Основные материалы и их соединения в строительстве

 

Большинство строительных материалов — это смеси из различных химических соединений, которые, в свою очередь, состоят из элементов. Наряду с элементами углеродом (С), водородом (Н) и кислородом (О) строительные материалы и вяжущие содержат калий (Ка), кальций (Са), кремний (Si), алюминий (Аl) и железо (Fe). Синтетические материалы в основном содержат хлор (Сl) и азот (N) (рис.»Строительные материалы и составляющие их элементы»).

 

Кислород (О)

 

СВОЙСТВА: Кислород без запаха, без вкуса, бесцветный газ тяжелее воздуха. Он необходим для горения и для дыхания, но сам не горит. В чистом кислороде сгорают многие вещества, даже металлы, быстро и полностью.

 

 

ПРОИСХОЖДЕНИЕ: почти 21 % воздуха составляет свободный кислород. Большая часть кислорода содержится в каменной массе земной коры и в воде в химически связанном состоянии. Кислород выделяется растениями с помощью фотосинтеза из углекислого газа (рис. «Воспроизводство кислорода»).

ПРИМЕНЕНИЕ: Кислород применяется при сварке и резке металлов, для производства стали и в качестве кислородного разделителя бетона и заполнителя.

 

Окисление, Восстановление (раскисление)

 

Когда вещество соединяется с кислородом, то говорят об окислении, а возникшее при этом вещество называют оксидом или окислом. При любом окислении выделяется тепло. Окисление может происходить быстро или медленно по времени (табл. «Процессы окисления»).

Если у окисла отнимается кислород, то говорят о восстановлении (раскислении). Для раскисления необходимо тепло. Получение многих металлов из их руд происходит путем восстановления.

 

 

Водород (Н)

 

СВОЙСТВА: Водород — бесцветный газ без запаха. Он является самым легким из всех веществ. 1 литр весит 0,09 г. Смесь водорода и кислорода в соотношении 2:1 очень взрывоопасна.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ: Водород в чистом виде в природе не встречается, однако в химически связанном виде он присутствует во многих ископаемых горючих веществах и в воде. Необходимый для промышленности водород получается из нефти или природного газа.

ПРИМЕНЕНИЕ: Водород находит применение в химической промышленности и в сварочной технике.

 

Углерод (С)

 

ПРОИСХОЖДЕНИЕ: Углерод в природе в чистом виде встречается в виде графита и алмаза. В химически связанном виде он присутствует в каменных частях земной коры, например, в виде известняка (СаСО₃), и в растительных остатках, например в каменном угле, в нефти и природном газе. Наряду с этим он является составной частью биомассы растений и животных. В виде углекислого газа он присутствует в воздухе и находится в растворенном виде в воде (рис. «Местонахождение углерода в природе»).

СВОЙСТВА: Графит — это мягкое, черное, блестящее красящее вещество. Алмаз бесцветен, стекловиден, очень тверд и хрупок.

 

 

ПРИМЕНЕНИЕ: технически полученный углерод служит коксом для получения железа, сажей для наполнителя при производстве резины, в качестве углеродных волокон для упрочнения пластмасс и в качестве алмазов для обкладки сверл по камню. Алмаз в порошковой форме применяется в

качестве шлифовального средства, например для дисковых пил, или в качестве полировального средства (рис. «Применение углерода»).

 

Соединения углерода

 

Различают неорганические и органические соединения углерода. К неорганическим относятся угарный газ (СО), углекислый газ (С02), углекислота и ее соли, а также карбиды (рис. «Важнейшие соединения углерода»).

 

 

Неорганические соединения углерода

 

УГАРНЫЙ ГАЗ (СО) получается при сжигании углеродосодержащих материалов при недостаточном снабжении кислородом. Это бесцветный газ без запаха. Он очень ядовит и горит синим пламенем. Он используется в большой технике для производства многих материалов, например пластмасс и растворителей.

УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ (СO₂) получается при сжигании углеродосодержащих материалов. Это негорючий, бесцветный газ без запаха. Он не ядовит. Так как он почти в 1,5 раза тяжелее воздуха, он собирается в низких местах, например в подвалах и шахтах. Там имеется опасность задохнуться!

• Выделяющийся в больших количествах при сжигании ископаемых горючих материалов, например нефти и газа, углекислый газ ведет к нагреванию атмосферы (к созданию так называемого парникового эффекта в атмосфере Земли).
• Двуокись углерода в воздухе является причиной «кислотных дождей».
• Угарный газ вызывает отравление людей. Находясь в атмосфере углекислого газа, человек может задохнуться.

 

Органические соединения углерода

 

Важными соединениями углерода являются УГЛЕВОДОРОДЫ. По строению их молекул различают цепные, кольцеобразные, а также разветвленные углеводороды. В цепных углеводородах атомы углерода располагаются в ряд друг за другом, а свободные валентности заняты атомами кислорода (рис. «Цепные углеводороды»). Цепи углеводородов, содержащие до 5 атомов С, — газообразны, например газ пропан С₃Н₈, с 6 до 15 атомов — жидкие, например октан С₈Н₁₈, и с 15 атомов С и более — пастообразные, до твердых, например, стеарин С₁₈Н₃₆. Бензин — это смесь жидких углеводородов. Атомы углерода могут соединяться друг с другом посредством 2 или 3 валентностей. Их называют НЕНАСЫЩЕННЫМИ. Ненасыщенными углеводородами являются, например, газы ацетилен и этилен (рис. «Ненасыщенные углеводороды»). Простейшим кольцеобразным соединением углеводородов является бензол С₆Н₆. Другим производным соединением из бензола является фенол С₆Н₅ОН (рис. «Кальцеобразные углеводороды»). Кольцеобразные ненасыщенные углеводороды являются важными исходными материалами для химической промышленности, например для производства пластмасс. Другими органическими соединениями углерода, содержащими наряду с водородом еще и другие химические элементы, такие, как, например, кислород, хлор и азот, являются спирты (алканолы), альдегиды (алканалы), органические кислоты (спиртовые кислоты) и хлорированные углеводороды (табл. «Важные органические соединения углерода»).

 

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЕ ПОЧИТАТЬ: