Песок жидкое стекло и соль: Как сделать искусственный песчаник своими руками

Как сделать искусственный песчаник своими руками

Что бы сделать искусственный песчаник необходимы песок, жидкое стекло и соль. Ничего сложного в процессе нет. Старая, но малоизвестная технология. Почему я решил опубликовать эту статью?

Как то в беседе зашла речь о строительных материалах, которые, для удешевления строительства можно сделать самому. Мы стали перечислять виды подобных материалов, от обычной соломы, до глинобитной технологии. Жаркий спор развернулся вокруг преимуществ и недостатков подобных материалов: качество – ниже среднего,  пожароопасность  в случае нарушения технологии, дефицитность (оказывается, что и солома может быть в дефиците), трудоемкость производства подобных материалов и технологий, потери времени, необходимость  длительной просушки строений, защите их от атмосферных осадков и дополнительной постоянной вентиляции стен, теплопроводность и т.д. Я, по профессии не строитель, в конце угасающего спора, задал вопрос: «А что вы знаете про искусственный песчаник?» Тема оказалась неизвестной, но время уже за полночь и посоветовал, кому интересно поискать информацию в Интернете. Но не тут-то было!

Что бы ткнуть носом в инфу — полез сам и поразился скудности выложенной информации – способ древний, а описано, будто рецепт «филосовского камня» — мутно и туманно! Хотя, припоминаю одно интервью по радио, в котором мужик жаловался корреспонденту, что в интернете «какими то структурами была стерта подробная информация о способах изготовления искусственного  песчаника»! Я тогда посмеялся над его словами – как вообще такое возможно? И порадовался, что у меня-то есть подробная технология! Но эти «какие то структуры» добрались и до меня в виде моей любимой собаки!

Мои потери

Была у меня заветная тетрадь, 44 листа записей разных «ноу хау», интересных химических реакций, идей, почти готовых к реализации в дело… Начал вести ее еще в студенчестве. Почему была? Да уже пять лет прошло, как ее съел Курт  — моя немецкая овчарка! Очень тосковал по мне , когда я находился на вахтах, потому и грыз в клочья все, что пахло мною, когда оставался один – без присмотра близких! Для меня это самая большая утрата: разодранные вещи, книги можно купить новые, а записи… Говорят, что рукописи не горят, но мы даже не задумываемся , что с ними могут сделать любимые домашние питомцы! И была в тетради серия записей с описанием, рецептурой, фишками по теме искусственного  песчаника. Толчок теме дала статья из журнала «Сделай сам», а дальше я начал рыть по спец. изданиям.

Технология искусственного песчаника

Речь пойдет о способе изготовления искусственного  песчаника без цемента, в полевых условиях, без последующего обжига, с минимальными затратами денег на сырье и времени. Что нам потребуется? Из сырья:

• Песок


• глина


• Жидкое стекло


• Хлористый кальций – соль

Песок, глина и жидкое стекло перемешиваются до однородной массы, затем формуется будущее изделие в формах и сразу помещается в ванну с раствором соли. Максимум 3 дня мокнет в ней и изделие готово!

Химизм реакции

подробно описывать не буду, кому интересно – Google в помощь! А  своими словами: ионы двухвалентного кальция из раствора соли замещают собой ионы натрия из жидкого стекла, из-за чего это самое жидкое стекло превращается в быстротвердеющий гель, связывающий в монолит всю массу. В свою очередь, ионы натрия вынуждены уходить в водный раствор, превращаясь в хлорид натрия.

Как видите, весь процесс проходит в два этапа:

• Замес массы и ее формовка.


• Запуск химической реакции «окаменения» изделия в ванне.

Не следует их объединять в один процесс: не успеете промешать всю массу, как она окаменеет!

О рецептуре

Не обессудьте, восстанавливаю по памяти!

Песок : глина : жидкое стекло     —     10 : 1 : 3(4).

Жидкое стекло обычно продается (в оптовых партиях) концентрированным, поэтому его можно развести водой пополам, но лучше 1 : 1/3(вода).

Хлористый кальций развести:  на 1 литр воды – 300 гр соли.

Допустим: ванна 100 литров раствора. Чтобы выработать весь хлорид кальция – в ней можно замочить не более 330 кг изделий! Т. е., если вы берете 330 кг сухой смеси для теста (песок + глина без учета  жидкого стекла), то в ванне в 100 л раствора хлористого кальция, после замачивания изделий из этого количества песка, САМОГО ХЛОРИСТОГО КАЛЬЦИЯ уже не останется! В ванне будет уже раствор ХЛОРИСТОГО НАТРИЯ!  Еще раз повторяю – восстановлено по памяти!

Где найти хлористый кальций? Лично мне в продаже  в  свое время он не попадался! Приходилось искать у дорожников, они его рассыпали по дорогам в гололед. Сейчас же с ним проблем нет!

Хлористому кальцию вполне можно найти замену!  По условиям реакции необходима соль любого двух- или трехвалентного металла,  то есть нас интересует в соли только ион металла, а кислотный остаток нам «по барабану». Трехвалентные соли попадались в продаже, да цены кусались! Кстати, нас интересуют только те соли, которые легко растворяются в воде! И наткнулся я в магазине для садоводов на удобрение «НИТРАТ КАЛЬЦИЯ» в пакетах по 10 кг – чем не замена: не дорогой (относительно), легко растворяется в воде, а самое главное – в отходе, после реакции в ванне, останется не хлористый натрий (куда его девать? Если просто вылить – «зеленые» наедут!) , а НИТРАТ НАТРИЯ!  А это уже продукт, которому можно найти применение, хотя бы как удобрение! С нитратом кальция  я не экспериментировал, просто даю идею.

О тонкостях процесса

• Промешивать массу необходимо тщательно, что бы не осталось сухой смеси.


• Нельзя давать массе сохнуть на воздухе – промесили, отформовали и сразу в ванну.


• В ванне изделия должны быть покрыты раствором полностью.


• Если изделия массивные – делайте их с внутренними полостями: они будут легче, расход сырья уменьшится, раствору соли будет проще проникнуть в глубь массива.

Если осталась неиспользованная масса – не беда: поместите остатки массы в полиэтиленовый мешок, вытесните воздух из мешка, плотно перевяжите и в тенёк, до следующего раза! Технология позволяет использовать вчерашние остатки со свежеприготовленным раствором на следующий день. Важно, чтобы масса не имела контакта с воздухом, он враг!

О прочности изделий из искусственного песчаника

Со временем искусственный песчаник становится крепче и уступает в прочности только базальту и граниту! А эти материалы считаются самыми твердыми в строительстве!

P.S.  Вполне подходящая идея для бизнеса:

• минимум вложений и оборудования,


• всегда найдется покупатель на дешевые (в смысле цены, а не качества) строительные материалы,


• возможность организовать производство прямо на строительной площадке


• данным способом можно делать не только строительные материалы, Ваша фантазия Вам подскажет…

P.P.S.    А знаете ли вы, что жидкое стекло можно  «сварить» самому?

Рецепт изготовления жидкого стекла своими руками довольно прост. В тигель нужно засыпать смесь, состоящая из одной весовой части чистого песка и четырех весовых частей безводного карбоната натртия (соды). Эти компоненты необходимо тщательно растереть в ступке и перемешать. Затем тигель нужно хорошо нагреть до высокой температуры, когда содержимое полностью растопится. Полученный в результате этой операции кремнекислый натрий следует вымыть из тигеля горячей водой. Образовавшийся раствор, или кремнекислый натрий, растворенный в воде, — и есть жидкое стекло (он же канцелярский клей).

Приготовление раствора для кладки печи своими руками: пошаговая инструкция

Перед тем, как приступать к самостоятельной кладке печи, необходимо подготовить специальный раствор. Данному этапу работ нужно уделить должное внимание, так как именно от качества его выполнения зависит срок эксплуатации печи, ее внешний вид и технические характеристики. Раствор для кладки печи можно сделать своими руками, об этом и пойдет речь в данной статье.

Какие растворы бывают?

Состав, образованный путем соединения воды, заполнителя и вяжущего вещества, называется раствором. Чаще всего для кладки печи или дымохода используют следующие виды таких составов или смесей:

• Глиняный — наиболее часто встречающийся в строительных работах. Его состав идеально подходит для кладки керамического кирпича.
• Бетонная смесь применяется для устройства дымохода и кладки фундамента топки.
• Смесь на основе жидкого стекла применяют не так часто. Обычно ее используют для гидроизоляции перекрытий и стен.
• Известковый раствор, как и бетонный, подходит для устройства фундамента дымохода/печи.

Рекомендуем прочитать: делаем фундамент под печь самостоятельно.

Важно! Состояние и срок эксплуатации печки зависит не только от качества приготовления раствора, но и от толщины его соединения. Чем тоньше шов, тем функциональнее будет работать отопительное сооружение.

Глиняный состав

Глина — неотъемлемая часть смеси для кладки керамического кирпича. Как известно, именно такой кирпич используется для возведения большинства печей и дымоходов. Глиняные смеси могут быть приготовлены по-разному:

1. Жирный раствор очень пластичен, при высыхании он сильно трескается.
2. Тощая смесь сильно крошится при работе, она обладает минимальной прочностью и пластичностью.
3. Растворы с нормальной жирностью дают небольшую усадку, зато они пластичны и не трескаются после высыхания.

Важно! Чтобы печь правильно функционировала, ее кладка должна производиться с раствором нормальной жирности. Такая смесь выдерживает температуры до 1000 градусов по Цельсию.

Чтобы сделать глиняный раствор более прочным, можно добавить к нему цемент или поваренную соль. Необходимо соблюдать пропорции, к примеру, на 20 кг природного материала приходится 2 кг цемента или 200 г соли.

Как проверить глину на прочность, пластичность и жирность?

1. Нужно сделать небольшой шарик из глины и кинуть его на землю. Если он разломался, рассыпался или лепешка потрескалась, то в смеси слишком много песка. Такой раствор нужно разбавить глиной.
2. Пару килограмм глины нужно поместить в специальную емкость и залить водой. Все комочки разминаются и тщательно вымешиваются веселкой. Если весь инструмент обволакивается глиной, значит данный стройматериал очень жирный. К такому раствору обязательно нужно добавить песка. В случае, когда на веселке остаются отдельные части глины, насыпать песок не нужно. Если инструмент полностью покрывается слоем глины, значит, Вы имеете дело с суглинком. Такой состав необходимо разбавить более жирным составом.
3. Горная порода заливается водой и руками замешивается до тестообразного состояния. Она не должна прилипать к рукам. Из получившегося состава делают небольшой шар и кладут его между двумя дощатыми пластинами. Желательно использовать гладкие строганые деревяшки. Далее с двух сторон деревянные планки сдавливают до того момента, пока на глиняном комочке не появятся трещины. Их размер и характер появления и определяют состав глины. Шар из жирной глины потрескается, когда его сожмут на ½ диаметра. Суглинок дает трещины при даже малом воздействии. Нормальная глина покрывается трещинами при сжатии на треть от диаметра шарика.

Прочитайте так же о том, как выбрать оптимальную кладку для печи и добавьте статью в закладки.

Чтобы добиться идеальных пропорций, смешивают различные типы глины, постепенно добавляя или удаляя песок. Только так можно приготовить подходящую смесь для кладки печи.

Способы приготовления глиной смеси

Существует несколько вариантов создания раствора, опытные специалисты рекомендуют готовить смесь любым нижеперечисленным способом:

1. Нормальная глина засыпается в ящик слоями и заливается водой. Спустя несколько часов горная порода перемешивается и процеживается через сито. Чтобы добиться нужной густоты раствора, на месте в него вливают необходимое количество воды. Далее к смеси добавляют песок, перемешивают и просеивают еще раз.
2. Глину опускают в жестяной ящик, добавляют воды и оставляют так на несколько суток. После этого в смесь понемногу добавляют песок. Раствор нужно топтать ногами, пока не останется ни одного затвердения или комка. Желательно надеть на ноги резиновые сапоги. Далее состав прощупывают вручную, удаляя оставшиеся комки. Правильно приготовленный вяжущий материал должен легко съезжать с лопаты, не застревая и не прилипая. Чтобы проверить смесь на пригодность, в нее опускают деревянный черенок. Если на нем останется незначительный след, значит раствор нормальный. Тощий не оставит никаких следов, после жирной смеси на палке останется пленка.
3. Для получения искомой смеси можно использовать дощатый настил или боек, его размер зависит от количества глины. Данный настил рекомендуется для того, чтобы не замешивать раствор на земле. Там в него могут попасть камни и прочий мусор. Боек посыпают глиной слоями и заливают их водой. В данном случае речь идет о нормальной глине, которой не нужен песок. Когда глина станет мягкой, ее перелопачивают и делают из нее небольшую гряду высотой 30 см. Далее по получившейся насыпи совершают удары ребром лопаты, разбивая комки. Все посторонние предметы и примеси во время работ удаляют. Далее смесь снова перелопачивают и вновь делают насыпь. Эти манипуляции повторяют 5-6 раз, пока в растворе не останется твердых комков. Если к глине нужно добавить песок, то поступают следующим образом. Песок насыпают на настил в виде небольшой гряды. В ней делают отверстия, туда насыпают глину, заливают воду и всю поверхность сверху посыпают песком. Когда глина станет мягкой, все начинают перелопачивать. Технология замешивания такая же, как в предыдущем случае.

Совет! Чтобы в вяжущий материал не попали посторонние предметы, его лучше хранить в закрытой емкости.

Бетонный (цементный) состав

Данный вид смеси отличается от глиняного быстрым сроком застывания и более высокой прочностью. Чтобы его приготовить, смешивают цемент с заранее просеянным песком. Пропорции смешивания различны, все зависит от марки цемента. Чтобы добиться необходимой густоты, в раствор добавляют воды.

Важно! Правильно приготовленная смесь не должна легко сползать с лопаты и быть неподвижной.

Бетонный состав необходимо использовать сразу, через 50-60 минут он застынет и станет непригодным.

Раствор из жидкого стекла

Жидкое стекло добавляют тогда, когда необходимо добиться водонепроницаемого слоя. Жидкое стекло добавляют к бетонным или известково-бетонным растворам в соотношении 1 к 10. Также силикатный вяжущий состав используют для замазки пустот, трещин и сосколов. Он делается из 3 частей песка, 1 части жидкого стекла и 1 части цемента.

Смесь на основе извести

Известковая смесь идеально подходит для устройства дымохода ближе к крыше и возведения фундамента печи. Чтобы приготовить необходимый состав, смешивают 3 части воды и 1 часть негашеной извести. Далее известковое тесто пропускается через сито. Песок смешивается с получившейся смесью в пропорции 3:1.

Качественно приготовленный раствор для кладки печи оградит Вас от ряда неприятностей — плохой тяги, образования трещин на топке или задымления. Чтобы этого не допустить, необходимо придерживаться вышеописанных алгоритмов при монтажных и строительных работах. Это под силу даже новичку.

Жидкое стекло как компонент — Справочник химика 21

    Электроды Т-500. В состав обмазки входят (по массе) феррохром—90% карбид бора —5% графит серебристый — 5% жидкое стекло —28—30% к общей массе сухих компонентов. Применяются для наплавки чугунных и стальных деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания без ударной нагрузки (шнеки, лопасти мешалок и т. д.). [c.89]

    Цинксиликатная краска В-ЖС-41 (ТУ 610-1481—78) представляет собой суспензию пигментов и наполнителей в водном растворе калиевого жидкого стекла и не содержит в своем составе органических растворителей. Она поставляется в виде трех компонентов в отдельных упаковках в следующих соотношениях по массе) основа (жидкое стекло)— 100, пигментная смесь алюминиевый порошок и каолин) 28,4 и цинковый порошок — 171,6. Краску В-ЖС-41 наносят в три слоя методом пневматического распыления общей толщиной 180—200 мкм. Нанесение на поверхность с остатками органических покрытий не допускается. Расход краски В-ЖС-41 на один слой — 200— 230 г/м , отвердителя — 50—70 г/м . Визуальный осмотр состояния внутренней поверхности баков должен проводиться 1 раз в год. 

    Электроды Т-540. Состав обмазки (по массе) феррохром — 40% ферротитан —45% графит серебристый —5% мел технический— 10% жидкое стекло—28—30% к общей массе компонентов. Используются для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания и ударной нагрузки. [c.89]

    Для снижения коррозионного воздействия воды предусматривается введение компонентов (гексаметафосфат или триполи-фосфат натрия, раствора жидкого стекла, ингибитора коррозии ИКБ-4в, цинко-хромовых ингибиторов и т. д.), способствующих созданию защитных пленок на поверхности стенок теплообменных аппаратов и трубопроводов. [c.171]

    Приготовление силикатных вяжущих производят в растворомешалках различного типа вместимостью 40, 80, 100 л. Для дозирования компонентов рекомендуется иметь отдельные тарированные емкости для жидкого стекла, кислотоупорного порошка, кремнефтористого натрия и фурилового спирта. Для контроля плотности жидкого стекла необходим ареометр. [c.120]

    Ладать кнслотоустойчивостью или щелочестойкостью. Кислото- порный цемент получают, смешивая порошкообразные материа-фы — наполнитель и ускоритель твердения. Затворение проводят родным раствором силиката натрия (жидкое стекло). В качестве Заполнителя используют богатые кремнеземом естественные порода (кварцевый песок, гранит, андезит) или искусственные силикатные материалы (плавленый диабаз или базальт). Поэтому по роду наполнителя различают андезитовый, диабазовый и базальтовый цементы. Ускорителем твердения служит фторсиликат натрия. Сразу после смешения порошкообразных компонентов и за-творения полученная масса обладает высокой подвижностью, затем схватывается и твердеет. Этот процесс связан с химическими изменениями. Известно, что растворы жидкого стекла под действием углекислого газа и воды разлагаются с выделением кремнеземного осадка [c.149]

    Системы контроля и управления приемом и дозированием жидких компонентов также схожи между собой. Так, управление подачей сырья в расходные емкости ПЛВ, жидкого стекла, раствора добавок и др. из складских емкостей производится с ЦПУ и блокируется при достижении максимального уровня жидкого сырья в той иЛи иной расходной емкости, или при достижении минимального уровня в складской емкости. [c.232]

    Третья область относится к применению силикатов щелочных металлов в качестве химических компонентов в составе различных веществ. Это направление предусматривает использование жидкого стекла в синтетических моющих средствах, для отбелки и окраски тканей, при производстве бумаги. [c.9]

    В зависимости от вида отмываемых поверхностей в состав моющего раствора входят разные вещества эмульгирующие жиры и омыляющие жирные кислоты — едкая щелочь пептизирующие белки и снижающие жесткость воды — тринатрий-фосфат и др. предотвращающие коррозию металла — жидкое стекло и ПАВ. Количество каждого компонента определяется видом и свойствами отмываемых поверхностей. [c.214]

    Получение кремнийорганических красок. Основными компонентами в производстве кремнийорганических красок являются жидкое стекло и смесь тетраэтоксисилана с этилсиликатом. Принципиальная технологическая схема производства кремнийорганических красок приведена на рис. 44. [c.123]

    Связующие компоненты, например силикат натрия (жидкое стекло), используются в процессе изготовления форм для придания им необходимой прочности и поверхностных свойств требуемых при литье в песчаные формы. Использование силиката натрия позволяет уменьшить допуски при получении отливок. Относительно высокая прочность дает возможность использовать формы без дополнительных конструкционных элементов, таких как опоки и т. п. Смеси с добавками силиката натрия и СО2 широко используются для получения стержней процесс протекает относительно быстро и не требует дополнительной сушки изделий. [c.147]

    Под растворимыми стеклами понимают твердые водорастворимые стекловидные силикаты натрия и калия. Получают растворимые стекла сплавлением кремнезема со щелочными компонентами (содой, поташом и др.) по технологии силикатных стекол. Растворимые стекла являются исходными материалами для производства некоторых видов жидкого стекла, хотя в отдельных случаях они могут применяться (обычно в тонкоизмельченном виде) самостоятельно. [c.3]

    Получаемые таким способом соли сульфокислот обладают высокими качествами, поэтому их можно перерабатывать вместе с натуральным мылом, хотя присутствие поваренной соли сильно мешает смешению обоих компонентов. Соли сульфокислот, которые поступают в продажу под названием мерзолятов (исходный сульфохлорид известен под названием мерзол ), могут быть переработаны в смеси с сульфатом натрия в известные нейтральные высококачественные моющие средства для шерсти или в смеси с водой, жидким стеклом итилозой НВР — в мыльные порошки для хлопчатобумажного белья тонких и грубых сортов. Соли сульфокислот, получаемые сульфохлорированием на основе когазина И, производят и в настоящее время. [c.417]

    Для удаления с поверхности черных металлов окалины и ржавчины толщиной до 3 мм используется паста Целлочель . В состав пасты входят соляная кислота, уротропин, жидкое стекло, бумажная масса или мелкие древесные опилки и вода. Соляная кислота, легко растворяя ржавчину, не действует на основной металл благодаря присутствию ингибитора — уротропина. Жидкое стекло и наполнитель служат сгустителями пасты и улучшают ее технологические свойства. Пасту приготовляют, смешивая компоненты в кислостойкой посуде при комнатной температуре. Паста годна к использованию через сутки после приготовления (по внешнему виду и вязкости она напоминает консистентную смазку). [c.74]

    В буровых растворах жидкое стекло применяется обычно совместно с другими реагентами и добавками и несет в зависимости от условий функции стабилизатора, структурообразователя, ингибитора, крепящего компонента и замедлителя термоокислительной деструкции. В цементных и гельцементных растворах, особенно в быстрогустеющих и схватывающихся смесях, для тампонирования [c.107]

    Керамические флюсы представляют собой смесь размельченных легируюи их, раскисляющих, модифицирующих и шлакообразующих компонентов, сцементированных раствором жидкого стекла. В состав керамических флюсов могут входить любые вещества независимо от их взаимной растворимости. Наплавленный металл легируется за счет перехода легирующих веществ из флюса в ванну расплавленного металла. [c.87]

    Электроды Т-600. Состав обмазки (по массе) феррохром — 75% феррс. итан —15% графит серебристый —5% карбид — 5% жидкое стекло —28—30% к общей массе сухих компонентов. Рекомендуются для наплавки стальных и чугунных деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания и умеренных ударных нагрузок. [c.89]

    Кислотоупорный цемент. Кислотоупорный цемент изготовляется путем смещения двух порошкообразных компонентов — наполнителя и ускорителя твердения, затворяемых затем на водном растворе силиката натрия (жидкого стекла). В качестве наполнителей используют измельченные богатые кремнеземом естественные породы (андезит, гранит, кварцевый песок) илн искусственные силикатные материалы (плав.иеный диабаз, плавленый базальт, фарфор и др.). Силикатные кислотоупорные цементы обозначают по роду наполнителя — андезитовый, диабазовый цемент и т. п, В качестве ускорителя твердения применяют кремнефтористый натрий. Для приготовления цемента берут разные количества жидкого стекла различной плотности. После смешения компонентов полученные композиции обладают вначале высокой подвижностью, но очень быстро начинают схваты- [c.456]

    Кислотоупорный бетон изготовляют в обычных бетономешалках. В них сначала загружают сухие компоненты (наполнитель н кГ)емнсфторнстый натрии), которые перемешивают в течение 2—3 мин до получения однородной смеси, после чего заливают жидкое стекло и смесь вновь перемешивают 1—2 м.ин. Свежеприготовленную смесь выгружают и немедленно, до начала схватывания, употребляют для укладки в опалубку слоями толщиной 10—12 см. Каждый слой уплотняют вибратором. [c.459]

    Раствор жидкого стекла готовят из так называемой силикат-глыбы — твердой смеси солей натрия поликремневых кислот (rtSi02-//iNa2O). Силикат-глыба должна иметь силикатный модуль (молярное отношение ЗЮг Na20) в пределах 2—3. С увеличением модуля уменьшается растворимость солей и растворы становятся неустойчивыми. С другой стороны, чем выше модуль, тем меньше расход компонентов при производстве катализаторов. Силикат-глыбу готовят обычно на стекольных заводах. Ее дробят в щеко-вой дробилке до кусков размером 10—15 мм, что ускоряет растворение, которое производят во вращающихся автоклавах 1 (рис. 39). Раздробленная глыба из отверстия дробилки попадает в специальный ковш, который по мере наполнения поднимает глыбу наверх и ссыпает ее в весовой дозатор. Взвешенную глыбу весовым дозатором подтаскивают к люку автоклава. Последний [c.106]

    Растворимое стекло или жидкое стекло — силикат натрия. Его качество определяется модулем SЮ2/Na20. Компоненты из порошков твердых веществ, замешанные на жидком стекле, затвердевают. Жидкое стекло широко применяется для изготовления сварочных электродов, форм для отливки металлов, для всякого рода уплотнений. [c.420]

    Л. Слобод и Рамиро Перец-Полакио в 1964 г. опубликовали результаты исследований, в которых установили возможность использования силикагеля в качестве закупоривающего материала для изоляции зон водопритоков при бурении скважин с очисткой забоя воздухом. Гелеобразующая смесь, использованная в экспериментах, состояла из четырех объемов кремнекислого натрия (жидкого стекла), трех объемов дистиллированной воды и четырех объемов пятинормальной серной кислоты. Время начала схватывания составляло 5 ч. 42 мин. Кроме указанного, были испытаны и другие составы смеси, отличающиеся соотношением компонентов. Для таких смесей также определялось время начала схватывания, оно изменялось в пределах 2—14 ч. [c.229]

    Предварительными физико-химическими исследованиями, выполненными в НИИнефтеотдача, было установлено, что скорость реакции гелеобразования композиции кремнефторид аммония — жидкое стекло очень сильно зависит от соотношения компонентов. Если соотношение кремнефторид аммония жидкое стекло больше, чем 1 моль 53 моль (в пересчете на МааО), то гелеобразование наступает в течение 10—20 мин при комнатной температуре. Скорость гелеобразования резко замедляется с уменьшением количества кремнефторида аммония и при соотношении кремнефторид аммония жидкое стекло меньше, чем 1 3 время гелеобразования достигает 24 ч при 85 °С при массовой доле жидкого стекла 0,75% (по ЗЮа). При комнатной температуре эта композиция сохраняет устойчивость в течение 3—4 сут. [c.309]

    При приготовлении бетонов на жидком стекле и силикат-полимербетонов перед загрузкой компонентов в бетоносмеситель рекомендуется смешать тонкомолотый наполнитель с кремнефтористым натрием. При получении готовой смеси андезитового порошка с кремнефтором необходимо сделать перерасчет количества кремнефтора с учетом данных паспорта завода-поставщика. Материалы загружаются в такой очередности щебень всех фракций и песок, смесь андезитовой муки с кремнефтористым натрием. Перемешивают материалы не менее 4—6 мин, затем добавляют жидкое стекло и вновь перемешивают 3—5 мин до получения однородной смеси. Бетоносмеситель должен быть тщательно очищен после каждого замеса. При приготовлении силикатполимербетона состава № 1 рекомендуется предварительно смешать жидкое стекло с фуриловым спиртом, а состава № 2 — приготовить полимерный компаунд на весь объем бетонирования, для чего дозируют 70 мае. ч. фурилового спирта и 30 мае. ч. смолы ФРР, сливают их в одну емкость и тщательно перемешивают. При использовании ингибитора коррозии для армированных конструкций [c.133]

    Одним иэ важных компонентов в рецептуре СМС, оказывающим значительное влияние на физические свойства порошка и процесса сушки композиции, является силикат натрия. Некоторые предприятии M получают его в виде водного раствора, т.е. жидкого стекла, но на большинстве заводов СМС раствор жидкого стекла готовят на месте путем расплава силикатной глыбы в автоклавах. Известные зарубежные предприятия используют жидкое стекло с модулем не более 2,0. В наигей стране из-за нехватки солопролуктов для M используют силикат натрия с модулем 3,0 — 3,6, что приводит к образовалию осадкй в автоклавах, емкостях, реакторах приготовления композиции, забивке фильтров, распылительных форсунок и, следовательно, нарушению стабильности в работе всей установки. Для получения раствора жидкого стекла из силикатной глыбы в нашей стране на отдельных заводах СМС используются вращающиеся автоклавы объемом да 3,2 С целью увеличения производительности установок по получению жидкого стекла на новых заводах установлены стационарные автоклавы объемом 16,0 м . Однако опыт эксплуатации показал, что время растворения силикатной глыбы в стационарных автоклавах увеличивается в 1,5 — 2,0 раза по сравнению с вращающимся автоклавом. Кроме того, при приготовлении силиката натрия с высоким модулем после каждой операции образуется труднорастворимый осадок, для удаления которого из стационарного автоклава необходим дополнительный расход шелочи. [c.102]

    Для улучшения гранулирования в аппарате ВКС через пневмомеханические форсунки распыляют жидкие компоненты — смесь ЮЙ-го водного раствора триполифосфата натрия и жидкого стекла. При необходимости в качестве яшдкого компонента могут быть использованы неионогенные или анионоактивные ПЛИ. [c.152]

    Сыпучее сырье, используемое для гфоизводства кусковых СМС предварительно измельчают, просеивают и в необходимых соотношениях за1 ружают в смеситель периодического действия 3 (рис. 36)-Степень измельчения сырья играет важную роль — от нее зависят качественные показатели готового продукта. После окончания загрузки сыпучего сырья в смеситель 3 насосом-дозатором 2 из емкости загружают жидкое сырье. Жидким сырьем может служить алкилбеН золсульфокислота или смесь алкилбензолсульфоната натрия с жидкй стеклом и другими компонентами. Содержание жидкого стекла в Смеси, необходимого для получения продукта хорошего качества, составляет от 0,5 до 35% (масс.). [c.172]

    Щелочное заводнение позволяет одновременно повышать нефтеотдачу пласта и снижать обводненность добываемой продукции [13,14]. Степень вытеснения нефти из пласта при воздействии щелочными реагентами повышается за счет образования ПАВ при реакции щелочей с кислыми компонентами нефти и гидрофилизации поверхности коллектора. Увеличивается охват пласта заводнением путем снижения проницаемости водопроводящих каналов и пропластков. Эффективность щелочных составов на основе жидкого стекла связана, главным образом, с внутрипластовым образованием гелей и гелеобразных осадков. В настоящее время щелочные растворы являются наиболее распространенными осадкогелеобразующими композициями для повышения нефтеотдачи. [c.115]

    Для получения композиции на основе жидкого стекла, характеризующейся максимальным значением прочности при оптимальном времени гелеобразования и низкой стоимостью входящих компонентов (сшивающие материалы), нами предложена композиция на основе жидкого стекла NaiSiOs, H I с введением третьего компонента сернокислого алюминия А12(8о4)з (ГОСТ 3758-75), способного в результате реакции имидизации повышать прочность образующегося геля. А12(8о4)з малотоксичен, коррозионно малоактивен по [c.16]

    Обычное порошкообразное стекло, затворенное щелочным силикатом, быстро превращается в камневидное тело, водоустойчивость которого возрастает с ростом модульности жидкого стекла. Растворимое стекло применяют также для стекловарочных печей в качестве уплотнительной обмазки. Затворителем такой обмазки служит высокомодульное стекло (М 3, р = 1,4 г/см ). Порошковая часть состоит из следующих компонентов, % (по массе) молотый асбест — 20 песок — 40 маршаллит — 20 каменноугольный песок— 15 кремнефторид натрия — 5. [c.142]

    Суть процесса силикатирования состоит в том, что два компонента — жидкое стекло и растворимая соль, введенные в грунт с помощью инъекторов, вступают в реакцию и выделяют студнеобразные осадки, которые обволакивают частицы грунта и заполняют пространство между ними. Поскольку осадки представляют собой оводненные набухшие коллоидные гели, они непроницаемы для воды. Существенное влияние на процесс оказывают свойства жидкого стекла — его модуль, концентрация, вязкость. [c.149]

    При резке металлической дугой применяются толстообмазанные элек троды. Ширина реза несколько больше диаметра покрытого электрода. Хорошие результаты дают металлические электроды марки АНР с толстой обмазкой следующего состава (в вес. ч.) полевого шпата 20, марганцевой руды 77, декстрина 30, жидкого стекла 30% суммарного веса остальных компонентов. [c.635]

Технологии будущего: строительство

Ноу хау в области новых технологий в России – изобретение солома-бетонных и солома-газобетонных блоков для строительства коттеджей можно отнести к разряду теплоизоляционных материалов. Изобретение может быть использовано для создания строительных конструкций и элементов. Сырьевая смесь для теплоизоляционного материала: жидкое стекло (как связующий элемент) и наполнитель из колосковых культур (солома).

Способ получить теплоизоляционный материал следующий: тюки соломы пропитывают полиизоцианатом с катализатором (катализатор позволяет материалу «схватиться», то есть застыть) и ждут, пока смесь отвердеет. Кто знает, может через 10 или 15 лет, любое агентство недвижимости будет хвастаться домами из этого материала.

Существуют различные блоки, которые отличаются тем, что полиизоцианат могут смешивать с третичным амином или его смесью с жидким стеклом. В данном случае жидкое стекло используется как катализатор. Используют следующее соотношение компонентов: на 1 кг полиизоцианата используют 0,7 кг жидкого стекла и 0,03 третичного амина или смеси различных третичных аминов.

Есть возможность разрабатывать и подбирать раствор высокой марки цемента с различными добавками (перлитный песок, керамзитный песок, отходы производства извести, керамзита, тонкого помола и пыли).

Для малоэтажного строительства это экологическое сырье то, что нужно. Раствор, который заливается в тюки сена и может, например, состоять из: глины, песка с цементом и жидкого стекла. Используя данный раствор вес блока составит 27 кг, а метра кубического соответственно 189 кг.

По желанию сквозная пропитка тюков различными растворами может проходить со специально заданными параметрами, тем самым есть возможность усилить блок или снизить его вес.

