chemia.pdf
(
108 KB
)
Pobierz
667293314 UNPDF
I. Struktura i charakterystyka ogólna tworzyw budowlanych.
1.
struktura i ogólna charakterystyka stanu stałego:
stan stały (krystaliczny) – atomy, jony
lub cząsteczki są przestrzennie uporządkowane i tworzą
sieć krystaliczną
. W zależności od
kształtu komórki elementarnej wyróżnia się 7 układów krystalograficznych. Budowę
krystaliczną materiału charakteryzuje się przez podanie układu krystalograficznego, sposobu
rozmieszczenia ścian kryształu w stosunku do osi krystalograficznej oraz liczby
koordynacyjnej określającej liczbę jednakowych jonów lub atomów otaczających w tej
samej odległości atom lub jon przyjęty za centralny. Liczba ta odpowiada liczbie
wierzchołków wielościanu lub wieloboku, utworzonego przez jony lub atomy wokół
elementu centralnego.
1.1. Rodzaje ciał stałych: krystaliczne, amorficzne (bezpostaciowe) i polikrystaliczne
1.2. Energia każdej cząsteczki ciała krystalicznego jest minimalna, gdy otoczenie każdej
cząsteczki jest identyczne.
1.3.
Izomorfizm
(równopostaciowość) – niektóre substancje o tym samym typie wzoru
chemicznego np. CaO i MgO mogą odznaczać się tą samą postacią krystalograficzną, o
bardzo zbliżonych kątach między krawędziami i ich atomy i jony mogą się zastępować –
nazywamy to
diadochią
.
1.4.
Polimorfizm
– zjawisko występowania różnych odmian krystalograficznych tej samej
substancji np. węgiel, węglan wapniowy, dwusiarczek żelaza
własności ciał krystalicznych
2.
ciała stałe:
2.1.
Faza
– jednolita fizycznie część układu, oddzielona od pozostałych części wyraźną
granicą, na której następuje skokowa, wyraźna zmiana właściwości
2.2.
Układy jednorodne
(jednofazowe, homogeniczne) – wszystkie substancje w jednym
stanie skupienia, roztwory i mieszaniny gazów –
szkliwa i kryształy
2.3.
Układy niejednorodne
(wielofazowe, heterogeniczne) – faza ciągła z rozproszoną w
niej inną fazą -
koloidy i kompozyty
3.
siły spójności:
3.1.
Kohezyjne –
jest to siła stawiania oporu przez ciała fizyczne, poddawane rozdzieleniu
na części. Źródłem jej są oddziaływania międzycząsteczkowe i wynika z sił działających
wewnątrz ciała. Jest zależna od wielu czynników np. stanu skupienia (największa w
kryształach)
3.2.
Adhezyjne
– łączenie się ze sobą powierzchniowych warstw ciał fizycznych lub faz.
Występuje w wyniku oddziaływań międzycząsteczkowych stykających się substancji –
występuje np. przy klejeniu i malowaniu
3.3.
Zniszczenie kohezyjne
– następuje, gdy siły wiązań międzycząsteczkowych ustępują
siłom obciążenia zewnętrznego
3.4.
Zniszczenie adhezyjne
– następuje, gdy siły adhezji ustępują siłom obciążenia
zewnętrznego (słynny sernik)
4.
ciała krystaliczne:
4.1.
Definicja –
rodzaj ciała stałego, w którym atomy nie mają pełnej swobody
przemieszczania się w objętości ciała i zajmują ściśle określone miejsca w sieci
przestrzennej, mogą jedynie drgać wokół położenia równowagi. Istnieje bardzo wiele
ciał krystalicznych – 100 pierwiastków, 4950 związków dwuskładnikowych, 16170
trójskładnikowych...
4.2.
Ciało bezpostaciowe
(amorficzne) – jest to ciało w stanie stałym, ale tworzące je
cząsteczki są ułożone w sposób chaotyczny, bardziej zbliżony do tego spotykanego w
cieczach.
4.3.
Komórka
(Wignera-Seitza) – teoretyczna konstrukcja przestrzenna, opisująca
fragment sieci krystalicznej, której środek stanowi dowolny węzeł sieci, a jej zasięg
zawsze spełnia definicję, że każdy zawarty w niej punkt, bliższy jest węzłowi
stanowiącemu jej środek, niż dowolnemu innemu węzłowi sieci krystalicznej
4.4.
