el m používané, bývají v podstat stabilizované vodní emulze vhodné plastické látky, které lze edit vodou. Nát rové látky latexové obsahují jakožto filmotvornou složku vhodný disperzní polymer, nej ast ji polyvinylacetát, PVAC. Latexové nát rové látky se edí vodou, nesmí se do nich p idávat organická rozpoušt dla, ani prášková barviva. Zm ny barevného odstínu lze dosáhnout p imísením jiné obdobné latexové barvy. Kovové p edm ty nelze natírat p ímo, ale až na krycí antikorozní vrstvu - 34 (47) -

Plasty

jiné vhodné nát rové látky. I když latexové nát ry propoušt jí vodní páru, nejsou vhodné pro trvale vlhké prostory. Podobné vlastnosti a užití mají nát rové barvy akrylátové, což jsou vodní disperze kopolymeru kyseliny akrylové. Do agresivních prost edí lze pak použít, zejména na kovy, chlorkau ukových nát rových hmot, jež jsou chemicky odolné.

6.7

Autotest

1. Polypropylen se p ipravuje: a) polyadicí b) polykondenzací c) polysubstitucí d) polymerací

2. Reaktoplasty: a) jsou velmi reaktivní plastické materiály b) lze p ipravit polykondenzací c) p i zvýšené teplot opakovan m knou d) jsou rozpustné ve vod

3. Pro ochranu p ed degrada ními procesy se do polymer p idávají: a) antioxidanty b) polymera ní katalyzátory c) látky pohlcující UV zá ení d) plastifikátory

- 35 (47) -


7

Kvalitativní analytická chemie

Cíl kapitoly: Seznámení s kvalitativními d kazy n kterých vybraných kation a anion , které jsou p ítomny ve stavebních látkách. Dále jsou popsány n které metody, kterými se dokazuje pr b h degradace stavebních materiál a p ítomnost n kterých látek“ in situ“. Klí ová slova: kationy, aniony, d kaz, pH, karbonatace, chloridy Pro orienta ní zhodnocení stavu materiálu a p ítomnosti n kterých slou enin nebo iont lze využít d kazových reakcí kvalitativní analýzy. Uvedenými metodami se pouze dokazuje p ítomnost t chto látek, nikoliv jejich množství.

Reakce a d kazy kation : Na+: Sodné soli, nanesené na vyžíhaném Pt-drátku barví nesvítivý planem intenzívn žlut . K+: Draselné soli, nanesené na vyžíhaném Pt-drátku barví nesvítivý plamen sv tle fialov . Ca2+: Š avelan amonný tvo í bílou sraženinu š avelanu vápenatého. Ca2+ + (NH4)2(COO)2

Ca(COO)2 + 2 NH4+

Mg2+: Hydrogenfosfore nan disoný sráží v p ítomnosti amonných iont bílou krystalickou sraženinu fosfore nanu ho e nato-amonného. Mg2+ + Na2HPO4 + NH4+ + 6 H2O

NH4MgPO4 6H2O + H+ + Na+

Alkalické hydroxidy (NaOH, KOH) sráží v nep ítomnosti amonných iont bílý hydroxid ho e natý. Mg2+ + 2 NaOH

Mg(OH)2 + 2 Na+

NH4+: Silné hydroxidy uvol ují z amonných solí intenzívn páchnoucí amoniak NH3. NH4+ + NaOH

HN3 + Na+ + H2O

Tetrajodortu natan draselný (Nesslerovo inidlo) tvo í v prost edí KOH žlutohn dou až hn dou sraženinu.

Pb2+: Z ed ná HCl sráží bílý chlorid olovnatý, rozpustný v horké vod . Pb2+ + 2 HCl

PbCl2 + 2 H+

Alkalické chromany tvo í žlutou sraženinu chromanu olovnatého Pb2+ + Na2CrO4

Pb CrO4 + 2 Na+

Cu2+: Sulfan tvo í v prost edí z ed né HCl erný sulfid m 2+

natý

+

Cu + H2S

CuS + 2 H 2+

Amoniak tvo í se Cu -solemi intenzívn modré roztoky. 2+

Zn : Sulfid amonný sráží ze slab kyselých roztok bílou sraženinu sulfidu zine natého. Zn2+ + (NH4)2S

ZnS + 2 NH4+

- 36 (47) -

Kvalitativní analytická chemie

Al3+: Sulfid amonný ve slab zásaditém prost edí a v p ítomnosti NH4Cl sráží bílou sraženinu hydroxidu hlinitého, rozpustnou v HCl Al3+ + 3 OH–

Al(OH)3

Alizarin (1,2-dihydroxyantrachinon) tvo í s Al3+ v prost edí roztoku NH4OH r žový lak.

Fe2+: Hexakyanoželeznatany srážejí intenzivn modrou sraženinu Turnbulovy mod i 3 Fe2+ + 2 [Fe(CN)6]3–

Fe3[Fe(CN)6]2

Fe3+: Hexakyanoželeznatany srážejí intenzivn modrou sraženinu berlínské mod i 4 Fe3+ + 3 [Fe(CN)6]4–

Fe4[Fe(CN)6]3

Reakce a d kazy anion : Cl–:

Dusi nan st íbrný sráží z roztok okyselených kyselinou dusi nou bílou sraženinu chloridu st íbrného, která je rozpustná v roztoku amoniaku Cl– + AgNO3

2–

S :

AgCl + 2 NO3

Kyseliny uvol ují charakteristicky páchnoucí sulfan H2S. S2– + 2 HCl

H2S + 2 Cl–

Papírek ovlh ený Cd2+-solí u ústí zkumavky zežloutne když vznikne sulfid kademnatý. H2S + Cd2+

CdS + 2 H+

SiO32–: Rozpustné jsou pouze alkalické k emi itany. Okyselením roztoku se vylu uje gel SiO2 nH2O. Soluce molybdenová ((NH4)2MoO4 + HNO3) tvo í žluté roztoky.

CO32–: Roztoky kyselin rozkládají uhli itany za vzniku oxidu uhli itého (intenzívn šumí), který se zavádí do roztoku hydroxidu barnatého a vznikne bílá sraženina uhli itanu barnatého. CO32 + 2 H+ CO2 + Ba(OH)2

CO2 + H2O BaCO3 + H2O

SO42–: Chlorid barnatý sráží bílou sraženinu síranu barnatého. SO42– + BaCl2

BaSO4 + 2 Cl–

NO3–: Sm s vzorku a koncentrovaného roztoku síranu železnatého FeSO4 se opatrn podvrství konc. kyselinou sírovou a na rozhraní obou kapalin vznikne hn dý kroužek. NO3– + 3 Fe2+ + 4 H+ Fe2+ + 4 NO

3 Fe3+ + NO + 2 H2O [Fe(NO)4]2+

CrO42–: Dusi nan st íbrný tvo í ervenohn dou sraženinu chromanu st íbrného 2 AgNO3 + CrO42– Ag2CrO4 + 2 NO3– PO43–: Dusi nan st íbrný tvo í žlutou sraženinu fosfore nanu st íbrného. 3 AgNO3 + PO43– Ag3PO4 + 3 NO3– - 37 (47) -


8

Chemické výpo ty

8.1

Látkové množství

ešený p íklad 1

Kolik mol vody obsahuje 100 g CaSO4·2H2O? Kolik je to molekul ( ástic)? M(CaSO4·2H2O) = 172 g·mol–1 M(H2O) = 18 g·mol–1 w(H2O) = 2 · M(H2O) / M(CaSO4·2H2O) = 36 / 172 = 0,209 m(H2O) = w(H2O) · m(CaSO4·2H2O) = 0,209 · 100 = 20,9 g

n(H2O) = m(H2O) / M(H2O) = 20,9 / 18 = 1,16 mol 1 mol je vždy 6,022·1023 ástic. tj. 1,16 mol · 6,022·1023 = 6,99·1023 molekul H2O. jiný zp sob ešení 172 g·mol–1.......................... 36 g·mol–1 100 g

.......................... x g x = 20,9 g H2O

n(H2O) = m / M = 20,9 / 18 = 1,16 mol P íklady k ešení: 1. Vypo ítejte, kolik mol je 345 g hydroxidu vápenatého. Kolik obsahuje toto množství atom vápníku, atom kyslíku a atom vodíku? (4,662 mol ; 2,81·1024 atom Ca; 5,61·1024 atom O a 5,61·1024 atom H) 2. Kolik mol železa a vody obsahuje 100 g heptahydrátu síranu železnatého (FeSO4·7H2O)? (0,36 mol Fe; 2,52 mol H2O)

8.2 Stechiometrie ešený p íklad 1

Jaké je procentické zastoupení jednotlivých oxid 3CaO·MgO·2SiO2?

v minerálu merwinit

M(3CaO·MgO·2SiO2) = 3 · 56 + 40,3 + 2 · 60,1 = 328,5 g·mol–1 M(CaO) = 56 g·mol–1 M(MgO) = 40,3 g·mol–1 M(SiO2) = 60,1 g·mol–1 328,5 g …………100 %

- 38 (47) -

Chemické výpo ty

3 ·56 = 168 …….. x 40,3 ……………. y 2 · 60,1 = 120,2 … z x = 51,1 % CaO y = 12,3 % MgO z = 36,6 % SiO2 jiný zp sob ešení w(CaO) = M(CaO) / M(3CaO·MgO·2SiO2) = 56 · 3 / 328,5 = 0,511 (tj. 51,1 %) w(MgO) = M(MgO) / M(3CaO·MgO·2SiO2) = 40,3 / 328,5 = 0,123 (tj. 12,3 %) w(SiO2) = M(SiO2) / M(3CaO·MgO·2SiO2) = 2 · 60,1 / 328,5 = 0,366 (tj. 36,6 %) ešený p íklad 2

Hornina obsahuje 45 % magnetitu Fe3O4. Kolik kg železa m žeme získat ze 2 tun této horniny? M(Fe3O4) = 3 · 55,8 + 4 · 16 = 231,4 g·mol–1 istého Fe3O4 máme 0,45 · 2000 = 900 kg 231,4 g Fe3O4……….3 · 55,8 = 167,4 g Fe 900 kg Fe3O4 ……………………. m kg Fe

m(Fe) = (900 · 167,4) / 231,4 = 651,1 kg Fe jiný zp sob ešení w(Fe) = M(Fe) / M(Fe3O4) = m(Fe) / m(Fe3O4) m(Fe) = m(Fe3O4) · M(Fe) / M(Fe3O4) po dosazení:

m(Fe) = 651,1 kg Ze dvou tun horniny obsahující 45 % magnetitu m žeme získat 651 kg železa. ešený p íklad 3

Kolik musím zpracovat pyritu (FeS2), obsahujícího 5 % zne išt ní, abych získal 442 kg istého železa? M(Fe) = 55,85 g·mol–1 M(FeS2) = 119,97 g·mol–1 M(Fe) …………………. M(FeS2) m(Fe) …………………. m(FeS2) tj. 55,85 g·mol–1……………….... 119,97 g·mol–1 442 kg ………………………. m(FeS2) - 39 (47) -


m(FeS2) = 442 · 119,97 / 55,85 = 949,45 kg jiný zp sob ešení w(Fe) = M(Fe) / M(FeS2) = m(Fe) / m(FeS2) m(FeS2) = m(Fe) · M(FeS2) / M(Fe) také m(FeS2) = m(Fe) / w(Fe)

m(FeS2) = 949,45 kg ruda však obsahuje 5 % zne iš ujících látek (tj. 95 % istého FeS2 ) tzn.: m(FeS2) ……………... 95 % m(hornina)…………… 100 %