Для строительства малоэтажных домов – это, как говорилось ранее отличный материал. Ученые из университета архитектуры и строительства заметили, что не помешает добавление в соломенные блоки торфа, это увеличит их теплоизоляционные свойства. Кроме того торф является доступным и дешевым пластификатором и наполнителем растворов. Этот университет утверждает, что прочность блоков не пострадает, однако испытания пока не проводились.

Перед изготовлением соломенных блоков необходимо предварительно нейтрализовать такие органические вещества, как: сахар соломы, который мешает затвердению цемента.

Для обработки соломы используют в 2,5% раствор хлористого кальция или же вместо него раствор жидкого стекла. Процесс обработки обычно проходит 2-3 раза.

Дата публикации: 19.11.12

Жидкостекольные смеси, отверждаемые продувкой углекислым газом Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.74

И.Е. Илларионов, Н.В.Петрова

ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫЕ СМЕСИ, ОТВЕРЖДАЕМЫЕ ПРОДУВКОЙ УГЛЕКИСЛЫМ ГАЗОМ

Чебоксарский политехнический институт (филиал) ГОУ ВПО МГОУ

Рассмотрены процессы отверждения жидкостекольных смесей с применением различных материалов и при продувке углекислым газом. Проведен анализ изменения прочности жидкостекольных смесей в зависимости от количества, применяемого жидкого стекла, влажности кварцевого песка и применения отработанной смеси огнеупорной глины и бентонита.

Ключевые слова: жидкое стекло, модуль и плотность жидкого стекла, жидкостекольная смесь, отверди-тели, продувка углекислым газом, глина, бентонит, отработанная смесь.

В настоящее время в литейном производстве из числа неорганических связующих наиболее доступным и дешевым связующим является жидкое стекло. Однако его применение сдерживается из-за его плохой выбиваемости из отливок и низкой регенерируемости, что существенно отражается на расширении области его применения для получения отливок из черных и цветных металлов и сплавов. Отверждение жидкостекольных смесей возможно различными путями. Одним из прорывных направлений внедрения жидкостекольных смесей является разработка наиболее приемлемого технологического процесса отверждения, обеспечивающего требуемые физико-механические и технологические свойства, а также качество изготовляемых отливок из черных и цветных металлов и сплавов.

Прочность смесей с жидким стеклом является функцией адгезионной прочности связующего к поверхности зерен песка и когезионной прочности пленки самого связующего. На адгезионную прочность оказывают влияние следующие факторы: поверхностное натяжение жидкого стекла; пористость и шероховатость зерен наполнителя; физические свойства пленки жидкого стекла: прочность при растяжении, срезе, сжатии, модуль упругости; толщина пленки связующего и вязкость; полярность жидкого стекла и поверхности зерен наполнителя; процессы полимеризации, образование побочных продуктов и изменение молекулярного веса; вода, образующаяся при полимеризации связей; наличие в пленке связующего адсорбированных паров и газов; испарение и диффузия летучих из пленки связующего; величина водородного показателя (рН) на границе раздела пленки жидкого стекла с наполнителем.

Жидкое стекло характеризуется как хороший адгезив, чем и объясняется его широкое распространение в различных областях техники.

Как химические соединения жидкие стекла являются нестабильными продуктами. Одним из продуктов разложения является многокремниевая кислота 8ЮН4, которая может полимеризоваться до поликремниевых кислот. Полимеризация продолжается до превращения в полимеры или гели. Вновь образованный гель легко адгезируется на поверхности зерен кварцевого песка.

В сочетании с жидким стеклом в различных областях техники часто используются следующие материалы, улучшающие отдельные технологические свойства композиций: глицерин, алкиларилсульфонат, малеиновый ангидрид, канифоль, этиленгликоль, сорбитол, синтетические или натуральные смолы, глина, карбонат кальция, мел, крахмал, декстрин, сахар, казеин, альбумин, брикетированные остатки после получения растительных масел (соевого, льняного, хлопкового и т.п.), бихроматы, сульфат и хлорид алюминия, борная кислота, фториды, бораты, алюминаты и др. Известно, что добавка 1% тринатрийфосфата значительно улучшает прочность огнеупоров, связанных жидким стеклом.О, ТЮ, Fe2O3, Cr2L3 и МО. Для отверждения жидкого стекла наиболее широко используется крем-нефторид натрия, а также газообразный С02 , кислые и щелочноземельные фосфаты, гидро-окисиды кальция, гидроокисиды амфотерных металлов с силикофторидом, фториды кальция и магния, фтористоводородная кислота, силикат цинка и аммония, водные растворы солей кислот, сульфат и ацетат аммония и некоторые другие органические соединения, медленно гидролизующиеся с выделением кислоты. Применим этилацетат в количестве 120 по объему от жидкого стекла, метил-, пропил- и гликольацетаты. Гексаметилентетрамин, который выделяет аммиак при нагреве, также можно использовать для этих целей. В табл. 1 представлены отвердители, наиболее успешно используемые в настоящее время для отверждения связующих на основе жидкого стекла в формовочных смесях [1].

Затвердевание жидкого стекла может происходить при обезвоживании, поглощении твердыми материалами, химических реакциях с жидкими или твердыми реагентами, понижении температуры или комбинации нескольких из указанных факторов. В формовочных смесях можно отметить два механизма твердения: 1) превращение жидкой фазы в твердую при потере воды; 2) образование в результате химических реакций продуктов, обладающих связующей способностью.

Таблица 1

Отвердители жидкого стекла

Материал Химическая формула Физическое состояние

1. 2. 3.

Этиленгликоколацетат СН 3СО 2СН 2СН 2О2ССН з Жидкость

Гликоколпропинат ЕСН2ОСОС2Н5д То же

Глиоксаль СНОСНО Порошок

Силикофторид натрия То же

Металлургический шлак с вы-

соким содержанием двухкаль- 2СаО &О2

циевого силиката

Синтетический двухкальцие-вый силикат 2СаО ■ 8Ю2

Цемент Среднее содержание компонентов, %: СаО — 64; 8102-21; А1203-6; Бе203-3; ]^0-2,5

Ферросилиций Fe и в различных соотношениях

Моноацетин СъИ5(ОИ)2ООССИ2 Жидкость

Диацетин СЪИ5 (ОИ) — (ООССИ3) То же

Триацетин СъИ(ООССИ3)ъ

Органический эфир Смесь указанных выше ацетинов

Диэтиленгликольдиацетат СН3СОО- СН2СН2О Порошок

Гуминовая кислота Источники: леонарид, лигнит Порошок

Кремний То же

Карбид кальция СаС2

Алебастр СаБО4 ■ 0,5И2О

Исходя из анализа данных табл. 1 в дальнейшем будем рассматривать смеси, отвер-ждаемые продувкой углекисдым газом.

С02 -процесс основан на упрочнении смеси, содержащей жидкое стекло в качестве связующего, под действием углекислого газа, продуваемого через форму или стержень. Используется жидкое стекло с модулем от 2,0 до 3,0. Высокомодульное жидкое стекло более чувствительно к продувке С02 и требует меньшего времени для продувки.

С02 -процесс широко используется для отверждения стержней. При этом стержни предпочтительно готовить на пескодувно-пескострельных пневматических машинах.

Имеется также положительный опыт изготовления данным процессом литейных форм. Так, в Англии блочную форму для коробки скоростей собирают из отдельных стержней, получаемых С02 -процессом. Такая технология обеспечивает большую точность отливок при выполнении работ менее квалифицированными рабочими. При длине нижней части коробки скоростей 2286 мм, ширине 914 мм и высоте 1778 мм корпус подшипника в коробке скоростей выполняется с допуском 3,2 мм.

С02 -процессы с успехом применяются для изготовления отливок из чугуна, углеродистой и марганцовистой аустенитной сталей. При этом развес отливок практически не ограничен. Так, на заводе «Сибэлектротяжмаш» этим методом готовятся формы для крупных стальных отливок массой до 30 т. В Чехии и Словакии стержни для чугунных изложниц изготавливаются под слитки, в Англии крупные стальные отливки шаровых соединений для трубопроводов. По данным немецкой практики для крупных отливок массой свыше 100 кг целесообразно производить твердые формы С02 .

Главные преимущества С02 -процесса: простота осуществления, повышенная точность стержней и отливок, сокращение расхода каркасов, снижение количества литейных пороков, сокращение производственного цикла на 30-50% при одновременном улучшении использования формовочной площади, снижение трудоемкости и себестоимости 1 т литья на 10-20%, отсутствие вредных выделений, повышение производительности труда на 30% благодаря высокой скорости отверждения. По данным английской практики, точность отливок при использовании С02 -процесса в 1,5-2 раза выше, чем отливок, получаемых в обычных песчаных формах.

К другим преимуществам С02 -процесса, как и других процессов обработки форм и стержней внешними реагентами, относятся возможность применения смесей, сохраняющих длительное время пластическое состояние и исключительно быстро затвердевающих после продувки углекислого газа, а также высокая точность получаемых форм и стержней. Стержни, изготовленные С02 -процессом, в течение многих лет успешно применялись в массовом производстве автомобильного литья, но этот процесс в таких условиях уступает процессу изготовления стержней в нагреваемой оснастке.

К недостаткам процесса относится повышенный расход С02 , приводящий к удорожанию способа. Кроме того, высокий расход С02 приводит к изменению качественного состава продуктов химического отверждения, а именно: образующийся при разложении силиката натрия карбонат натрия превращается в бикарбонат, способствующий увеличению массы смеси в форме. Это приводит к возникновению напряжений и трещин в формах. Другой причиной растрескивания стержней и форм может быть неудовлетворительное качество жидкого стекла, которое необходимо проверять на плотность и модуль.

Недостатками процесса являются также ограниченный срок хранения стержней (снижение общей и поверхностной прочности при длительном хранении), особенно в условиях повышенной влажности, и затрудненная выбиваемость стержней из отливок. Срок хранения увеличивается при использовании низкомодульного жидкого стекла, повышении содержания жидкого стекла в смеси, добавкой в смесь водорастворимых органических компонентов, применением более крупных песков, отказом от введения сахаров для улучшения выбивае-

мости и «недодувом» С02 , в результате чего начальная прочность снижается, но повышается стабильность при хранении. В ряде случаев выбиваемость определяют по прочности на сжатие охлажденных образцов. Опыты последних лет показали, что максимальная прочность на сжатие, соответствующая минимальной выбиваемости, наблюдается при температурах 300…900 °С.

В Англии для облегчения выбиваемости стержней, изготовленных С02 -процессом, в ряде случаев используют высокомодульное жидкое стекло с добавкой сахаристых материалов.

Основными недостатками являются: неудовлетворительная выбиваемость и сложность регенерации обработанной смеси, в связи с чем этот процесс утратил перспективность, хотя имеются попытки в том или ином виде его сохранить. Так, в Японии предложен способ изготовления оболочных форм путем обработки кварцевого песка щелочным раствором фе-нольной смолы и жидкого стекла с последующей продувкой углекислым газом. В качестве щелочи используется едкий натр. Продувка форм С02 позволяет исключить отверждение при нагреве. Разработаны также методы с использованием других реагентов, обеспечивающих затвердевание форм и стержней при комнатной температуре (табл. 105 Н/м может быть обеспечено заменой части песка (менее 15% по массе) огнеупорным волокнистым материалом, например, минеральной ватой из окиси алюминия. При этом одновременно уменьшается скорость охлаждения отливок. С целью выявления возможности удешевления формовочных смесей для С02 — процесса были проведены работы по использованию сырых кварцевых песков и отработанных смесей. В результате установлена возможность применения сырых кварцевых песков при влажности не выше 1%. В противном случае наблюдается значительное снижение газопроницаемости, прилипание смеси к моделям и образование плен на поверхности отливок.

Таблица 2

Составы смесей, %

Область применения смесей кварцевый песок каменноугольная пыль молотая глина нафталин жидкое стекло р=1,53 г/см3 конечная влажность, %

I Чугунное литье

Формы и простые стержни 97 3 — — 3 1,8-2,5

Формы с хорошей выби-ваемостью 93-95 5-7 — — 3 1,8-2,5

Формы с высокой выби-ваемостью 95 3 2 — 3,0-3,5 2,2-2,5

Формы с очень высокой выбиваемостью 92 5 3 — 3,0-3,5 2,5-3,0

Быстротвердеющие стержни (тепловая обработка) с очень высокой 94-97 2-5 — 1 3,0-4,0 2,5-3,0

выбиваемостью

II Стальное литье

Формы и стержни для стального литья 97-98 — 2-3 — 3,0-3,5 2,2-2,5

Формы и стержни для стального литья с хоро- 95-97 1-2 2-3 3,0-3,5 2,5-3,0

шей выбиваемостью

Таблица 3

Составы и свойства формовочных смесей на жидком стекле (по данным Л.М. Мариенбаха) [2]

Зерновая часть смеси, в процентах по массе Связующие материалы, в процентах к массе зерновой части смеси Общее глиносодержание,% Физико-механические свойства

Песок кварцевый Отработанная смесь Глина упорная Маршалит Жидкое стекло 10% — ный раствор М=2,4-2,5 NaOH Древесный песок Прочное гь на сжатие, осж Ю5, Н/м 2 Газопроницаемость, не менее ед. Влажность, %

Сырые образцы Образцы продутые CO2 (60с) Образцы, высушенные при 200°С в течение 10 мин

95-97 — 3-5 — 6,5-0,7 0,5-1,5 — 0,5-2,0 0,10-0,20 12 80 150 3,0-4,5

100 — — — 6,0-7,0 0,5-1,5 — до 2,5 0,04-0,07 10 80 200 3,0-4,0

70-85 30-50 — 15-30 6,0-7,0 0,5-1,5 — — 0,15-0,25 16 100 90 3,5-5,0

50-70 30-50 — — 6,0-7,0 0,5-1,5 — 3,5-5,0 0,12-0,25 14 90 80 3,5-5,0

95-97 — 3-5 — 6,7-7,0 0,5-1,5 2-3 3,5-5,0 0,12-0,20 12 70 120 3,0-4,5

Установлено, что при продувке С02 сухая обработанная смесь с жидким стеклом не твердеет. Добавка влаги устраняет этот недостаток. Отработанная смесь с влажностью 0,75% дает в этом случае хорошие результаты. Чтобы обеспечить такую влажность, смесьют из 80% сухой отработанной смеси, 20% сырого кварцевого песка с влажностью не выше 3,54,0% и 4% жидкого стекла с модулем (М), равным 2. При этом первоначально смешивают отработанную смесь и свежий кварцевый песок в течение 5 мин, а затем добавляют жидкое стекло и смесь перемешивают дополнительно 2,5-3 мин.

На прочность смесей немалое влияние оказывает продолжительность перемешивания. Так, по данным Ю.Ф. Боровского [3], прочность песчано-жидкостекольных смесей при перемешивании после обработки углекислым газом возрастает, достигает максисмума по прошествии 2,5 мин, а затем начинает падать с 40*105 до 30*105 Н/м2 (на срез).

Возрастание прочности в первой период перемешивания связано с формированием жидкостекольной оболочки на зернах песка и началом кристаллизации метасиликата натрия №20^Ю2-6Н20, что увеличивает прочность жидкостекольной оболочки. Снижение прочности при дальнейшем перемешивании смеси обусловлено механическим разрушением указанного кристаллогидрата.

Имеются опытные данные о зависимости образования газовых раковин от влажности форм, продуваемых С02.

По результатам английской практики, получение стальных отливок без плен возможно при содержании отработанной смеси не более 12,5%. При этом прочность смесей на сжатие в сыром состоянии должна составлять около 0,5-105 Н/м2. На прочность продутых форм и стержней отрицательно влияет бентонит, в меньшей степени огнеупорная глина, которые вводятся в ряде случаев для повышения прочности смесей во влажном состоянии. Вместе с тем, бентонит и глина, как и маршаллит, увеличивают осыпаемость стержней и форм при С02 процессе.

Библиографический список

1. Илларионов, И.Е.ngKocreKombix mixtures with application of various materials are observed and at blow by a carbon dioxide. The assaying of alteration of strength liquid glass mixtures depending on the amount, applied soluble silicate, damp of arenaceous quartz and application of the completed mixture, underearth and bentonite is carried out.

Key words: liquid glass, the modulus and liquid glass gravity, liquid glass mixture, hardeners, blow by a carbon dioxide, clay, the bentonite, the completed mixtu.

Химия вокруг нас. Раритетные издания. Наука и техника

Юрий Кукушкин

Строительные материалы

Природные или искусственные вещества, в состав которых входит кремнезем SiO₂, называют силикатами. Это слово происходит от лат. silex – кремень. Современная силикатная промышленность – важнейшая отрасль народного хозяйства. Она обеспечивает основные потребности страны в строительных материалах. Стекло является типичным представителем силикатных материалов, но о нем уже была речь. Керамические материалы также относятся к силикатным. Знакомство с ними также уже состоялось. Здесь остановимся главным образом на связующих материалах и материалах, получающихся с их использованием, а также на уникальном строительном материале – древесине.