Sieć krystaliczna
– sposób wypełnienia atomami przestrzeni tak, że pewna
konfiguracja atomów, zwana komórką elementarną, jest wielokrotnie powtarzana.
4.5.
Węzły sieciowe
– zbiór punktów mających takie samo otoczenie
4.6.
Rodzaje kryształów
:
a) molekularne – kryształ, który jest dość nietrwały mechanicznie, topiący się w
niskich temperaturach (<300
o
c), nie przewodzący elektryczności, zbudowany z
odrębnych, niepołączonych ze sobą wiązaniami chemicznymi atomami lub
cząsteczkami, siły tworzące wiązania są dosyć słabe (siły Van der Waalsa), należy
do nich większość związków organicznych np. lód, suchy lód.
b) jonowe – kryształy związków nieorganicznych elektrolitów, są to makrocząsteczki,
gdzie kation otoczony jest odpowiednią liczbą anionów, które wokół siebie mają
kationy. Ich konfiguracja jest najbliższa gazom szlachetnym. Mają wysoką
temperaturę topnienia i mogą być zwilżane.
c) metaliczne – tworzą metale i ich stopy, wykazują duże przewodnictwo cieplne i
elektryczne, co spowodowane jest występowaniem tzw. gazu elektronowego
d) kowalencyjne – zbudowane z atomów połączonych kowalencyjne (np. diament), są
bardzo trwale mechanicznie, odporne chemicznie, wysokiej temperaturze topnienia i
szczególnych właściwościach optycznych.
4.7.
Defekty sieci krystalicznej
– niedoskonałości kryształów polegające na punktowym
lub warstwowym zerwaniu regularności sieci. Występuje we wszystkich rzeczywistych
kryształach i wynika z natury procesu krystalizacji.
4.8.
Właściwości kryształów
: topią się w niskich temperaturach, są wytrzymałe na
ściskanie, mogą rozpuszczać się w wodzie i być zwilżane, przewodzą cieplnie i
elektrycznie
4.9.
Układ krystalograficzny
– to system klasyfikacji kryształów, ze względu na układ
wewnętrzny cząsteczek w sieci krystalicznej. Wyróżnia on 7 układów, a w nich 32
klasy.
4.10.
Izotropia –
brak różnic właściwości fizyczny materiałów, takich jak rozszerzalność
termiczna, czy przewodnictwo elektryczne, niezależnie od kierunku w jakim są one
mierzone. Jest to cecha ciał amorficznych i kryształów regularnych
4.11.
Anizotropia –
wykazywanie różnic w zależności od kierunku. Wyróżniamy np.
anizotropię sprężystości i prędkości, którą wykazują wszystkie kryształy. Konsekwencją
anizotropii prędkości wzrostu w warunkach swobodnego narastania jest samorzutne
tworzenie się prawidłowych postaci wielościennych
II. Siły spójności w tworzywach budowlanych
1.
Rodzaje wiązań:
1.1.
Wiązania atomowe
(kowalencyjne, homeopolarne) – polegają na utworzeniu wspólnej
pary elektronowej z dwóch atomów tego samego pierwiastka. Biorą w nim udział
elektrony walencyjne, następuje nakładanie się dwóch orbitali i gęstość elektronowa
wzrasta. Podstawowym warunkiem tworzenia tego wiązania są niesparowane elektrony
o przeciwnych spinach. Prowadzą one do dużej oporności cieplnej i elektrycznej, braku
plastyczności, dużej twardości i temperatury topnienia np. diament. Są to wiązania
ukierunkowane, symetryczne o energii wiązań 250-1000 kJ/mol
1.2.
Wiązania jonowe
(elektrowalejcyjne, heteropolarne) – powstają między atomami
różnych pierwiastków różniących się elektroujemnością. Polegają one na tym, że atom
pierwiastka elektrododatniego oddaje elektron lub elektrony z powłoki walencyjnej,
natomiast atom pierwiastka elektroujemnego przyjmuje te uwolnione elektrony na swoją
powłokę. Materiały z tego typu wiązaniem są bardzo twarde, mają wysokie temperatury
topnienia i wrzenia, są złymi przewodnikami elektryczności i ciepła, dobrze
rozpuszczają się w rozpuszczalnikach o dużej polarności takich jak woda. Są to wiązania
bezkierunkowe o energii wiązań około 400-800 kJ/mol.
1.3.
Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane –
rodzaj wiązania atomowego, w którym
tworzy się para elektronowa z elektronów walencyjnych atomów dwóch różnych
pierwiastków i jest ona przesunięta do bardziej elektroujemnego pierwiastka, co w
konsekwencji prowadzi do powstania spolaryzowanej elektrycznie cząsteczki, tzn.
dipola
. Energia wiązań wynosi 250-300 kJ/mol
1.4.
Wiązania koordynacyjne
– wiązania atomowe, w których elektrony pochodzą od
jednego atomu –
donor
- a drugi atom –
akceptor
– uzupełnia powłokę walencyjną
donora. Energia wiązania to 250-350 kJ/mol
1.5.
Wiązania metaliczne
– metale przekazują swoje najbardziej zewnętrzne elektrony do
przestrzeni międzywęzłowej siatki krystalicznej metalu, w wyniku czego tworzy się
chmura elektronowa (gaz elektronowy). Wolne elektrony odpowiadają za
przewodnictwo cieplne i elektryczne, powodują dużą wytrzymałość materiału przy
istnieniu defektów struktury, podatność na odkształcenia plastyczne, skłonność do
wykazywania zjawiska fotoelektrycznego i nieprzeźroczystości. Energia wiązań wynosi
250-500 kJ/mol
1.6.
Siły Van der Waalsa -
charakter tych wiązań wynika z sił przyciągania lub
odpychania elektrostatycznego, występują między atomami lub cząsteczkami wówczas,
gdy podczas zbliżenia ich do siebie tworzą się swoiste dipole w następstwie wzajemnego
oddziaływania chmur elektronowych i ładunków jąder atomowych. Oddziaływanie
pomiędzy powstającymi dipolami prowadzi do postania siły, która jest składową
przyciągającą w wiązaniu Van der Waalsa. Są one tym większe im większa jest zdolność
atomu do polaryzacji. Wzrastają wraz ze wzrostem ciśnienia i maleją wraz ze wzrostem
temperatury. Siły te bardzo szybko maleją wraz ze wzrostem odległości, ale mają za to
charakter addytywny. Kształtują własności kohezyjne materiału np. temperaturę wrzenia
i topnienia, twardość, lepkość i napięcie powierzchniowe. Energia wiązań wynosi 4-25
kJ/mol. Wyróżniamy:
a) siły orientacji (efekt Keesom'a) – wzajemne oddziaływanie stałych dipoli lub jonów i
stałych dipoli (
jon - dipol trwały lub dipol trwały - dipol trwały
)
b) siły indukcji (efekt Debye'a) – oddziaływanie stałego dipolu i dipolu przez niego
indukowanego (
jon – dipol indukowany
)
c) siły dyspersji: dipole chwilowe (rezonans elektronowy) i zjawisko statyczne (
dipol
trwały – dipol indukowany)
1.7.
Wiązania wodorowe
(mostki wodorowe) – jest to odmiana sił Van der Waalsa,
również o charakterze elektrostatycznym. Proton jednej z cząsteczek może działać silnie
polaryzująco na elektron atomu elektroujemnego drugiej cząsteczki, przyciągając go do
siebie. Wiązanie występuje wówczas, gdy wodór wiąże się z innym atomem np.
fluorem, azotem lub chlorem, w taki sposób, że wiązanie jest wyraźnie polarne.
Występuje ono w takich substancjach jak amoniak, woda, czy fluorowodór. Substancje
te odznaczają się anormalnie wysokimi temperaturami wrzenia, występuje także
wysokie napięcie powierzchniowe. Występuje tu
asocjacja – wiązanie się
pojedynczych cząsteczek w zespoły cząsteczkowe (asocjaty)
. Energia wiązań wynosi
20-40 kJ/mol. Mostki wodorowe występują też w materiałach polimerowych np.
polietylen i poliamid
1.8.
Wiązania addytywne
– wiązania, których siły mogą się sumować np. Van der Waalsa
i mostki wodorowe.
1.9.
Wiązania nieaddytywne
– wiązania, których siły nie mogą się sumować
1.10.
Rodzaj występujących wiązań powoduje następujący podział:
a)
metale –
żelazne i nieżelazne, wyłącznie z wiązaniem metalicznym
b)
materiały mineralne –
dominuje wiązanie jonowe, bądź jonowo-atomowe
c)
materiały organiczne –
dominują wiązania atomowe i siły międzycząsteczkowe
(drewno, bitumy, tworzywa sztuczne)
1.11. W polimerach – substancja wielkocząsteczkowych, suma oddziaływań
międzycząsteczkowych jest tak duża, że przewyższa siłę oddziaływań
wewnątrzcząsteczkowych
2.
Solwatacja
– proces otaczania rozpuszczonego związku chemicznego przez cząsteczki
rozpuszczalnika. Występuje zazwyczaj w rozpuszczalnikach silnie polarnych. Proces polega
na tworzeniu trwałej otoczki – otoczki solwatacyjnej - wokół cząsteczki rozpuszczonego
związku. Powstaje ona na skutek słabych oddziaływań elektrostatycznych.
3.
Hydratacja
(uwodnienie) – ogól procesów chemicznych, w których woda jest przyłączana
do innych substancji. Jest to szczególna postać solwatacji.
4.
Hydrofilowość
– skłonność cząsteczki do łączenia się z wodą.
5.
Liofilowość
– cecha niektórych cząsteczek koloidalnych polegająca na zdolności do
adsorpcji (proces wiązania się atomów na powierzchni lub granicy faz)
na ich
powierzchni cząsteczek rozpuszczalnika – zdolność ta zapobiega sklejaniu się cząsteczek
oraz nadaje trwałość układom koloidalnym.
6.
Hydrofobowość
– skłonność cząsteczek do odpychania cząsteczek wody. Najczęściej są to
cząsteczki nieposiadające momentu dipolowego (apolarne) np. parafina, rtęć, siarka.
7.
Liofobowość
– cecha niektórych cząsteczek koloidalnych, polegająca na braku skłonności
do adsorpcji cząsteczek rozpuszczalnika. Powoduje to łatwą
koagulację
(proces polegający
na łączeniu się cząsteczek fazy rozproszonej koloidu w większe agregaty (połączone
mniejsze cząsteczki w większe) tworzące fazę ciągłą o nieregularnej strukturze)
III. Zjawiska powierzchniowe
1.
Energia powierzchniowa –
na granicy faz występują odmienne właściwości materii, niż
ma to miejsce w głębi faz. Do warstwy powierzchniowej zaliczamy te części każdej ze
stykających się faz, w których przeciętny stan energetyczny cząsteczek, jest różny od
średniego stanu wewnątrz fazy. Siły przyciągania w głębi cieczy równoważą się wzajemnie,
natomiast w miarę zbliżania się do powierzchni występuje asymetria oddziaływań („brak
cząsteczek nad powierzchnią”). Dlatego w rezultacie powstaje siła wypadkowa, skierowana
do wnętrza cieczy. Powstaje swego rodzaju napięta błonka.
2.
Ciecz
– stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne trudno zmienia objętość, a łatwo
zmienia kształt, wskutek czego przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje. Siły
oddziaływań międzycząsteczkowych nie są duże, ale umożliwiają występowanie napięcia
powierzchniowego. Ciecz po dostarczeniu odpowiedniej ilości energii przechodzi w stan
gazowy, z drugie strony łatwo można ją ochłodzić i doprowadzić do zestalenia.
3.
Lepkość –
własność płynów związana z oddziaływaniami międzycząsteczkowymi,
nazywamy tak opór, jaki występuje podczas ruchu jednych części ośrodka względem
innych. Zgodnie z prawem Newtona, siła styczna F potrzebna do nadania cieczy o
współczynniku lepkości
gradientu prędkości
dV
dx
na powierzchni P równoległej do
kierunku przepływu, wynosi:
F
=⋅
P
⋅
dV
dx
4.
Adsorpcja
– najczęściej jest to proces wiązania substancji gazowej na powierzchni cieczy
lub ciała stałego, lub cieczy na stałej. Substancja gromadząca się na powierzchni to
adsorbat
, a substancja przyjmująca to
adsorbent
(jest on bardziej zwarty i ma mniejszą
energię kinetyczną). Adsorpcja na powierzchni ciał stałych jest procesem samorzutnym.
4.1. Centrum (miejsce) adsorpcyjne – umowne określenie obszaru na którym następuje
adsorpcja.