m(hornina) = m(FeS2) · 100 / 95 = 999,42 kg P íklady k ešení: 1. Jaké je procentické složení ortoklasu (KAlSi3O8)? (14,05 % K; 9,69 % Al; 30,27 % Si; 45,99 % O) 2. Vypo t te procentické zastoupení jednotlivých prvk v chlore nanu draselném KClO3. (31,9 % K; 28,9 % Cl ; 39,2 % O) 3. Jaké je procentické složení dolomitu (CaMg(CO3)2)? (21,8 % Ca; 13,2 % Mg; 13 % C; 52 % O) 4. Vypo ítejte procentické zastoupení CaO a Al ve slínkovém minerálu C3A (trikalciumaluminát). (62,26 % CaO; 19,97 % Al) 5. Jaké je procentické zastoupení Na2O a SiO2 v sodnovápenatém sklu (Na2O·CaO·6SiO2)? (12,95 % Na2O; 75,33 % SiO2) 6. Kolik kg m di se získá ze 60 kg rudy, je-li obsah sulfidu m v rud 87 %?

natého

(34,61 kg Cu) 7. Hornina obsahuje 45 % SiO2. Kolik kg k emíku získáme z 1526 kg horniny? (321,1 kg Si) 8. Vypo t te obsah m di ve 324g modré skalice ( CuSO4·5H2O )! (83 g Cu) 9. Kolik kg síry je obsaženo v 10 kg 38% kyseliny sírové? (1,24 kg S)

- 40 (47) -

Chemické výpo ty

8.3

Výpo ty z chemické rovnice

ešený p íklad 1

Do vápenky bylo navezeno 35 tun vápence o istot 98 %. Kolik m3 CO2 vznikne p i výrob vápna a kolik vápna získáme? CaCO3

CaO + CO2

M(CaCO3) = 100 g·mol–1 M(CaO) = 56,1 g·mol–1 V(CO2) = 22,41 dm3·mol–1 istého vápence máme 0,98 · 35 = 34,3 tuny. 100 g CaCO3 …………..56,1 g CaO 34,3 t CaCO3 ………… m(CaO)

m(CaO) = 34,3 · 56,1 / 100 = 19,24 tun vápna CaO 100 g CaCO3 ………22,41 l CO2 34,3·103 kg CaCO3 ……….V m3 CO2

V(CO2) = 34300 · 22,41 / 100 = 7686,6 m3 CO2 jiný zp sob ešení Z rovnice reakce vyplývá, že z každého molu CaCO3 vzniká 1 mol CaO a 1 mol CO2 (n(CaCO3) = n(CaO) = n(CO2)). Spo ítáme kolik mol vápence se rozloží: n(CaCO3) = m(CaCO3) / M(CaCO3) n(CaCO3) = 34,3·106 g / 100 g·mol–1 = 343000 mol n(CaCO3) = n(CaO) = n(CO2) tzn.

m(CaO) = n(CaO) · M(CaO) = 343000 · 56,1 = 19,24 t Víme, že 1 mol jakéhokoli plynu zaujímá za standardních podmínek 22,4 dm3:

V(CO2) = n(CO2) . 22,411 = 7686,9 m3 Z 35 tun vápence o istot (obsahu CaCO3) 98 % získáme pálením 19,24 tun vápna CaO a p i této výrob unikne 7687 m3 CO2. ešený p íklad 2

Kolik kg vápence se rozloží v 10 litrech 36% HCl (ρ = 1,18 g·cm–3)? CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2 m(36% HCl) = V(36% HCl) · ρ(36% HCl) m(36% HCl) = 10000 · 1,18 = 11800 g m(100% HCl) = 11800 · 0,36 = 4248 g n(CaCO3) = 2 · n(HCl) = n(CaCl2) = n(H2O) = n(CO2) m(CaCO3) / M(CaCO3) = m(HCl) / 2 · M(HCl) - 41 (47) -


m(CaCO3) = m(HCl) · M(CaCO3) / 2 · M(HCl)

m(CaCO3) = 4248 · 100 / 2 · 36,46 = 5825,56 g = 5,8 kg P íklady k ešení: 1. Kolik g SO2 vznikne spálením 12 g síry a kolik kyslíku se k tomu spot ebuje? (24 g SO2; 12 g O2) 2. Kolik ml 20% kyseliny chlorovodíkové ( k reakci s 1 g oxidu zine natého?

= 1,098 g·cm–3) je t eba (4,08 ml HCl)

3. Kolik g síranu barnatého se p ipraví reakcí 45 g chloridu barnatého s kyselinou sírovou? (50,43 g BaSO4) 4. Kolik kg hydroxidu vápenatého vznikne reakcí 80 kg oxidu vápenatého s vodou? (105,7 kg Ca(OH)2) 5. Kolik kg magnezitu je t eba na výrobu 50 kg MgO, obsahuje-li surovina 95 % MgCO3? (110,1 kg magnezitu) 6. Kolik litr H2O a kolik kg páleného vápna je t eba pro p ípravu 500 kg vápenného hydrátu? (121,5 l H2O; 378,5 kg CaO) 7. Kolik kg oxidu si i itého vznikne spálením 1 tuny hn dého uhlí s obsahem 4 % síry? (80 kg SO2) 8. Kolik g vody je t eba na hydrataci 2 kg rychle tuhnoucí sádry (síran vápenatý p lhydrát) za vzniku síranu vápenatého dihydrátu? (372,3 g H2O) 9. Kolik t rychle tuhnoucí sádry získáme spálením 5 t sádrovce o istot 94 %? (3,96 t rychle tuhnoucí sádry) 10. Kolik m3 CO2 vznikne spálením 1 m3 methanu a kolik kyslíku se k tomu spot ebuje? (2 m3 O2; 1 m3 CO2)

- 42 (47) -

Chemické výpo ty

8.4 Bilan ní pravidlo ešený p íklad 1

Kolik ml 65% HNO3 o hustot = 1,39 g·cm–3 je pot eba na p ípravu 500 ml 30% HNO3 o hustot = 1,18 g·cm–3? Hmotnost kyseliny výsledné koncentrace m = 500 · 1,18 = 590 g m1 · w1 + m2 · w2 = (m1 + m2 ) · w3 m1 · 65 + m2 · 0 = 590.30 65 m1 = 17700

m1 = 272 g p evod na litry V = m /

= 272 / 1,39 = 0,196 litr = 196 ml 65% HNO3.

jiný zp sob ešení Zjistíme kolik 100% HNO3 je v 500 ml 36% HNO3: m(100%) = 500 · 1,18 · 0,3 = 177 g v kolika ml 65% HNO3 je obsaženo 177 g 100% HNO3:

V(HNO3) = 177 / (0,65 · 1,39) = 196 ml Na p ípravu 0,5 l 30% HNO3 je pot eba 196 ml 65% HNO3. ešený p íklad 2 Jaké objemy koncentrované H2SO4 ( = 1,84 g·cm–3, w = 0,98) a vody se musí smíchat pro p ípravu 2 litr 10% H2SO4 ( = 1,2 g·cm–3)? m(10% H2SO4) = · V = 1,2 · 2000 = 2400 g 10% H2SO4 obsahuje 0,1 · 2400 = 240 g 100% H2SO4 a 2400 – 240 = 2160 g H2O tzn. w(98%) = m(100%) / m(98%) m(98%) = 240 / 0,98 = 244,9 g V(98%) = m(98%) / (98%) = 244,9 / 1,84 = 133,1 ml (Pozor! R zné koncentrace kyseliny mají r znou hustotu, proto pro zjišt ní objemu pot ebné vody nelze ode íst objem koncentrované kyseliny od celkového objemu pot ebné kyseliny (2000 – 133 = 1866,9), vždy je pot eba pracovat s hmotnostmi!)

m(H2O) = m(10% H2SO4) – m(98%) = 2400 g – 244,9 g = 2155,1 g H2O => => V = 2155,1 ml H2O - 43 (47) -


P íklady k ešení: 1. Jaká bude výsledná koncentrace oxidu k emi itého ve sm si, p ipravené z 1 tuny suroviny s 92 % oxidu k emi itého a 2 tun s obsahem 9 %? (36,7 %) 2. Kolik kg NaCl je t eba navážit na p ípravu 50 litr 10% roztoku o hustot 1,12 g.cm–3? Kolik je to mol NaCl? (5,6 kg NaCl; 95,82 mol ) 3. Kolik g Na2CO3·10H2O je pot eba p idat k 800 g 15% roztoku, abychom získali výslednou koncentraci 20 %? (235,4 g Na2CO3·10H2O) 4. Kolik g AgNO3 s obsahem 9 % nerozpustných ne istot spot ebuji pro výrobu 5 kg 10% roztoku AgNO3? (549,5 g AgNO3 ) 5. P i reakci chloridu sodného s dusi nanem st íbrným vzniká nerozpustný chlorid st íbrný. Kolik g chloridu sodného je možno vysrážet 100 ml 1% roztoku dusi nanu st íbrného o hustot (ρ = 1,002 g·cm–3)? (0,35 g NaCl) 6. P i p íprav sm si byly smíchány tyto suroviny: 6 t suroviny s obsahem 15,6 % CaCO3, 2,4 t suroviny s obsahem 32 % CaCO3 a 8,6 t suroviny s obsahem 25 % CaCO3. Kolik % CaCO3 má výsledná sm s? (22,67 % CaCO3) 7. Vodný roztok NaOH obsahuje 398,4 g NaOH v 1 dm3. Jaká je jeho procentická a molární koncentrace, jestliže má hustotu = 1,328 g·cm–3? [Molární koncentrace: c = n / V = (po et mol / objem)] (30%; c = 9,96 mol·dm–3)

8.5 Neutralizace ešený p íklad 1

Kolik litr 5% kyseliny dusi né HNO3 o hustot neutralizaci 12 kg hydroxidu draselného KOH? HNO3 + KOH

= 1,026 g·cm–3 je t eba na

KNO3 + H2O

M(HNO3) = 63 g·mol–1 M(KOH) = 56,1 g·mol–1

n(HNO3) = n(KOH) 63 g HNO3 ............................. 56,1 g KOH m(HNO3) .............................. 12 kg KOH

m(HNO3) = (12 · 63) / 56,1 = 13,476 kg isté kyseliny 13,476 kg ..............................5 %

- 44 (47) -

Chemické výpo ty

m(100% HNO3) ...................100 % m(100% HNO3) = (100 · 13,476) / 5 = 269,5 kg 5% HNO3 p evedeno na litry V(5% HNO3) = 269,5 · 1,026 = 262,7 litr 5% HNO3 Na neutralizaci 12 kg KOH je pot eba 262,7 litr 5% HNO3. ešený p íklad 2

Rozhodn te, zda je na neutralizaci žalude ních š áv ú inn jší NaHCO3 nebo Al(OH)3. Mr(NaHCO3) = 84, Mr(Al(OH)3) = 78, Mr(HCl) = 36,5 NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2 Al(OH)3 + 3 HCl → AlCl3 + 3H2O na 10 g HCl: NaHCO3 84 g·mol–1............................ 36,5 g·mol–1 m g............................. 10 g

m = 23 g NaHCO3 Al(OH)3 78 g·mol–1............................. 3 · 36,5 g·mol–1 m g .............................. 10 g

m = 7,1 g Al(OH)3 Al(OH)3 je pot eba mén , proto je ú inn jší. P íklady k ešení: 1. Kolik kg kyseliny chloristé se spot ebuje k neutralizaci 56 kg Ca(OH)2? Kolik vznikne kg soli a vody? Jaké bude p ibližné pH výsledného roztoku? (151,9 kg HClO4; 180,7 kg Ca(ClO4)2; 27,2 kg H2O; pH = 7 (s l silné kyseliny a silné zásady)) 2. Vypo t te, kolik litr 6% vápenného mléka o hustot =1,15 g·ml–1 je t eba na neutralizaci 7 litr odpadní 14% kyseliny sírové o hustot = 1,095 g·ml–1! (11,74 l) –3

3. Kolik litr 30% roztoku NaOH ( = 1,33 g·cm ) bude pot eba k neutralizaci 82 litr 62% kyseliny sírové ( = 1,52 g·cm–3)? (158,32 l) - 45 (47) -


4. Kolik litr 60% kyseliny sírové ( k neutralizaci 1,85 kg pevného NaOH?

= 1,498 g·cm–3) spot ebujeme (2,53 l H2SO4)

8.6 pH ešený p íklad 1

Vypo ítejte pH roztoku HCl o koncentraci 0,01 mol·dm–3. pH = –log [H3O+] = –log[H+]

–log ckys.

pH = –log 0,01 = 2 ešený p íklad 2

Vypo ítejte pH roztoku H2SO4 o koncentraci 0,01 mol·dm–3. Kyselina sírová je dvojsytná kyselina – je schopna od št pit dva vodíky, tzn. koncentrace H+ je dvojnásobná oproti koncentraci kyseliny.

pH = –log 0,01 2 = 1,7 ešený p íklad 3

Vypo ítejte pH roztoku NaOH o koncentraci 0,05 mol.dm–3. Pro zásady platí: pH + pOH = 14 pH – log [OH–] = 14 pH = 14 + log[OH–]

pH = 14 + log 0,05 = 12,7 P íklady k ešení: 1. Jaké je pH roztoku kyseliny chloristé o koncentraci 0,04 mol·dm–3? (pH = 1,4) 2. Jaké je pH kyseliny si i ité o koncentraci 0,001 mol·dm–3? (pH = 2,7) 3. Jaké je pH hydroxidu draselného o koncentraci 0,02 mol·dm–3? (pH = 12,3) 4. Jaké je pH hydroxidu vápenatého o koncentraci 0,001 mol·dm–3? (pH = 11,3 [pH = 14 + log 2·0,001])

- 46 (47) -

Studijní prameny

9

Studijní prameny

9.1 Seznam použité literatury [1]

Malý, J., Malá, J. Chemie a technologie vody. Brno: NOEL 2000 s.r.o., 1996.

[2]

Tölgyessy, J. a kol. Chémia, biológia a toxikológia vody a ovzdušia. Bratislava: Veda, 1984.

[3]

Šim nková, E., Ku erová, I. D evo. Praha: STOP, 2000.

[4]

Vav ín, F., Retzl, K. Ochrana stavebního díla. Praha: SNTL, 1987.

[5]

Veselý, K. Polymery. Brno: Uniplast, 1992.

[6]

Mleziva, J. Polymery. Struktura, vlastnosti a použití. Praha: Sobotáles, 1993.

9.2 Seznam dopl kové studijní literatury [7]

Malý, J., Malá, J. Chemie a technologie vody. Brno: NOEL 2000 s.r.o., 1996.

[8]

Šim nková, E., Ku erová, I. D evo. Praha: STOP, 2000.

[9]

Mleziva, J. Polymerery. Struktura, vlastnosti a použití. Praha: Sobotáles, 1993.

10

Klí

Správné odpov di k autotestu.

1.5 1b), 2b)c), 3d) 2.5 1c), 2a)b)c), 3a)c)d) 3.3 1d), 2c), 3c) 4.3 1b)c), 2b) 5.7 1d), 2b), 3a)c)

- 47 (47) -

VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ PAVLA ROVNANÍKOVÁ JITKA MALÁ PAVEL ROVNANÍK STAVEBNÍ CHEMIE

Recommend Documents