Известь как связующий материал

Известь – один из древнейших связующих материалов. Археологические раскопки показали, что во дворцах древнего города Кносса, в центральной части острова Крит – в одном из центров эгейской культуры, имелись росписи стен пигментами, закрепленными гашеной известью. Эти дворцы относят к XVI…XV вв. до н.э. В данном случае известь использована и как связующее, и как клей.

«Негашеную известь» (оксид кальция, CaО) получают обжигом различных природных карбонатов кальция. Реакция обжига обратима и описывается уравнением

CaCO₃ ↔ CaО + CO₂; ΔH = –179 кДж

Можно отметить, что содержание в негашеной извести небольших количеств неразложившегося карбоната кальция CaCO₃ улучшает связующие свойства извести. К этому же приводят небольшие примеси силикатов, алюмосиликатов и ферритов кальция, часто присутствующих в природном карбонате.

Гашение извести сводится к переводу оксида кальция в гидроксид:

CaO + H₂O₃ ↔ Ca(OH)₂; ΔH = +65 кДж

Эта реакция экзотермическая, т.е. протекает с выделением теплоты, что заметно каждому проводящему операцию гашения. Считают, что при хранении негашеной извести контакт с влагой может привести к такому разогреванию, что способно воспламениться дерево.

Для использования извести в качестве связующего ее гасят, готовят тесто, которое затем смешивают с песком в количестве от двух до четырех частей по объему.

Твердение извести связано с физическими и химическими процессами. Во-первых, происходит испарение механически примешанной воды. Во-вторых, гидроксид кальция кристаллизуется, образуя известковый каркас из сросшихся кристаллов Ca(OH)₂ и окружающей частицы песка. Кроме того, происходит взаимодействие гидроксида кальция с CO₂ воздуха с образованием карбоната («карбонизация»):

Ca (OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂О

Оба эти процесса (кристаллизация и карбонизация) протекают довольно медленно. Поскольку процесс карбонизации связан с выделением воды, то стены, сложенные с использованием известкового раствора, долго остаются сырыми. Для ускорения процесса карбонизации иногда внутрь домов вносят жаровни с горящими углями, которые и генерируют необходимый углекислый газ:

С + O₂ = CO₂

Теперь должно быть понятно, что прогреванием отштукатуренных поверхностей электрическими отражательными лампами или сухим теплым воздухом нельзя ускорить процесс карбонизации. Наоборот, это приведет к обезвоживанию штукатурки, что затруднит поглощение ею диоксида углерода.

Плохо или «ложно» высохшая штукатурка может впоследствии привести к отслаиванию пленки масляной краски вследствие образования мыла в результате взаимодействия кальциевой щелочи с жирами олифы (растительного масла).

Чтобы установить зрелость связки или штукатурки, т.е. завершение процесса карбонизации, на них наносят каплю 1%-ного спиртового раствора фенолфталеина. При наличии не связанной в карбонат извести происходит покраснение.

Добавление песка к известковому тесту необходимо потому, что в ином случае при затвердевании оно дает сильную усадку и растрескивается. Песок в известковом тесте служит как бы арматурой, которая препятствует изменению объема и растрескиванию при высыхании. Кроме того, песок удешевляет раствор и делает его более пористым, что облегчает удаление испаряющейся воды и доступ CO₂ внутрь связующего материала. В известковом растворе (известковое тесто, замешанное с песком) должно быть столько извести, чтобы ее хватило для заполнения всех пустот между песчинками и обмазывания каждой из них. При большом избытке извести, а также при неравномерном ее распределении (при плохом перемешивании) в местах скопления извести при затвердевании могут появиться трещины.

Для известкового раствора предпочитают применять горный песок, состоящий из угловатых песчинок. Речной песок состоит из округлых, скатанных зерен, что приводит к меньшей прочности связки. Как уже было сказано, наличие в гашеной извести небольшой примеси карбоната кальция CaCO₃ улучшает связующие свойства извести. Это обусловлено тем, что частички карбоната кальция играют роль центров кристаллизации при карбонизации и тем самым ускоряют процесс затвердевания.

Красный глиняный кирпич

Красный глиняный кирпич изготавливают из замешанной с водой глины с последующим формованием, сушкой и обжигом. Сформованный кирпич (сырец) не должен давать трещин при сушке. Плохо высушенный сырец при обжиге неизбежно приведет к образованию трещин. Красная окраска кирпича обусловлена наличием в глине оксида Fe₂O₃. Эта окраска получается, если обжиг ведут в окислительной атмосфере, т.е. при избытке воздуха. При наличии в атмосфере восстановителей на кирпиче появляются серовато-синеватые тона.

В настоящее время в строительстве широко используют пустотелый кирпич, т.е. имеющий внутри полости определенной формы. Не теряя существенно теплоизоляционные свойства, такой кирпич позволяет уменьшать массу жилого здания примерно на 25…40%. Это позволяет существенно сократить затраты при транспортировке и трудозатраты на строительстве.

Для облицовки зданий изготавливают двухслойный кирпич. При его формовании на обычный кирпич наносится слой из светложгущейся или равномерно окрашенной глины. Сушку и обжиг двухслойного облицовочного кирпича производят по обычной технологии.

Важными характеристиками кирпича являются влагопоглощение и морозостойкость. Они взаимосвязаны. По техническим нормам водопоглощение красного глиняного кирпича около 8%. При понижении температуры вода в порах кирпича замерзает. Поскольку объем льда больше, чем воды, то при замерзании стенки пор испытывают давление, в результате чего могут появиться трещины. Морозостойкость кирпича, так же как и другой строительной керамики, определяют пятнадцатикратным помещением изделия в среду при –15°C с последующим оттаиванием в воде при +20°C. Для предотвращения разрушения от атмосферных воздействий кирпичную кладку обычно защищают штукатуркой, облицовыванием плиткой или в крайнем случае окраской. Регулирование пористости и объемной массы кирпича и других керамических изделий, а также придание им определенных теплофизических свойств осуществляют вводом в сырую массу выгорающих добавок – древесных опилок торфяной крошки, отходов промышленности полимерных материалов или вводом пористых природных минералов. Производство обжигового полого кирпича обходится в 1,2 раза дороже, чем белого силикатного.

Особым видом глиняного обожженного кирпича является клинкерный. Его применяют для мощения дорог, облицовки цоколей зданий, в гидротехнических сооружениях. Клинкерный кирпич производят из специальных глин с большой вязкостью и малой деформируемостью при обжиге. Он характеризуется сравнительно низким водопоглощением (от 0,9 до 5,5%), большой прочностью на сжатие и большой износостойкостью. При мощении дорог он рассчитан на эксплуатацию в течение 10…12 лет.

Силикатный кирпич

Сырьем для силикатного кирпича служит известь и кварцевый песок. При приготовлении массы известь составляет 5,5…6,5% по массе, а вода – 6…8%. Подготовленную массу прессуют и затем подвергают нагреванию (при температуре около 170°C) в автоклаве под действием пара высокого давления. Химическая сущность процесса твердения силикатного кирпича совершенно иная, чем при твердении связующего материала на основе извести и песка. При высокой температуре значительно ускоряется кислотно-основное взаимодействие гидроксида кальция Ca(OH)₂ с диоксидом кремния SiO₂ с образованием соли – силиката кальция CaSiO₃. Образование последнего и обеспечивает связку между зернами песка, а следовательно, прочность и долговечность изделия.

Силикатный кирпич имеет светло-серый цвет, но иногда его окрашивают. Для этой цели используют глины или промышленные отходы, содержащие оксиды железа. Водопоглощение силикатного кирпича довольно высокое, но не должно превышать 16%. Вследствие высокого водопоглощения по сравнению с красным глиняным кирпичом он обладает меньшей морозостойкостью. Силикатный кирпич в основном используют в качестве стенового материала для возведения надземных частей зданий. Его нельзя применять для фундаментов, подвергающихся воздействию грунтовых вод, особенно если последние содержат CO₂, а также для кладки печей, так как он не выдерживает длительного воздействия высоких температур.

Цемент

Цемент – собирательное название различных порошкообразных вяжущих веществ, способных при смешении с водой образовывать пластичную массу, приобретающую со временем камневидное состояние. Большинство цементов является гидравлическими, т.е. вяжущими веществами, которые, начав твердеть на воздухе, продолжают твердеть и под водой. Первый цемент был открыт во времена Римской империи. Жители местечка Пуццоли, расположенного у подножья вулкана Везувий, заметили, что при добавлении к извести вулканического пепла (пуццоланы) образуется эффективное связующее средство. Сама известь, как известно, проявляет связующие свойства, но в связке неустойчива к воде. Примерно в это же время жители Древней Руси заметили, что устойчивость к воде придает извести измельченная обожженная глина («цемянка»). Такие гидравлические связующие материалы использовали для сооружения каменных построек древнего Киева и Новгорода.

Одним из основных и наиболее распространенных промышленных цементов является портландцемент. Его рецепт был запатентован английским каменщиком Дж. Аспадом в 1824 г. В настоящее время портландцемент готовят обжигом до спекания (т.е. до появления жидкой фазы) смеси известняка и алюмосиликатного компонента (глины, шлака, золы). Спек размалывают и в него вводят некоторые добавки. Он состоит из 60…65% извести, ~24% кремнезема SiO₂ и ~8% глинозема Al₂O₃. В свое время вблизи Новороссийска были найдены огромные залежи породы, по составу близкой к сырьевой смеси портландцемента. Этот сырьевой источник послужил основой для широкого развития цементной промышленности в районе Новороссийска. Обычно цементы при твердении в условиях недостаточной влажности дают усадку. Пористая структура затвердевшего цемента и его усадка являются причинами водопроницаемости бетонных конструкций. Для ряда строительных работ рекомендуется применять безусадочный (расширяющийся) цемент. Такие цементы включают в себя расширяющиеся добавки, например гипс. В качестве основы берут тот же портландцемент или другие марки.

Слово цемент происходит от лат. caementum, что означает битый камень.

Строительные растворы

Строительные растворы применяют для связывания кирпичей, камней и блоков при сооружении стен. Кроме того, их используют для штукатурки стен и потолков с целью получения ровных поверхностей и защиты от внешних воздействий. В строительные растворы входят вяжущее вещество и заполнитель. В качестве основного вяжущего вещества используют цемент, а в качестве заполнителя – песок. Часто в строительные растворы включают смесь двух вяжущих веществ, например цемент и известь. Такие растворы называют смешанными. Для каменной кладки обычно используют цементно-известково-песчаные растворы. Соотношение этих компонентов в объемных частях от 1:0,2:3 до 1:2:12 (цемент:известь:песок).

Для штукатурных работ часто используют растворы на основе смеси цемента, гипса и песка в следующих объемных соотношениях: от 1:0,25:4 до 1:4:6. В таких растворах строительный гипс ускоряет схватывание и твердение, а также устраняет оплывание. Растворы, применяемые для штукатурных работ, не должны давать усадки. Гипс при затвердевании расширяется в объеме. Поэтому его введение в растворы имеет весьма веское обоснование. При оштукатуривании потолков и карнизов дозировку гипса увеличивают, а при штукатурке стен – уменьшают.

Если стремятся повысить пластичность и связность растворов, то вместо гипса предпочитают брать известь. Асбестоцементные изделия изготавливают из смеси асбеста (~20%), цемента (~80%) и воды. Асбест, называемый также горным льном, – это природный волокнистый минерал, способный расщепляться на тончайшие гибкие и эластичные волокна, из которых так же, как и из растительных волокон (лен, хлопок), можно прясть нити и вырабатывать ткани. Асбест негорюч, обладает низкой теплопроводностью и потому изготовленная из асбестовых тканей одежда используется для работы около объектов с высокой температурой. Промышленность выпускает следующие асбоцементные изделия: кровельные (в частности, шифер), стеновые, трубы и др. Как уже было отмечено, асбест – огнестойкий материал, однако при 70°C он начинает терять прочность. При температуре 368°C удаляется содержащаяся в нем вода, в результате чего полностью теряется прочность асбеста.

Асбоцементные изделия

Асбоцементные изделия обладают более высокой прочностью при растяжении, изгибе и ударных нагрузках, чем затвердевшее цементное тесто. Это объясняется армирующими свойствами асбеста, схожими с армирующим действием стальной арматуры в железобетоне. Асбоцементные изделия кроме огнестойкости и теплоизоляционных свойств обладают малой электрической проводимостью, стойкостью к атмосферным воздействиям, хорошей прошиваемостью гвоздями. Они легко обрабатываются режущими и пилящими инструментами. Асбоцементные изделия характеризуются меньшей водопроницаемостью и большей устойчивостью к действию минерализованных вод, чем бетоны и растворы из портландцемента. Асбоцементные кровельные покрытия долговечны, морозостойки, несгораемы, не требуют окраски и редко нуждаются в ремонте. К их недостаткам относятся хрупкость, коробление и, при сильных ветрах, возможность проникания воды через стыки соседних листов.

На основе гипса с введением гидроксида железа (III), получаемого из промышленных отходов, изготавливают теплоизоляционный материал феррон или феррогипс. Его используют для тепловой изоляции аппаратов и трубопроводов, а также в строительстве.

Строительные гипсовые изделия

Примерно в третьем тысячелетии до н.э. в строительстве взамен глины в качестве связующего материала стали использовать гипс. Для этой цели его начали применять даже раньше, чем известь. Уже 5…6 тыс. лет назад египтяне заделывали швы сложенных из камней пирамид гипсом. Такие швы были обнаружены, в частности, в пирамиде Хеопса.

Строительный гипс получают из природного минерала – гипсового камня CaSO₄·2H₂O или из минерала ангидрита CaSO₄, а также из отходов некоторых отраслей химической индустрии. Природный гипс содержит примеси глины, песка, известняка, колчедана. Для его использования в качестве строительного материала примеси не должны превышать 35%.

Гипсовый камень при нагревании примерно до 140°C теряет часть воды и переходит в алебастр (полуводный гипс CaSO₄·0,5H₂O) в соответствии с уравнением

CaSO₄·2H₂О = CaSO₄·0,5H₂О + 1,5H₂О

При замешивании с водой измельченного полуводного гипса CaSO₄·0,5H₂O происходит ее поглощение вновь до состояния дигидрата CaSO₄·2H₂O и масса превращается в твердое тело. Это свойство гипса широко используют в травматологии, ортопедии и хирургии для изготовления гипсовых повязок, обеспечивающих фиксацию отдельных частей тела. Отвердевание замешанного с водой гипса сопровождается небольшим увеличением объема. Это позволяет проводить тонкое воспроизведение всех деталей лепной формы, что широко используют скульпторы и архитекторы. Для придания скульптурному изделию вида «слоновой кости» слепок пропитывают раствором парафина или стеарина в бензине. Воскообразное вещество, остающееся после испарения летучих углеводородов, заполняет поры и предохраняет гипс от атмосферных воздействий.

При повышении температуры до 220°C двуводный гипс полностью теряет воду, образуя безводный CaSO₄, который лишь при вылеживании поглощает влагу и переходит в полугидрат. Однако если обжиг вести при температуре выше 220°C, то получается безводный CaSO₄, который влагу уже не поглощает и не «схватывается» при затворении водой. Его называют мертвым гипсом. Однако мертвый гипс может быть использован для получения ангидритового цемента при добавлении 1…5% извести.

Строительный гипс получают прокаливанием природного гипса или ангидрита при температуре около 1300°C. При этой температуре выделяется триоксид серы по реакции CaSO₄ = CaO + SO₃ и получается твердый раствор CaО в CaSO₄. При замешивании с водой измельченный продукт быстро образует очень твердую и плотную массу. Начало схватывания затворенного с водой строительного гипса наступает не ранее 4 мин, конец схватывания – не ранее 6 мин, но и не позднее 30 мин.

В строительстве из гипса изготавливают сухую штукатурку, плиты и панели для перегородок, стеновые камни, архитектурные детали, вентиляционные короба и др.

Гипсовые изделия характеризуются сравнительно небольшой плотностью, несгораемостью и относительно невысокой теплопроводностью. В состав гипсовых изделий вводят древесные опилки, шлаки и другие наполнители, уменьшающие массу и улучшающие гвоздимость, под которой в строительном деле понимают способность материала прочно удерживать вбитые гвозди, не растрескиваясь. Следует сказать, что эти наполнители приводят к некоторому уменьшению прочности изделий. Гипс является воздушно вяжущим материалом, поэтому изделия из него не рекомендуется применять в помещениях с повышенной влажностью.

Гипсовая сухая штукатурка

Гипсовая сухая штукатурка – листовой отделочный материал, состоящий из гипсового слоя, покрытого со всех сторон (кроме торцевых) картонной оболочкой. В гипсовый слой вводят пенообразователь (увеличивающий пористость, а значит, уменьшающий массу и теплопроводность) и клей – декстрин или сульфитно-спиртовую барду, обеспечивающих сцепление с картоном. Картон приклеивается жидким стеклом или декстрином.

Гипсовые перегородочные плиты

Гипсовые перегородочные плиты изготавливают как из одного строительного гипса, так и из его смеси с наполнителями – древесными опилками или шлаками тепловых электростанций. Замешанную с водой массу заливают в форму, выдерживают определенное время, а затем сушат. Процесс этот полностью механизирован.

Следует также отметить, что гипс в смеси с глиной, песком и известняком на Кавказе называют гажей и ганчем, а в Средней Азии – арзыком. Они встречаются в этих засушливых районах в виде породы.

Бетон

Бетон является разновидностью искусственных каменных материалов. Безусловно, это важнейший материал современной строительной индустрии, хотя и известен уже около 2 тыс. лет. Он использовался уже в строительстве одного из величайших сооружений I в. до н.э. Колизея в Риме наряду с кирпичом и природными камнями. Интересно отметить, что древнеримское сооружение Пантеон, построенный в начале нашей эры, перекрыт бетонным куполом диаметром 42,7 м. Для изготовления бетона используют цемент (10…15% по массе). Для этой цели чаще всего берут портландцемент. Активными составными частями бетона являются вяжущие вещества и вода, а пассивными – наполнители. Обычно сочетают крупные и мелкие наполнители. К крупным относят гравий и щебень, а к мелкому – песок. Должно быть рациональное соотношение между крупным и мелким наполнителем. Частицы мелкого наполнителя должны заполнять пустоты между крупными. Пустоты между частицами наполнителя должны заполняться цементным тестом. Наполнители при обычных температурах практически не вступают в химическое взаимодействие с вяжущим веществом и водой.

Обыкновенный (тяжелый) бетон изготавливают на основе тяжелых наполнителей – песка, гравия или щебня. Он обладает большой теплопроводностью и поэтому не применяется для возведения стен жилых домов. Малая плотность легких бетонов обусловлена тем, что для их изготовления применяют пористые наполнители: шлаковую пемзу, котельный и доменные шлаки, вспученный перлит, туф и др. Легкие бетоны имеют замкнутые поры, заполненные воздухом, который, являясь плохим проводником теплоты, обеспечивает малую теплопроводность. Это дает возможность применять легкий бетон для жилищного строительства. Естественно, что увеличение пористости снижает его прочность.

Существуют ячеистые бетоны, которые содержат мелкие ячейки, занимающие до 85% объема. Это пенобетон и газобетон. Первый получают смешением цементного теста с пеной, устойчивой в течение нескольких часов, т.е. до схватывания цемента. Существует несколько пенообразователей, среди которых используется и гидролизованная кровь, вырабатываемая из отходов мясокомбинатов. Для получения газобетона в тесто вводят газообразующие добавки. Обычно – это алюминиевая пудра, вводимая в количестве 0,1…0,2% по массе цемента. Поскольку среда цементного теста щелочная, алюминий взаимодействует со щелочами в соответствии с уравнением

2Al + Ca(OH)₂ + 2H₂О = Ca(AlO₂)₂+ 3H₂

Выделяющийся водород и вспучивает цементное тесто, делая его пористым.

Для упрочнения бетон армируют стальными прутами. Такой бетон называют железобетоном. Его широко используют в современном строительстве, изготавливая конструкции и детали для промышленных, жилых и общественных зданий, транспортных сооружений и многое другое.

Растворимое (жидкое) стекло

Это водный раствор силиката натрия – натриевой соли кремниевой кислоты. Оно известно со времени Агриколы, т.е. с середины XVI в. Жидкое стекло стало доступным для технического использования после работ Фукса (1818). Поэтому раньше его называли фуксовым стеклом. Жидкое стекло изготавливают сплавлением песка с содой с последующим вывариванием полученного и измельченного стекла в воде. Водные растворы жидкого стекла имеют сильно щелочную реакцию. Под действием углекислого газа из них выделяются малорастворимые кремниевые кислоты. Щелочные свойства и способность выделять кремниевую кислоту обусловливают области применения растворимого стекла: текстильное и бумажное производство, в мыловарении и лакокрасочном деле. Жидкое стекло придает крепость и лоск штукатурке, цементам и другим материалам, содержащим известь, так как кальций придает стеклу нерастворимость в воде. Жидкое стекло используют для пропитки рыхлых грунтов с целью их упрочнения и закрепления. На основе растворимого стекла при добавлении наполнителей и модификаторов получают силикатный клей, который применяют для склеивания керамики, стекол, асбеста, металлов и других материалов. Конечно, его используют и в канцелярском деле для склеивания бумаги и картона.

Вследствие близкой природы жидкое стекло (силикатный клей), попавшее на поверхность стекла, при высыхании образует прочное сцепление. Это приводит к нарушению ровной поверхности стекла, т.е. к его порче. Однако данное свойство может быть использовано для придания стеклу матовости. С этой целью жидкое стекло смешивают с порошком мела (зубным порошком) и наносят на поверхность стекла. При высыхании образуется плотный слой, который и придает стеклу матовость.

На основе жидкого стекла изготавливают искусственные камни. Они получаются в результате смешения стекла с различными (чаще минеральными) наполнителями: карбонатными горными породами, кварцевым песком, древесными опилками и др. Отформованную массу помещают в раствор хлорида кальция CaСl₂ или сульфата алюминия A1₂(SO₄)₃ (алюминиевых квасцов). Это приводит к затвердению массы и образованию камня. Вводя в массу окрашенные добавки, получают камни, напоминающие натуральные.

С целью предохранения поверхности каменных зданий от преждевременного разрушения разработан способ ее флюатирования, т.е. обработки фторидными соединениями. Для этого используют MgSiF₆ и ZnSiF₆. В результате химической реакции ионы кальция, находящиеся на поверхности, превращаются в малорастворимый CaF₂. Пленка этого соединения и выполняет защитную функцию. Поверхность железобетонных изделий флюотируют 3,5…7% раствором кислоты H₂SiF₆. Кроме того, для этой цели предложено также использовать сухой газообразный HF под давлением 4…6 атм. В результате образуется SiF4, который при взаимодействии с находящимся в бетоне Ca(OH)₂ дает малорастворимый CaF₂ и гель кремниевой кислоты, который также малорастворим. Они и выполняют защитную функцию бетона. Химическая стойкость бетона резко возрастает, особенно в агрессивных средах.

За рубежом при строительстве и эксплуатации грунтовых и щебеночных дорог для их обеспыливания широко используют растворы CaСl₂. За летний сезон дорогу поливают 3…4 раза 75%-ным раствором этой соли. Отметим также, что CaCl₂ ускоряет твердение бетона и увеличивает морозостойкость строительных растворов.

Древесина

Лес является величайшим даром природы. Его называют легкими нашей планеты, поскольку в процессе фотосинтеза он поглощает углекислый газ и одновременно выделяет кислород, играя, таким образом, важнейшую роль в сохранении кислородного баланса атмосферы воздуха. Лес – источник древесины – уникального строительного материала. Здесь важно отметить то, что древесина постоянно воспроизводится и при правильном ведении лесного хозяйства лес может быть неисчерпаемым поставщиком строительного материала и сырьем для лесохимической промышленности. На земном шаре существует около 500 видов деревьев хвойных пород и около 30000 деревьев лиственных пород. Ученые считают, что хвойные породы деревьев появились на земле 200…300 млн лет назад, а лиственные намного позже – около 100 млн лет назад.

Специалисты утверждают, что при правильной эксплуатации деревянные конструкции могут служить весьма долго. Недавно в Санкт-Петербурге были вскрыты стены главного корпуса технологического института им. Ленсовета, построенного более 160 лет назад. Оказалось, что внутри они имеют деревянные конструкции, которые оформлены кирпичной кладкой. Удивление и восхищение вызвало то, что деревянные конструкции находятся в хорошем состоянии и могут нести службу еще многие годы.

Однако древесина является хорошей питательной средой для дереворазрушающих грибков и насекомых. Важным фактором для их развития является повышенная влажность. В настоящее время выявлено около 100 видов таких грибков, разрушающих древесину. Поэтому перед химиками стоит важнейшая народнохозяйственная задача химическими средствами защитить древесину от разрушения. Для этой цели используют антисептики – препараты, уничтожающие микроорганизмы или задерживающие их размножение и развитие. Для защиты древесины антисептики должны отвечать ряду требований: быть токсичными к дереворазрушающим грибкам и насекомым, но безвредными для человека и животных; хорошо проникать в древесину и быть стойкими во времени; не снижать прочность древесины и не портить ее внешнего вида; не вымываться водой. Большинством из этих свойств обладают каменноугольные масла, образующиеся при коксовании каменных углей. Первые рекомендации по их использованию для пропитки древесины были даны еще в 1835…1838 гг. Несмотря на большое количество выявленных антисептиков, ни один из них не обладает столь широким комплексом необходимых свойств. Каменноугольные масла применяют в чистом виде или в смеси в разбавителями для защиты древесины, работающей в самых жестких условиях: шпалы, подземная часть столбов, опоры мостов и др. Однако у каменноугольных пропиточных масел имеются и существенные недостатки. Они придают древесине повышенную горючесть, окрашивают ее в непривлекательный черный цвет и обусловливают неприятный запах. Пропитанную ими древесину нельзя склеивать.

Наряду с каменноугольными маслами для этой же цели используют «сланцевое масло». Понятно, что оно получается на сланцехимическом производстве. В отличие от каменноугольного сланцевое масло не загустевает вплоть до температуры –30°C. Для употребления в быту и в индивидуальном строительстве используют одну из дистиллатных фракций сланцевого масла, названную «Лигно». Этот антисептик имеет гораздо более терпимый запах, светлую окраску и потому даже повышает декоративные свойства древесины, оттеняя ее фактуру.

Существуют эффективные антисептики, растворимые в органических растворителях, – пентахлорфенол и смесь медных солей нафтеновых кислот. Они обладают рядом важных для сохранения древесины свойств, но первый имеет специфический запах и окрашивает древесину в коричневый цвет, а второй – в непопулярный зеленый цвет.

Химики также предлагают несколько неорганических антисептиков. Среди них фторид натрия NaF, комплексные соли Na₂[SiF₆] и NH₄[BF₄]. Все они водорастворимы и потому легко вымываются из древесины. В связи с этим их можно применять для пропитки деталей конструкций, не подвергающихся постоянному увлажнению. Существуют и антисептики на основе мышьяка – мышьяковая кислота H₃AsO₄ и ее соль Na₂HAsO₄. Для защиты древесины также используют смесь, состоящую из трех частей дихромата натрия Na₂Cr₂O₇ и двух частей сульфата меди CuSO₄·5H₂O, а также смесь какой-либо соли меди (II) и борной кислоты H₃BO₃. Все эти антисептики не должны быть дорогими и потому, как правило, используют отходы различных производств, а не чистые соединения.

Для борьбы с гниением древесины и с целью ее консервирования применяют ZnSO₄ и ZnCl₂. Для этой же цели широко используют фториды металлов (например, NaF, KF, BaF₂, ZnF₂) и кремнефториды (Na₂SiF₆, MgSiF₆, ZnSiF₆), а также соединения мышьяка. Кремнефториды лучше, чем простые фториды, проникают в древесину и потому эффективнее проявляют свои антисептические свойства. Кремнефториды не дают осадка с известью и солями кальция и потому могут быть использованы для консервирования древесины, находящейся в контакте со штукатуркой.

Известен антисептик «уралит», который состоит из Na₂Cr₂O₇, NaF и динитрофенола. Он используется для пропитки шпал и телеграфных столбов.

Для защиты древесины от гниения используют также борную кислоту H₃BO₃ и буру Na₂B₄O₇·10H₂О. Эти вещества придают древесине огнестойкость. Кроме того, огнестойкость древесины достигается ее пропиткой силикатом натрия Na₂SiO₃, NaH₂PO₄ или Na₂HPO₄. Эти же соединения используются для придания огнестойкости тканям. При повышенных температурах образуются легкоплавкие соединения, которые покрывают поверхность волокон (тканей или древесины) тонкой пленкой, защищающей данные материалы от воспламенения.

Одним из существенных недостатков деревянных конструкций является горючесть. Для повышения огнестойкости древесину обрабатывают растворами борной кислоты, соды Na₂CO₃, соли (NH₄)₂HPO₄ или карбамида, используемого обычно в качестве азотного удобрения.

Следует отметить, что деревянные детали, изготовленные из обработанных парами аммиака и спрессованных заготовок из березы, тополя, осины, прочны и устойчивы к действию кислот и щелочей. Естественно, что такая обработка может быть проведена лишь в заводских условиях.

Древесноволокнистые плиты

Древесноволокнистые плиты получают из лесосечных отходов, отходов деревообработки и из технологической щепы. Изготовление плит заключается в пропарке и размоле древесного сырья до волокон. Волокнистая масса смешивается с клеем и в виде суспензии волокна в воде подается на сетку отливной машины, где формируется волокнистый ковер. Затем следует сушка ковра в роликовой сушильной камере. Так получают пористые мягкие плиты. Для производства твердых плит после отжима воды из волокнистого ковра его прессуют при нагревании, а затем «закаливают» выдерживанием в течение нескольких часов в камерах при 150…170°C. Мягкие плиты используют в качестве утеплительного материала, а твердые для отделки внутренних стен и потолков вместо мокрой или гипсовой штукатурки. Считают, что одна пористая мягкая плита толщиной 12,5 мм по тепловым свойствам равноценна сухой доске толщиной в 40 мм или кирпичной стенке толщиной в один кирпич.

Древесностружечные плиты

Сырьем для них служат отходы деревообработки: стружка, в небольшом количестве опилки, мелкие куски древесины, щепа. Высушенное древесное сырье смешивают с мочевиноформальдегидной или фенолформальдегидной смолой и из смеси формируют на специальных формовочных машинах ковер плиты. Затем его прессуют при температуре 100…140°C. Древесностружечные плиты могут быть облицованы шпоном, бумагой, полимерными пленками. Взамен древесины из них изготавливают внутренние перегородки помещений, двери, подоконники, пол и другие детали. Эти плиты также идут на изготовление мебели.

• Клеи

• Оглавление

Дата публикации:

28 декабря 2002 года

Жидкое стекло: применение, виды, достоинства

Строительный рынок регулярно радует нас новинками материалов с улучшенными, а то и вовсе уникальными характеристиками. От многообразия растворов, смесей, утеплителей и прочих материалов, призванных сделать наш дом надежным, теплым и красивым, разбегаются глаза. Но есть среди них материалы, чей состав остается неизменным сотни лет, и при этом до сих пор не утратил своей актуальности. Мы говорим с вами о жидком стекле.

Жидкое стекло: история возникновения и состав

Даже если вы не имеет отношения к строительству, за свою жизнь вы не раз сталкивались с жидким стеклом, ведь это всем известный силикатный клей. Что удивительно, данный клей был изобретен более 200 лет назад, и до сегодняшнего дня его состав остается неизменным.

Изобретателем ЖС является немецкий ученый Ян Непомук фон Фукс, который соединил кремневую кислоту со щелочными силикатами. В результате на свет появилась прозрачная тягучая смесь, при застывании превращающаяся в твердое прозрачное вещество.

В былые времена для получения ЖС использовались стекловаренные печи. В них под действием высоких температур плавили кварцевый песок, смешивая его с углем и сульфатом натрия или, как вариант, с содой. На сегодняшний день для промышленного производства жидкого стекла применяют автоклав. Специализированный аппарат, который соединяет кварцевый песок со щелочами под высоким давлением и сдвигает точку кипения смеси вверх, обеспечивая тем самым более высокие физические свойства материала.

А теперь задайтесь вопросом, почему, даже спустя 200 лет ЖС остается одним из наиболее востребованных материалов в строительной промышленности? Очевидно, что все дело в его уникальных свойствах и универсальности его применения. Ознакомимся с ними подробнее.

Характеристики

1. Гидрофобные свойства. Прекрасно отталкивает влагу, оберегая другие материалы и конструкции от разрушающего воздействия воды.
2. Антистатические свойства. Нейтрализует статическое электричество.
3. Термоизоляционные свойства. Прекрасно сохраняет тепло.
4. Огнеупорные свойства. Не горит, защищает обработанные поверхности от воздействия огня.
5. Антисептические свойства. Активно борется с грибами и плесенью, препятствует их распространению.
6. Свойства отвердителя. Отлично заполняет трещины и поры в различных поверхностях, начиная от бетона и камня, а заканчивая деревом.

Виды жидкого стекла

Сейчас создают составы из кремнезёмов с насыщенным веществом едкого натрия при помощи аппарата для нагрева под давлением выше атмосферного. При таких условиях происходит ускорение реакции, увеличивается выход продукта.

При традиционном производстве ЖС применяется прямое растворение кремния в щелочном растворе.

Технологии предусматривают получение стекла таких типов:

• Натриевое ЖС – раствор с повышенной прочностью, сцепливаемостью с минералами разной текстуры. Производится на основе натриевой соли. Не деформируется, устойчив к воспламенению, перегреву.
• Калиевое – создается из калиевых солей, имеет рыхловатую текстуру, повышенную способность поглощать водяные пары из воздуха. На обрабатываемой плоскости ликвидируется возникновение бликов, появляется защита от воспламенения, деформации.
• Литиевое – основа обеспечивает обрабатываемое изделие термозащитой.
• Данные типы стекла принадлежат к группе монощелочных продуктов.

Области применения

Жидкое стекло завоевало очень широкую сферу применения. Уже упоминалось, что основное направление — это гидроизоляция различных участков здания и его инженерных коммуникаций.

ЖС доказало свою важность и эффективность в качестве надежного гидроизоляционного материала

• Растворы в разбавленном состоянии применяют в качестве грунтовки при подготовке бетонных полов под окрашивание.
• При постройке сборного фундамента ЖС добавляется в кладочный раствор. Или же с помощью него выполняется поверхностная пропитывающая гидроизоляция кладочных швов после возведения стен.
• Такая эффективная гидроизоляция широко востребована при обустройстве колодцев, бассейнов, других искусственных водоемов, погребов, полов в гаражах и смотровых ям.
• Поможет ЖС при бетонировании дорожек и заливке отмостки домов и гаражей на индивидуальном участке.
• Добавляют силикатный клей и в раствор при кладке печей.
• Нелишней обработка ЖС станет при постройке конструкций, которые будут находиться в контакте с агрессивными веществами или высокими температурами.
• Используют подобные силикатные составы и при изготовлении влагостойкого и кислотостойкого бетона или огнестойкого кирпича.

Бетон, произведенный с добавлением ЖС, уже не требует дополнительной гидроизоляции Его также используют в качестве раствора при возведении конструкций, которые нуждаются в повышенной огнестойкости.

Кроме этого, силикатный состав добавляется в бетон, если необходимо сократить срок его схватывания и набора прочности. Правда, если раствор готовится для заливки фундамента, то в него жидкое стекло не добавляется.

Существует еще немало областей, в которых может использоваться силикатный состав:

• Так как ЖС отлично защищает металл от коррозии, им часто покрывают металлические конструкции, и даже кузова автомобилей.
• С помощью ЖС на стену может быть приклеена плитка, изготовленная из поливинилхлорида, а на бетонные полы — линолеум или ковролин.
• Подходит силикатный состав и для обработки древесины. Это делается с целью защиты ее от влаги и ультрафиолета, а также различных вредителей.
• Еще одна область использования этого состава — это садоводство. При весенней обрезке плодовых деревьев жидким клеем покрывают срезы. Известно, что он является отличным антисептическим средством, предотвращающим проникновение в незащищенную после обрезки древесину микроорганизмов и вредоносных насекомых.

Учитывая разностороннее использование ЖС, его вполне можно назвать универсальным материалом.

Плюсы и минусы

Согласно характеристикам материала выделяются его плюсы и минусы.

Преимущества:

• Используется в строительстве, быту. Обработке допустимо подвергать любые поверхности.
• Быстрое проникновение в обрабатываемую плоскость, закупоривание щелей, пор.
• Образуется прочная, влагостойкая пленка.
• Доступность.
• Срок эксплуатации до 5 лет.
• Экономичность расхода.
• Допустима работа в помещениях с повышенной влажностью.
• Быстрота застывания при любых условиях.
• Обладает антисептическими свойствами, так как при нанесении образуется защита от размножения плесени, грибка.
• Более результативный эффект при использовании в несколько слоев.
• Покрытая поверхность обладает огнеупорными свойствами.
• Защитный слой позволяет противостоять химическому воздействию.
• Экологически безопасен, не воздействует на организм.
• Легко разводится водой, легко наносится.

Отрицательные стороны:

• Полное высыхание одного слоя наступает через сутки. Эксплуатация изделия раньше этого срока приведет к нарушению целостности слоя.
• Слой после просыхания становится твердым, но легко поддается механическим повреждениям, истиранию.
• Не используется для защиты кирпичных плоскостей.
• При работе жидким стеклом нежелательно медлить.
• Если основание не прошло предварительную обработку, то с нанесением смеси оно гидроизолируется.

Приготовление растворов на основе жидкого стекла

Разобравшись с тем, что такое стекло в жидкой форме, можно рассмотреть варианты приготовления наиболее востребованных растворов на его основе.

Грунтовочная смесь

Из ЖС можно приготовить грунтовочную смесь для обработки оснований различного типа. Для этого соблюдаются следующие пропорции:

• 2 части цемента;
• 2 части стекла.

В цемент добавляется требуемое количество воды, затем вводится стекло. Ингредиенты перемешиваются строительным миксером до получения тягучей смеси. Сколько сохнет готовая смесь? Продолжительность отвердения – 35 минут, поэтому обработка поверхностей начинается после приготовления смеси. Для нанесения используется мягкая кисть или валик.

Гидроизоляционное средство

Чтобы защитить поверхность от повышенной влаги, образования плесени и грибка, рекомендуется приготовить гидроизоляционную смесь. Для этого используется равное количество ингредиентов:

• 3 части песка;
• 3 части портландцемента;
• 3 части стекла.

Ингредиенты необходимо разбавить с водой для получения густой смеси. Готовый раствор подходит для изоляции гидросооружений.

Огнеупорное средство

Этот раствор обеспечит защиту поверхностей от возгорания. Готовится в следующих пропорциях:

• 1 часть цемента;
• 3 части песка;
• 20 % стекла от общего объема раствора;
• вода.

Вначале замешивается цементно-песчаная смесь на воде, затем вводится стекло. Готовый раствор применяется для каминной, печной кладки.

Антисептический раствор

Антисептики на основе стекла предотвращают образование бактерий, грибка и плесени на бетонных, каменных, деревянных основаниях. Раствор готовится следующим образом:

• 1 часть стекла;
• 1 часть воды.

Для нанесения готового средства на поверхность используется мягкий валик.

Пропитывающее средство

Пропитка для обработки стеновых, потолочных и напольных поверхностей готовится следующим образом:

• 450 г стекла;
• 1 литр воды.

Как использовать готовый раствор? Обработка поверхностей осуществляется в несколько слоев, при этом каждый последующий наносится после полного высыхания предыдущего.

Важно! Для приготовления растворов вначале соединяются сухие ингредиенты, затем вводятся жидкие.

Рекомендации по нанесению жидкого стекла

Нанесение силиката требует тщательной предварительной подготовки обрабатываемой поверхности. Иначе произойдет снижение впитывающей способности.

Этапы проведения гидроизоляции бетонной стяжки:

1. Обязательно дождаться полного просыхания поверхности. Нанесение на влажную плоскость приведет к отслаиванию слоя от поверхности.
2. Просушенная плоскость выравнивается, очищается от грязи, пыли.
3. Развести силикат до нужного состояния.
4. Используя валик распределить равномерно, не допускается оставлять части плоскостей без обработки.
5. Для лучшей защиты, лучшей пропитки, состав наносится в 2–3 слоя. Промежуток между нанесением составляет 30 мин.

После полного просыхания слоев, наносится защитный слой, содержащий песок, цемент, силикат. Соотношение для приготовления 3:1:1. Для более ровного нанесения покрытия, выставляются по уровню маячки, используя металлические направляющие. Высота должна соответствовать выравниваемому слою, а крепятся маячки на тот же раствор для заливки. Такая смесь застывает быстро, поэтому подготовительный процесс не займет много времени.

Слой для выравнивания обычно получается высотой до 5 см. Приготовленный раствор наносится широким шпателем.

Раствор необходимо замешивать частями, чтобы избежать преждевременного засыхания.

Рекомендуем посмотреть видео-инструкцию:

Рекомендации по нанесению жидкого стекла на кузов автомобиля:

• Температура при применении в помещении обеспечивается не ниже 10 градусов и выше 30.
• Машина должна полностью остыть. Не допускается начинать процедуру на горячий кузов.
• Помещение должно быть чистым, сухим, хорошо проветриваться.
• Не допускается при обработке попадание ультрафиолетового излучения.

Этапы нанесения жидкого стекла на кузов автомобиля:

• Предварительная очистка кузова: мойка с применением специальных моющих средств, обезжиривание антисиликоном или спиртосодержащим раствором, вторая мойка водой без применения моющих средств, протирание насухо поверхности.

Использовать для обезжиривания средств, содержащих растворители строго запрещено.

• Каждая часть кузова обрабатывается по отдельности, так как раствор быстро высыхает и не даст произвести последующую полировку.
• Средство наносится путем втирания продольными перемещениями.
• Лишние части состава удаляются салфеткой.
• Полировка производится равномерными втирающими движениями.
• Высыхание наступит через 12 часов, но полная полимеризация через две недели.

После обработки автомобиля, не допускается мыть с применением средств с химическими составами 2 недели.

Отделение песка и соли фильтрованием и испарением | Эксперимент

Это очень простой эксперимент. Его можно проводить индивидуально или в группах по два человека. Ученики должны вставать во время обогрева и опасаться выплевывания горячей соли, когда испарение почти завершится.

Оборудование

Аппарат

• Защита глаз
• Стакан, 250 см ³
• Стеклянный стержень для перемешивания
• Фильтровальная воронка
• Фильтровальная бумага
• Колба коническая, 250 см ³
• Испарительная ванна
• Горелка Бунзена
• Термостойкий мат
• Штатив
• Марля

Химическая промышленность

• Смесь песка и хлорида натрия (соль), около 6–7 г на группу учащихся (подходящая песчано-солевая смесь должна содержать примерно 20% соли по массе)

Примечания по безопасности, охране труда и технике

• Во время эксперимента пользуйтесь защитными очками.
• Ученики должны вставать во время обогрева и опасаться выплевывания горячей соли, когда испарение почти полностью.
• Хлорид натрия (например, поваренная соль), NaCl (и) — см. CLEAPSS Hazcard HC047b.

Процедура

1. Залейте песчано-солевую смесь в стакан так, чтобы она покрывала дно.
2. Добавьте примерно 50 см. ³ воды или добавьте воды, пока стакан не будет заполнен примерно на одну пятую.
3. Осторожно перемешайте смесь в течение нескольких минут.
4. Отфильтровать смесь в коническую колбу.
5. Перелейте фильтрат в испарительную ванну.
6. Осторожно нагрейте солевой раствор до тех пор, пока он не начнет стекать (плевать). УХОД: Наденьте защиту для глаз и не подходите слишком близко.
7. Выключите конфорку Бунзена и дайте влажной соли высохнуть в посуде.

Учебные заметки

При желании эксперимент можно расширить для выделения сухих образцов песка и соли.Для этого влажный песок в фильтровальной бумаге можно перенести на другой лист сухой фильтровальной бумаги, и, сложив и промокнув, образец можно высушить. При необходимости можно использовать другой кусок фильтровальной бумаги.

Студенты часто любят представлять свои образцы в маленьких бутылочках для утверждения, поэтому для этого можно использовать шпатель. Пока первый ученик в паре переносит песок, другой может соскребать засохшую соль с чашки для испарения и переносить ее в другую бутылку с образцами.

Если это расширение проводится, учеников следует поощрять маркировать бутылки. Им следует сказать, что все образцы, приготовленные таким образом, должны быть маркированы, даже если в этом случае должно быть очевидно, какое вещество какое.

1. Почему с помощью этого эксперимента можно разделить песок и соль?
2. Почему смесь соли, песка и воды перемешивается на шаге 3?
3. Почему солевой раствор нагревается на шаге 6?
4. Как можно окончательно удалить следы воды из ваших образцов, чтобы они полностью высохли?
5. Назовите две причины, по которым добытый вами песок все еще может быть загрязнен солью.
6. Как бы вы могли адаптировать свой эксперимент, чтобы получить более чистый образец песка?
7. Назовите две причины, по которым полученная вами соль все еще может быть загрязнена песком.
8. Как бы вы могли адаптировать свой эксперимент для получения более чистого образца соли?

Учебные материалы по начальным наукам

Если вы преподаете основы естествознания, следующая информация призвана помочь вам в использовании этого ресурса.

Развитие навыков

Дети будут развивать свои научные рабочие навыки по:

• Делаем выводы и поднимаем дополнительные вопросы, которые можно было бы исследовать, на основе их данных и наблюдений.
• Использование соответствующего научного языка и идей для объяснения, оценки и передачи своих методов и результатов.

Результаты обучения

Детей будет:

• Обратите внимание на то, что некоторые материалы растворяются в жидкости с образованием раствора.
• Опишите, как извлечь вещество из раствора.
• Используйте знания о твердых телах, жидкостях и газах, чтобы решить, как можно разделить смеси, в том числе посредством фильтрации, просеивания и испарения.
• Продемонстрируйте, что растворение, перемешивание и изменение состояния являются обратимыми изменениями.

Поддерживаемые концепции

Детей выучат:

• Что существуют различные методы, которые можно использовать для разделения различных смесей.
• Это растворение — обратимая реакция.
• Что не все твердые вещества растворимы.
• Что на скорость растворения могут влиять различные факторы.
• Что плавление и растворение — не одно и то же.

Предлагаемое использование деятельности

Это задание можно использовать как расследование для всего класса, когда дети работают в небольших группах или парах, чтобы понять, как отделить соль от песка. Это может послужить стимулом для дальнейших исследований, направленных на то, как разделить другие смеси твердых веществ либо с разными размерами частиц, либо по растворимости.

Практические соображения

В начальных школах часто нет горелок Бунзена, поэтому необходимо найти жизнеспособные альтернативы.Точно так же может быть трудно найти оборудование, необходимое для испарения воды с целью извлечения растворенной соли. Подголовники и чайные свечи могут подойти как возможные альтернативы.

При выполнении этой деятельности имейте в виду, что некоторые нерастворимые твердые вещества могут образовывать суспензии. Кажется, что именно здесь частицы растворились, хотя на самом деле они распространились по всей жидкости. Хорошим индикатором того, что образовалась суспензия, является то, что жидкость станет мутной или будет слышен скрежет частиц при перемешивании смеси.

Схема этого упражнения очень предписывающая, поскольку процедура изложена поэтапно. Открытые задания, в которых дети работают в небольших группах и придумывают собственные методы, расширили бы мышление детей. Предложения разных групп можно было сравнивать и оценивать как класс.

Дополнительная информация

Это ресурс из проекта «Практическая химия», разработанного Фондом Наффилда и Королевским химическим обществом.Этот сборник из более чем 200 практических занятий демонстрирует широкий спектр химических концепций и процессов. Каждое упражнение содержит исчерпывающую информацию для учителей и технических специалистов, включая полные технические примечания и пошаговые инструкции. Практическая химия сопровождает практическую физику и практическую биологию.

© Фонд Наффилда и Королевское химическое общество

Проверено на здоровье и безопасность, 2016

Как разделить соль и песок — 3 метода

Одним из практических приложений химии является то, что ее можно использовать для отделения одного вещества от другого.Причины, по которым материалы могут быть отделены друг от друга, заключаются в том, что между ними есть некоторые различия, такие как размер (отделение камней от песка), состояние вещества (отделение воды от льда), растворимость, электрический заряд или температура плавления.

Разделение песка и соли

• Студентов часто просят разделить соль и песок, чтобы узнать о смесях и изучить различия между формами вещества, которые можно использовать для разделения компонентов смеси.
• Для разделения соли и песка используются три метода: физическое разделение (выделение кусков или использование плотности для встряхивания песка до верха), растворение соли в воде или плавление соли.
• Вероятно, самый простой способ разделить два вещества — растворить соль в воде, слить жидкость с песка, а затем выпарить воду для извлечения соли.

Физическое разделение соли и песка

Поскольку и соль, и песок являются твердыми частицами, вы можете взять лупу и пинцет и в конечном итоге выделить частицы соли и песка.

Другой метод физического разделения основан на разной плотности соли и песка.Плотность соли составляет 2,16 г / см³, а плотность песка — 2,65 г / см³. Другими словами, песок немного тяжелее соли. Если встряхнуть кастрюлю с солью и песком, песок в конце концов поднимется наверх. Аналогичный метод используется для сбора золота, поскольку золото имеет более высокую плотность, чем большинство других веществ, и тонет в смеси.

Разделение соли и песка по растворимости

Один из методов разделения соли и песка основан на растворимости. Если вещество растворимое, значит, оно растворяется в растворителе.Соль (хлорид натрия или NaCl) — ионное соединение, растворимое в воде. Песка (в основном диоксида кремния) нет.

1. Вылейте смесь соли и песка в кастрюлю.
2. Добавьте воды. Доливать много воды не нужно. Растворимость — это свойство, на которое влияет температура, поэтому в горячей воде растворяется больше соли, чем в холодной. Ничего страшного, если на этом этапе соль не растворяется.
3. Нагрейте воду до растворения соли. Если вы дойдете до того места, где вода закипает, а там все еще есть твердая соль, вы можете добавить еще немного воды.
4. Снимите сковороду с огня и дайте ей остыть, пока она не станет безопасной в обращении.
5. Налейте соленую воду в отдельную емкость.
6. Теперь собираем песок.
7. Снова налейте соленую воду в пустую кастрюлю.
8. Нагрейте соленую воду до кипения. Продолжайте кипятить, пока вода не исчезнет, ​​а соль не останется.

Другой способ отделить соленую воду от песка — это взболтать песок / соленую воду и пропустить ее через кофейный фильтр для улавливания песка.

Разделение компонентов смеси по температуре плавления

Другой метод разделения компонентов смеси основан на температуре плавления. Температура плавления соли составляет 1474 ° F (801 ° C), а у песка — 3110 ° F (1710 ° C). Соль плавится при более низкой температуре, чем песок. Для разделения компонентов смесь соли и песка нагревают выше 801 ° C, но ниже 1710 ° C. Расплав соли можно слить, оставив песок. Обычно это не самый практичный метод разделения, поскольку обе температуры очень высоки.Собранная соль будет чистой, но некоторое количество жидкой соли может загрязнить песок, как если бы вы пытались отделить песок от воды, сливая воду.

Заметки и вопросы

Обратите внимание: вы могли просто дать воде испариться из кастрюли, пока у вас не останется соль. Если бы вы выбрали испарение воды, вы могли бы ускорить процесс, если бы вылили соленую воду в большой неглубокий контейнер. Увеличенная площадь поверхности изменила бы скорость, с которой водяной пар мог проникать в воздух.

Соль не выкипела вместе с водой. Это потому, что температура кипения соли намного выше, чем у воды. Разницу между точками кипения можно использовать для очистки воды дистилляцией. При перегонке воду кипятят, но затем охлаждают, чтобы она конденсировалась из пара обратно в воду и ее можно было собрать. Кипящая вода отделяет его от соли и других соединений, таких как сахар, но его необходимо тщательно контролировать, чтобы отделить его от химикатов с более низкими или аналогичными точками кипения.

Хотя этот метод можно использовать для разделения соли и воды или сахара и воды, он не будет отделять соль и сахар от смеси соли, сахара и воды. Вы можете придумать, как разделить сахар и соль?

Готовы к чему-то более сложному? Попробуйте очистить соль от каменной соли.

смесей | Разделительные смеси | Siyavula

Вещества в растворе смешиваются на уровне отдельных частиц. В растворе сахара и воды частицы сахара и частицы воды смешаны так хорошо, что мы не можем различить их невооруженным глазом.Вы можете подумать, что такие «хорошо перемешанные» смеси невозможно разделить! Но, как мы вскоре увидим, это неправда.

Разделение выпариванием

Продемонстрируйте это на уроке, растворив немного соли в воде перед классом в начале урока. Убедитесь, что они приняли к сведению прозрачное решение. Затем вылейте немного в неглубокую алюминиевую сковороду, похожую на те, что используются для запекания. Поместите это в солнечное место на время урока и дайте воде испариться.Скорость испарения будет зависеть от того, насколько жарко и влажно в тот день, когда вы это делаете. В конце урока соберите кастрюлю и покажите оставшуюся засохшую соль, как в кастрюле для соли. Возможно, вам придется оставить его до конца дня, в зависимости от того, насколько он горячий.

Знаете ли вы, откуда берется большая часть соли, которую мы используем в Южной Африке? Южная Африка получает соль из внутренних, прибрежных соляных бассейнов и морской воды.Соляной поддон — это неглубокая плотина в земле, где соленая вода испаряется , оставляя слой сухой соли.

Когда морская вода находится в неглубоких поддонах, вода нагревается солнечным светом и медленно превращается в водяной пар в результате испарения. Как только вода полностью испарится, остается твердая соль.

Как вы думаете, это хороший метод отделения соли от воды? Как вы думаете, подойдет ли раствор сахара и воды?

Если у вас есть время сделать это в классе, вы можете продемонстрировать это практически. Предложите учащимся попробовать соленую воду перед кипячением, а затем предложите им попробовать конденсат. Так они поймут, что испарилась только вода, а в чайнике осталась соль.Вы можете положить лед в небольшой пластиковый пакет, чтобы лед не соскользнул с пластины, но пластина все еще достаточно холодная для конденсации водяного пара. Хранение льда в пластиковом пакете также гарантирует, что тающий лед не капает в стакан, в котором собирается конденсированная вода. Вы также можете использовать химический стакан или стакан с солевым раствором над горелкой Бунзена и использовать холодный кусок стекла или зеркало, чтобы конденсировать воду и собирать ее в другой стакан.

ВОПРОСЫ:

Считаете ли вы, что разделение путем испарения будет хорошим методом разделения водно-солевого раствора, если вы хотите сохранить и соль, и воду? Почему ты так говоришь?

Испарение само по себе не является хорошим методом разделения, если вы хотите сохранить и соль, и воду.Как только вода испаряется, она теряется.

На картинке раствор соленой воды нагревается в чайнике, а металлическая пластина (с небольшим количеством льда внутри, чтобы держать ее внешнюю поверхность холодной) удерживается в водяном паре, выходящем из носика чайника.Водяной пар охлаждается при соприкосновении с холодной металлической пластиной и конденсируется. Затем он стекает с планшета в стакан для сбора. После того, как вся вода испарится, соль останется в чайнике. Но в стакане еще есть вода.

Что происходит в чайнике?

Можете ли вы сказать, какое изменение состояния происходит внутри чайника? Как называется процесс?

Жидкая вода превращается в водяной пар.Процесс испарения.

Какое изменение состояния происходит на холодной поверхности металлической пластины? Как называется процесс? (Подсказка: изменение состояния с газа на жидкость было рассмотрено в предыдущей главе, в разделе Физические свойства материалов .)

Водяной пар превращается в жидкую воду.Процесс называется конденсацией.

Соль испаряется вместе с водой? Как бы вы узнали?

Нет. Вы можете почувствовать, что вода соленая до испарения, а не соленая после конденсации. Если кипятить воду до полного испарения, можно увидеть, как образуются кристаллы соли.

Что вы можете сказать о чистоте воды после испарения и конденсации?

Он не имеет соленого вкуса после испарения / конденсации, поэтому мы предполагаем, что он чистый, но в нем могут быть другие вещи, которые мы не можем попробовать.

Некоторые вещи, которые мы не можем обнаружить или попробовать на вкус, например, если бы мы использовали морскую воду.

Вода, теряемая при испарении, может быть сконденсирована на холодной поверхности. Холодная металлическая пластина справится с этой задачей, но будет трудно восстановить всю конденсированную воду, потому что она будет стекать с поверхности пластины во многих разных местах. У ученых есть решение этой проблемы: они используют особую технику для разделения подобных смесей без потери каких-либо компонентов.Методика перегонки называется .

Дистилляция

Если у вас есть оборудование для настройки процесса дистилляции, вы можете продемонстрировать его в классе. В противном случае вы можете использовать альтернативные материалы и оборудование. Например, если у вас нет конденсатора Либиха, вы можете использовать кусок медной трубы. Вот две ссылки, которые объясняют, как построить собственное оборудование для дистилляции: http: // www.Instructables.com/id/Build-a-Lab-Quality-Distillation-Apparatus/ и http://nukegingrich.files.wordpress.com/2009/06/diy-still.pdf. Еще одно предложение — попросить учащихся также провести исследование, чтобы увидеть, как сделать свой собственный дистилляционный аппарат, в особенности обращая внимание на материалы, которые легче и дешевле найти. Вам не обязательно иметь лабораторное оборудование, чтобы продемонстрировать множество научных экспериментов — многие из них можно просто это делается путем обдумывания материалов, которые вы используете в повседневной жизни, и составления плана! Это также делает науку более доступной для всех.

Дистилляция — это отделение одного вещества от другого путем испарения с последующей конденсацией. Аппарат, используемый в этой технике, называется Still .

Предположим, мы хотим разделить воду и соль в морской воде. Мы бы поместили морскую воду в круглую колбу слева на картинке (в колбу для перегонки).Затем мы кипятили морскую воду для получения водяного пара или пара. Соль не испаряется с водой, потому что испаряется только вода. Водяной пар поднимается через верхнюю часть колбы и попадает в конденсатор Либиха.

Конденсатор Либиха состоит из стеклянной трубки внутри большой стеклянной трубки. Конденсатор устроен таким образом, что холодная вода может течь через пространство между трубками.Это охлаждает поверхность внутренней трубки. Водяной пар конденсируется на этой холодной поверхности и течет в приемную колбу. Поскольку соль не испарилась, она остается в перегонной колбе.

Видео, описывающее, как солнечная энергия еще может опреснять (убирать соль) воду.

Видео о солнечном кадре короткое, но дает интересную тему для обсуждения: применение методов разделения; изобретения; преимущества и недостатки; вы даже можете обсуждать проекты с открытым исходным кодом и делиться информацией.Итальянский изобретатель солнечной батареи Eliodomestico по-прежнему разрабатывал ее для развивающихся стран. Он относительно дешев, прост в сборке и не требует электричества. Он описывается как экодистиллятор, работающий от солнечной энергии. Все, что вам нужно сделать, это налить 5 литров соленой или нечистой воды, закрутить крышку и оставить на солнце. К концу дня из него может быть получена очищенная от бактерий и соленая вода, пригодная для питья. Это также проект с открытым исходным кодом, что означает, что любой может использовать дизайн и воспроизводить, изменять или обновлять его, но не продавать его с целью получения прибыли.

Дистилляция — также лучший способ разделить две жидкости с разными точками кипения, например воду и этанол. Давайте посмотрим.

Это дополнительное задание, или оно может быть выполнено как домашнее задание. Это продолжение того, что учащиеся узнали бы об использовании дистилляции.

ВОПРОСЫ:

Вы можете вспомнить температуру, при которой закипает вода? Запишите это ниже.

Как называется эта температура?

Температура кипения воды.

Этанол кипит при температуре ниже точки кипения воды, а именно 78 ° C.Предположим, вы смешали немного воды и этанола. Смесь для начала находится при комнатной температуре. Теперь предположим, что вы начали нагревать смесь. Какая температура будет достигнута первой: 78 ° C или 100 ° C?

Как вы думаете, что произойдет, когда смесь достигнет температуры 78 ° C? Как вы думаете, этанол закипит?

Учащимся можно напомнить, что этанол по-прежнему остается этанолом, его не меняли в процессе смешивания, поэтому он наверняка закипит при 78 ° C.

Будет ли при этом закипать вода?

Нет. Вода закипает только при 100 ° C. Пока температура ниже 100 ° C, вода не закипает.

Эти вопросы идентичны вопросам, заданным в исходном задании.Они были включены в первоначальную деятельность, чтобы служить введением в концепцию дистилляции.

Мы можем использовать тот же метод дистилляции, который мы использовали для разделения морской воды, чтобы разделить две жидкости. Принцип точно такой же, за исключением того, что мы будем перегонять смесь более одного раза. Вот как это работает:

Смесь двух жидкостей помещают в перегонную колбу и нагревают до самой низкой точки кипения.В случае смеси этанол / вода эта температура будет точкой кипения этанола, а именно 78 ° C. Вся жидкость с этой точкой кипения испарится, конденсируется в конденсаторе Либиха и перейдет в приемную колбу. Жидкость с более высокой температурой кипения останется в перегонной колбе. Предположим, он содержит третье вещество, которое мы хотим отделить. Как бы ты это сделал?

Заменяем приемную колбу на чистую и снова нагреваем перегонную колбу, но на этот раз до точки кипения второй жидкости.Вторая жидкость испарится, конденсируется в холодильнике и перетекает в чистую приемную колбу, оставляя последний компонент смеси в перегонной колбе.

Сырая нефть разделяется на различные компоненты с помощью дистилляции. Компоненты испаряются, начиная с более легкого топлива (которое имеет самую низкую точку кипения), затем реактивного топлива, затем нефти, затем автомобильного масла, пока не останется только смола. Мы называем разделенные компоненты фракциями, а процесс фракционной перегонкой.

Узнайте больше о перегонке сырой нефти в этом видео

Видео о перегонке сырой нефти может быть слишком продвинутым, но в нем достаточно хорошо резюмируется процесс фракционной перегонки и упоминаются актуальные, реальные примеры производимых продуктов. Обратите внимание, что в видео неоднократно упоминаются «углеводороды».Вы можете успокоить учащихся и сказать им, что им пока не важно знать, что это означает. Таблица Менделеева рассматривается только в главе 4, но вы можете помочь учащимся «расшифровать», что сырая нефть содержит множество частиц водорода и частиц углерода , взятых вместе в различных комбинациях (соотношениях). Каждая из фракций, которые в конечном итоге собираются, содержит одну комбинацию углеводородов.

Нам предстоит изучить еще одну технику разделения.Вы замечали, как чернила на бумаге иногда «растекаются» при намокании?

Большинство красок представляют собой смесь различных пигментов, смешанных для придания им нужного цвета. Пигмент — это химическое вещество, придающее цвет материалам. Когда смесь содержит цветные соединения, часто можно разделить различные компоненты с помощью метода разделения, называемого хроматографией.Давайте посмотрим на это дальше.

Хроматография

«Хроматография» происходит от греческих слов chroma (что означает «цвет») и graph (что означает «писать»).

Хроматография — это метод разделения окрашенных веществ на отдельные пигменты. Мы собираемся изучить это в следующем расследовании.

Ручка для науки о цвете.

AIM: Для разделения пигментных компонентов в чернилах с использованием различных жидкостей.

Это веселое занятие, которое можно выполнить быстро. Если класс разделен на небольшие группы и каждая группа получает свой черный маркер для экспериментов, хроматограммы могут быть впоследствии повешены на стену, чтобы все могли увидеть и сравнить.Путем поиска совпадающих хроматограмм учащиеся могут сказать, в какой группе использовался маркер одинаковой марки или какие маркеры были заполнены одинаковыми чернилами. Если чернила от определенного маркера не разделяются в одной жидкости, попробуйте использовать другую жидкость в химическом стакане.

Вы можете даже построить историю вокруг расследования: инсценировать тайну убийства, в которой убийца может быть идентифицирован его (или ее) черной ручкой. Используйте три или четыре черных или синих ручки разных марок и создавайте уникальные хроматограммы, связанные с каждой маркой.Чернила могут выглядеть одинаково при использовании для письма, но они будут вести себя по-другому, когда они будут проанализированы с помощью хроматографии.

ГИПОТЕЗА:

Какой вы предлагаете ответ на наш следственный вопрос? Это ваша гипотеза.

Ответ, зависящий от учащегося. Гипотеза может быть такой: «Черные чернила состоят из пигментов разного цвета.’

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

• Впитывающая бумага, нарезанная на полоски примерно 3 см шириной и 12 см длиной

Лабораторная фильтровальная бумага Whatman No. 1 идеально подходит для хроматографии. Как вариант, вы можете использовать кофейные фильтры, акварельную бумагу или полоски бумажного полотенца. Даже обычная копировальная бумага работает, но медленнее, и часто это улучшает разделение цветов.Для более мягкой бумаги вам могут понадобиться более длинные полоски бумаги и более высокие емкости, поскольку жидкость поднимается по бумаге намного быстрее.

• прозрачный стакан для питья или химический стакан
• черные ручки и фломастеры в ассортименте
• водопроводная вода
• карандаш
• скрепка или прищепка
• фильтровальная бумага
• капельница
• различных жидких растворителей (аммиак, хирургический спирт, метилированный спирт и жидкость для снятия лака)

Растворитель — это вещество, которое растворяет растворенное вещество с образованием раствора.Растворитель обычно представляет собой жидкость, но также может быть твердым или газообразным.

Возможные опасности:

• Аммиак — растворенный газ и слабое основание. Маловероятно, что это вызовет ожоги, но пары аммиака могут раздражать слизистые оболочки носа.
• Хирургический спирт и метанол содержат спирт. Жидкость для снятия лака содержит ацетон. Спирт и ацетон легко воспламеняются, и их следует хранить вдали от источников тепла и огня.Не вдыхайте пары этих растворителей.

Безопасная лабораторная практика чрезвычайно важна. Найдите минутку, чтобы обсудить с учащимися риски, меры предосторожности и безопасность. Обсудите тот факт, что ученым часто приходится иметь дело с опасными веществами и / или оборудованием, чтобы иметь возможность проводить наблюдения.

При работе с аммиаком старайтесь работать в вытяжном шкафу или в хорошо вентилируемом помещении.Оставьте дверь и окна открытыми, чтобы дым не задерживался. Точно так же спиртосодержащие вещества следует использовать в хорошо проветриваемом помещении, но они также легковоспламеняемы, поэтому не используйте их в присутствии открытого огня.

Всегда рекомендуется носить латексные / нитриловые перчатки (можно приобрести в аптеке), чтобы предотвратить всасывание опасных веществ через кожу. Надевайте защитные очки, чтобы защитить глаза от вредных химикатов.Всегда держите под рукой чистую воду, чтобы промыть глаза или мыть руки, если химические вещества разбрызгиваются или проливаются.

Тщательная лабораторная практика не только обеспечит вашу безопасность, но и станет хорошим примером для учащихся.

МЕТОД:

Сделать стрип-хроматограмму

1. С помощью черной ручки или маркера нарисуйте линию на одном конце бумажной полоски на расстоянии 2 см от конца.
2. Налейте в стакан водопроводную воду на глубину примерно 1 см.
3. Оберните немаркированный конец бумажной полоски вокруг карандаша и закрепите его скрепкой.
4. Перед тем, как положить его в стакан, отрегулируйте полоску бумаги так, чтобы линия с чернилами была примерно на 1 см над поверхностью жидкости, прижимая ее к внешней стороне стакана.
5. Опустите полоску в стакан и положите карандаш на верхнюю часть стекла, как показано на схеме.Конец полоски должен быть в воде, но нарисованная линия должна быть над поверхностью воды.

6. Дайте жидкости впитаться в бумагу, поднимаясь по линии с чернилами.

7. Когда мигрирующие пигменты приблизятся к верху полоски, рядом со скрепкой, удалите полоску бумаги и дайте ей высохнуть на плоской непористой поверхности.
8. Сделайте аналогичную стрип-хроматограмму для каждой из собранных черных ручек.
9. Сравните хроматограммы. Они такие же или разные?
10. Когда вы закончите сравнивать свою хроматограмму с хроматограммой остального класса, вы можете либо прикрепить свою хроматограмму в поле ниже, либо нарисовать ее изображение в этом месте.

Вы также можете использовать прищепку, чтобы удерживать полоску на месте во время сушки.

Сделать круговую хроматограмму

1. Положите большой круглый кусок фильтровальной бумаги на гладкую неабсорбирующую поверхность, например, на поверхность стола.
2. С помощью одного из цветных перьев нарисуйте чернильное пятно от 0,5 до 1 см в центре диска.
3. Положите бумажный диск на верхнюю часть стакана.
4. Поместите каплю воды в центр чернильного пятна.

5. Добавляйте по капле воды примерно каждую минуту, чтобы хроматограмма растекалась по краям бумажного диска.

6. Повторите эксперимент с одним из других растворителей (нашатырный спирт, спирт или жидкость для снятия лака).

НАБЛЮДЕНИЯ:

Две хроматограммы выглядят одинаково или по-разному? Если они выглядят по-разному, и вы использовали одну и ту же ручку, как вы думаете, почему?

Какие цветные пигменты вы наблюдали?

Нарисуйте фотографии ваших хроматограмм в поле ниже.

ВЫВОД:

Что вы можете сделать о пигментах, входящих в состав черных чернил?

Учащимся следует учесть, что черные чернила на самом деле состоят из ряда пигментов разного цвета.

Более подробно, как это работает:

В бумажной хроматографии жидкость проходит через бумажные волокна. Но почему пигменты в чернилах разделяются на полосы разного цвета?

Пигменты чернил уносятся жидкостью, но, поскольку это разные соединения, они уносятся вверх с разной скоростью.Это приводит к тому, что они появляются на хроматограмме в виде полос разного цвета.

Посмотрите на изображение хроматограммы ниже.

Какой цветной пигмент движется вверх по бумаге с максимальной скоростью? Почему ты так говоришь?

Желтый пигмент движется быстрее всего, потому что он прошел самое большое расстояние.

Какой цветной пигмент движется вверх по бумаге с наименьшей скоростью?

Зеленый пигмент движется медленнее всего, потому что он прошел кратчайшее расстояние.

Почему разные пигменты переносятся с разной скоростью?

Пигменты перемещаются с разной скоростью из-за различий в их свойствах: большие частицы пигмента имеют тенденцию двигаться медленнее.Кроме того, частицы, которые хорошо растворяются в жидкости, будут стремиться оставаться в жидкости и быстро уноситься наверх, в то время как частицы, которые хорошо связываются с бумагой, будут двигаться медленнее.

Действительно ли черный черный? (видео)

Теперь, когда мы узнали о некоторых различных способах разделения смесей, мы собираемся применить то, что мы знаем, для разделения смеси, состоящей из многих компонентов.

Некоторые школы также используют комбо-тарелки для различных практических заданий по Материи и Материалам. Это приветствуется, и задания в этих рабочих тетрадях можно немного скорректировать для работы с любым оборудованием и приборами, которые есть у вас в школе.

Кроме того, если учащиеся сочтут блок-схему слишком сложной на этом этапе, вы можете в качестве альтернативы попросить их записать шаги, которые они будут выполнять, чтобы разделить все материалы в смеси, и почему они выбрали каждый метод разделения.

Представьте, что вы член группы ученых, работающих вместе в лаборатории. Вашей команде поручена важная работа. Вам дали стакан со смесью веществ для разделения.

Смесь содержит следующие компоненты:

• песок
• стружка железная
• соль
• этанол
• вода

Ваша задача — разработать процедуру разделения смеси на отдельные компоненты.Как бы Вы это сделали? Ваша процедура должна быть представлена ​​в виде блок-схемы.

Перед тем, как начать, представьте, как будет выглядеть смесь. Нарисуйте изображение прозрачного контейнера и различного содержимого смеси в пространстве.

Это может быть трудной задачей для учащихся, но для учащихся очень важно иметь возможность визуализировать смесь, прежде чем они начнут планировать эксперимент.В противном случае идеи останутся абстрактными, и у учащихся могут возникнуть трудности с правильной последовательностью различных этапов разделения. Вы можете направить их, задав следующие вопросы. В качестве альтернативы вы можете приготовить смесь, чтобы они посмотрели на нее, прежде чем рисовать:

• Как выглядит контейнер? Нарисуйте это на своей странице.
• Какие жидкости находятся в емкости? (Этанол и вода). Теперь нарисуйте емкость со смесью этанола и воды.Сможете ли вы увидеть этанол И воду, когда они будут смешаны? (Нет, в контейнере они будут выглядеть как жидкость.)
• Теперь добавьте песок. Смешается ли он с водой или опустится на дно? (Большая часть опустится на дно.)
• Теперь добавьте железные опилки. Смешается ли он с водой или опустится на дно? (Он опустится на дно.)
• Теперь добавьте соль. Соль опустится на дно или растворится в воде? (Он растворился бы в воде.) Сможем ли мы увидеть его, если бы он растворился в воде? (№)

Чтобы помочь вам разработать процедуру, вот несколько наводящих вопросов и шаблон для вашей блок-схемы:

Каково физическое состояние (твердое, жидкое или газообразное) каждого из компонентов смеси? Заполните их в таблице.

Назовите твердые вещества, которые не растворяются в смеси.Это нерастворенные твердые вещества.

Песок и железные опилки не растворяются.

Назовите растворенные твердые вещества в смеси.

Соль — единственное растворенное твердое вещество.

Какой метод является наилучшим для отделения нерастворенных твердых частиц от жидкостей в смеси? Напишите название этого метода в блоке под номером 1 на блок-схеме ниже.

Учащиеся должны записать ФИЛЬТРАЦИЮ в блоке 1.

Напишите названия нерастворенных твердых веществ в блоке 2 блок-схемы.

Учащиеся должны записать ПЕСКУ и ЖЕЛЕЗА в блоке 2.

Что остается после удаления нерастворенных твердых частиц из смеси? Напишите названия этих соединений в блоке 3.

Учащиеся должны написать СОЛЬ, ЭТАНОЛ и ВОДА в блоке 3.

Как мы могли отделить нерастворенные твердые частицы? (Подсказка: посмотрите на блок-схему для некоторых идей.) Напишите название этого процесса в блоке 4.

Учащиеся должны написать МАГНИТНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ в блоке 4.

Напишите названия двух нерастворенных твердых веществ в блоках 6 и 7.

Учащиеся должны записать ЖЕЛЕЗНЫЕ ПЕЧАТИ в блоке 6 и ПЕСОК в блоке 7.

Как мы могли отделить жидкости от растворенного твердого вещества? Мы могли бы испарить их, но тогда они были бы потеряны.Какой еще вариант доступен, если мы хотим разделить компоненты в решении? Напишите название этого процесса в блоке 5.

Учащиеся должны написать ДИСТИЛЛЯЦИЯ в блоке 5.

Какую жидкость следует перегонять в первую очередь? (Подсказка: какая жидкость имеет самую низкую точку кипения?) Напишите название этой жидкости в блоке 8.

Учащиеся должны написать ЭТАНОЛ в блоке 8.

Что остается в растворе после удаления первой жидкости? Напишите названия этих компонентов в блоке 9.

Учащиеся должны написать ВОДА и СОЛЬ в блоке 9.

Как отделить жидкость от растворенного твердого вещества? (Подсказка: этот процесс такой же, как и в блоке 7.) Напишите название процесса в блоке 10.

Учащиеся должны написать ДИСТИЛЛЯЦИЯ в блоке 10.

Запишите названия двух последних компонентов в блоках 11 и 12.

Учащиеся должны написать ВОДА в блоке 11 и СОЛЬ в блоке 12.

Заполненная блок-схема должна выглядеть следующим образом:

До сих пор мы обсуждали материалы, их свойства, способы их смешивания и способы их разделения, если они смешаны. Последний раздел этой главы посвящен отходам и тому, что мы можем сделать, чтобы уменьшить их воздействие на окружающую среду.

Смешивание сахара и воды | Оценки аргументации в науке

Двое учеников насыпают крупинки сахара в стакан с горячей водой. Они сделайте три наблюдения.

1. После того, как сахар вылился в воду, его перемешивают. После перемешивания сахар уже не видно.

2. Также после перемешивания каждый студент пробует воду на вкус.Они оба согласны с тем, что вода сладкая на вкус.
3. Вес воды + стакана + сахара такой же, как вес стакан, содержащий смесь после добавления сахара.

Примечание. Числовые баллы, указанные в рубриках подсчета баллов, были в исследовательских целях. Более высокие баллы указывают на более качественную аргументацию. Мы рекомендовать вам использовать схему подсчета очков, которая соответствует вашим текущим целям для студенты.

A Почему мы больше не видим сахар?

Мы больше не видим сахар, потому что….

Фотографии частиц сахара и воды

Это изображение частиц сахара и воды до того, как они были смешаны вместе:

Какая из этих картинок лучше всего отображает частицы воды и сахара после того, как они были тщательно перемешаны?

B Какая из этих композиций лучше всего отображает частицы воды и сахара после того, как они были тщательно перемешаны?

Расположение: A, B, C или D

C Как вы думаете, почему картинка, которую вы выбрали, лучше всего?

Два студента обсуждают, что, по их мнению, случилось с сахаром.

Лаура говорит, что я думаю, что сахара больше нет.

Мэри говорит, что сахар все еще там.

Лаура и Мэри сделали еще два наблюдения за сахаром и водой.

После перемешивания каждый студент попробовал воду. Они оба согласны с тем, что вода был сладким на вкус.

D1 Кого подтверждают эти доказательства?

Лаура, Мэри, оба или ни один

Вес сахара, воды и стакана до того, как они были добавлены в воду, составляет такой же, как вес смеси и стакана после перемешивания.

D2 Кого подтверждают эти доказательства?

Лаура, Мэри, оба или ни один

Учитель Лоры и Мэри также сообщает им некоторую информацию.

Материя не может быть создана или уничтожена.

D3 Кого подтверждают эти доказательства?

Лаура, Мэри, оба или ни один

Иногда вещество распадается на очень мелкие кусочки при смешивании с другим веществом. субстанция.

D4 Кого подтверждают эти доказательства?

Лаура, Мэри, оба или ни один

Примечание. Части D2, D3 и D4 не оценивались.

D1 and E Кого подтверждают эти доказательства?

Лаура, Мэри, оба или ни один

В конце урока Мэри приводит следующий аргумент:

Аргумент Мэри. Сахар все еще там.Общая масса остается прежней. Если бы сахар исчез, масса изменилась бы.

F Какие доказательства в аргументе Мэри?

Доказательства в аргументе Мэри….

G Какие доказательства лучше всего подтверждают ваш ответ? Объясните, как эти доказательства подтверждают ваш ответ.

Вам будет предложено объяснить, почему одно из этих изображений не соответствует выбранному вами.

Обоснование:

• После перемешивания каждый студент пробует воду на вкус. Они оба согласны с тем, что вода на вкус сладкий.
• Вес воды, стакана и сахара такой же, как вес стакан и смесь после того, как сахар был замешан в воде.
• Материя не может быть создана или уничтожена.
• Иногда вещество распадается на очень мелкие кусочки при смешивании с другим веществом.

H Выберите одну из картинок выше.Как вы думаете, почему это не так хорошо? Используйте приведенные выше доказательства, свои собственные знания о смешивании сахара и воды или и то, и другое.

Выбрать A, B, C или D не так хорошо, потому что….

Теперь, когда вы ознакомились с некоторыми доказательствами и идеями других студентов, давайте вернемся к исходный вопрос.

Два ученика насыпают сахарные крупинки в стакан с горячей водой. Как только сахар выливают в воду, перемешивают.После перемешивания сахар больше нельзя видимый.

I Почему мы больше не видим сахар?

Мы больше не видим сахар, потому что….

Химический эксперимент по извлечению соли из смеси | Education

Химические смеси включают два или более элемента, которые химически не связаны, но существуют в одном и том же физическом месте. Свойства элементов определяют, как они могут быть разделены, например, является ли какой-либо элемент растворимым, обладает ли магнитной восприимчивостью или разделен по цвету, вкусу или запаху.Соль растворима, что позволяет легко отделить песчано-солевую смесь.

Подготовка к эксперименту

Соберите стеклянный стакан, воду, палочку для перемешивания, чашу для испарения, воронку, фильтровальную бумагу, бунзеновскую или спиртовую горелку, спички, металлическую сетку, металлическую подставку для готовки, стеклянную крышку испарителя, щипцы, рукавицы для духовки и ваша смесь соли и песка. Чтобы определить процентное содержание соли в песке, используйте весы, бумагу и письменные принадлежности, чтобы взвесить и записать вес пустого стакана и общий вес чашки для испарения, крышки и палочки для перемешивания.

Первый этап

Поместите смесь в стеклянный стакан и добавьте в два раза больше дистиллированной воды по объему, чем у вас есть смесь песка и соли. Энергично перемешивайте смесь в течение пяти минут, чтобы соль полностью растворилась. Дайте стакану постоять, чтобы песок опустился на дно стакана. Когда песок осядет на дно, медленно вылейте воду из стакана через воронку, выстланную фильтровальной бумагой, в чашу для испарения, чтобы удалить из воды оставшийся песок.

Опреснение воды

Установите чашу для испарения поверх металлической сетки на кухонной подставке. Включите конфорку и дайте воде закипеть и испариться с посуды. Когда соль начнет лопаться, аккуратно поместите стеклянную крышку на емкость для испарения с помощью щипцов, чтобы соль не вылетела из емкости. Выключите горелку, когда соль перестанет появляться, так как вся вода испарится, оставив кристаллизованную соль. Снимите форму с прихваткой для духовки и дайте ей остыть перед взвешиванием.

Удаление воды из песка

Если вы планируете рассчитать процентное содержание соли в песке, удалите воду из песка, нагревая песок так же, как вы делали это с соленой водой. Используйте более низкое пламя с песком, так как для удаления воды потребуется меньше тепла. Когда песок станет сухим, выключите горелку и дайте химическому стакану полностью остыть, прежде чем взвешивать его.

Определение процентного содержания смеси

Чтобы определить процентное содержание соли в песке, взвесьте чашу для испарения, накройте и снова палочку для перемешивания и вычтите вес пустых контейнеров из веса контейнеров после кристаллизации соли, чтобы получить вес соли. .Взвесьте стакан с сухим песком и вычтите из этого числа вес пустого стакана, чтобы получить вес песка. Добавьте веса песка и соли. Чтобы определить процентное содержание песка, разделите вес песка на вес объединенной соли и песка и умножьте на 100. Если у вас есть 1,015 грамма песка, которые вы отделили от 3,010 грамма смеси песка и соли, у вас есть смесь. это было 33,72 процента песка.

Ссылки

Автор биографии

Преподобный Кэтрин Рэтлифф Барр преподает роды, воспитание детей, вакцинацию и альтернативную медицину с 1994 года.Она является пастырским семейным консультантом и имеет отцовских родителей, приемных, приемных и приемных детей. Она имеет степень бакалавра по английскому языку и истории от Сентенери Колледж Луизианы. Исследования включают акушерство, натуропатию и другие альтернативные методы лечения.

Chem4Kids.com: Содержание: Смеси

Когда вы видите дистиллированную воду (H ₂ O), это чистое вещество. Это означает, что в жидкости есть только молекулы воды. Смесь представляет собой стакан воды с растворенными в ней другими веществами, может быть, один из тех порошков, которые вы принимаете, если заболеете.Каждое из веществ в этом стекле сохраняет свои химические свойства. Итак, если у вас есть растворенных веществ в воде, вы можете вскипятить воду и все еще оставить растворенные вещества. Если вы добавили немного соли (NaCl) в воду, а затем вскипятили воду, соль останется в кастрюле. Соль остается, потому что для ее плавления требуется очень высокая температура (даже больше, чтобы ее вскипятить).

Если положить песок в стакан с водой, он считается смесью.Всегда можно отличить смесь, потому что каждое из веществ может быть отделено от группы разными физическими способами. Вы всегда можете получить песок из воды, отфильтровав воды. Если вы были заняты, вы можете просто оставить смесь песка и воды в покое на несколько минут. Иногда смеси разделяются сами по себе. Когда вы вернетесь, вы обнаружите, что весь песок опустился на дно. Gravity помогала вам с разделением. Не забывайте, что смесь также может состоять из двух жидкостей.Даже такая простая вещь, как масло и вода, представляет собой смесь.

Подробнее о смесях в части II …

Камни под микроскопом (видео Кембриджского университета)