4.2. Cząstki adsorbowane tracą swobodę ruchu
S
ads
0
- ich entropia maleje
4.3. wykorzystanie w praktyce: kataliza, farbiarstwo, odbarwienie roztworów, oczyszczanie
wody, cieczy przemysłowych i ścieków
4.4.
adsorpcja fizyczna
(właściwa) – dominują oddziaływania typu sił Van der Waalsa
4.5.
adsorpcja chemiczna
(aktywowana) – występują oddziaływania chemiczne,
powierzchnia adsorbentu może być pokryta co najwyżej monomolekularną warstwą
adsorbatu
4.6. wszystkie procesy adsorpcji są procesami egzotermicznymi
4.7. izotermy adsorpcji – zależność opisująca wpływ ciśnienia na stopień pokrycia
powierzchni
4.8. izoterma Langmuira – adsorpcja jest monowarstwowa, wszystkie centra adsorpcji są
równie cenne, adsorpcja w dowolnym centrum nie zależy od obsadzenia centrów
sąsiadujących
5.
Adhezja
– łączenie się ze sobą powierzchniowych warstw ciał fizycznych wynikające z
oddziaływań międzycząsteczkowych stykających się substancji. Występuje przy klejeniu,
malowaniu, lakierowaniu oraz jest wykorzystywane przez niektóre zwierzęta do poruszania
się.
6.
Napięcie
powierzchniowe
– zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy i
innego ciała, wynikające tego, iż cząsteczki fazy wewnętrznej (objętościowej) podlegają
jednakowym siłom oddziaływania ze wszystkich stron, natomiast w przestrzeni
przypowierzchniowej występuje asymetria oddziaływań. Cząsteczki w tej warstwie są silnie
wciągane do wnętrza fazy objętościowej, ponieważ przyciąganie ze strony fazy gazowej jest
znikome i praktycznie się je pomija. Napięcie maleje wraz ze wzrostem temperatury.
Napięcie jest zależne od rodzaju cieczy (największe ma woda), temperatury i ciśnienia.
6.1.
Zwilżalność
– zdolność do pokrywania powierzchni ciała stałego przez ciecz. Miarą
zwilżalności jest
kąt zwilżalności
, który tworzy się na brzegach swobodnej kropli na
powierzchni ciała stałego. Wyróżniamy trzy przypadki, zależne od wielkości kąta:
a)
90
o
– ciecz zwilża ciało stałe
b)
=0
o
– zwilżanie doskonałe (szkło, miedź)
c)
90
o
– brak zwilżania (polimery)
6.2.
Emulgowanie
– proces łączenie dwóch niemieszalnych substancji, z których
przynajmniej jedna jest cieczą, prowadzący do powstania trwałej emulsji. Najczęściej
dzieje się to przez dodanie emulgatora i silne, mechaniczne wymieszanie całości.
6.3.
Zjawiska kapilarne –
szereg zjawisk związanych z zachowaniem cieczy w obiektach
o małych rozmiarach np. rurkach kapilarnych. Napięcie powierzchniowe odpowiada za
ruch cieczy w cienkich, kapilarnych rurkach, wbrew sile ciążenia.
a) Wysokość wzniosu:
h
=
2⋅
T
⋅cos
⋅
g
⋅
r
, dla czystej wody, rurce o promieniu 1 mm,
wysokość wzniosu wynosi ok. 14 mm.
6.4.
Związki powierzchniowo czynne (środki zwilżające) –
związki obniżające napięcie
powierzchniowe na granicy faz. Możemy je podzielić na:
a) zwilżające -
b) emulgatory – związek umożliwiający powstanie emulsji i zapewniający jej trwałość.
Gromadzi się na powierzchni granicznej, prowadząc do powstania miceli. Dzielimy
je na grupy: anionowe, kationowe, niejonowe i stałe
c) pianotwórcze
d) piorące (detergenty)
Działają one poprzez:
•
ułatwianie mieszania się
•
zmianę pH powierzchni co prowadzi do zrywania wiązań wodorowych, którymi
brud jest związany z powierzchnią
•
obniżają twardość wody
6.5.
Hydrofobizacja
– proces nadawania powierzchniom materiałów hydrofilowych, czyli
Plik z chomika:
heaven_paradise
Inne pliki z tego folderu:
chemia dodatkowe slajdy.pdf
(9845 KB)
chemia.pdf
(108 KB)
materia.pdf
(11849 KB)
Inne foldery tego chomika:
Nowy folder (2)
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin