POLITECHNIKA WARSZAWSKA

Wydział Inżynierii Lądowej

S P R A W O Z D A N I E

Z DOŚWIADCZEŃ LABORATORYJNYCH Z PRZEDMIOTU: CHEMIA BUDOWLANA

Imię i Nazwisko osoby przeprowadzającej doświadczenie

Data wykonywania doświadczenia: 

19.05.2005

........................

Nr doświadczenia:

19

Temat doświadczenia:

Rok studiów:…………

........

Wydział:……………..

..........

Obliczanie ilości węglanu wapnia, który nie uległ rozłożeniu w CaO

Grupa laboratoryjna:…

........

Imię i Nazwisko osoby sprawdzającej sprawozdanie

Zespół:…………..

........

………………………………………………………

Data oddania sprawozdania:

Ocena za wykonane sprawozdanie:

………………………………………

………………………………………………………

Uwagi osoby koordynującej przeprowadzane doświadczenie:………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Ewentualna data przyjęcia sprawozdania do poprawy:………………………………………………..

Ostateczny termin oddania sprawozdania:……………………………………………………………

Obliczanie ilości węglanu wapnia, który nie uległ rozłożeniu w CaO.

I. Wstęp teoretyczny

CaO- wapno palone to białe ciało stałe. Twardniej na powietrzu po dodaniu wody, należy zatem do spoiw mineralnych. Surowcem do uzyskiwania wapna palonego jest skała wapienna. Ze względu na skład chemiczny wapno palone możemy podzielić na:

  •   hydrauliczne;
  •   wysokohydrauliczne;
  •   powietrzne.

Ze względu na temperaturę otrzymywania wapno palone dzielimy na:

- słabopalone, rozmiary kryształów- 1-2 mm, T = 1000°C;

- średniopalone, rozmiary kryształów 3-6 mm, T = 1150°C;

- wysokopalone, , rozmiary kryształów > 10 mm, T = 1300°C.

Wapno palone powstaje w wyniku wypalania wapieni. Reakcja ta, to rozkład termiczny węglanu wapnia:

CaCO3→ CaO + CO2

Reakcja jest przeprowadzana w temperaturze 800-1200°C.

W przemysłowej produkcji CaO stosujemy wysokie temperatury, które sięgają 1100-1200°C. Aby zaszła reakcja musi zostać do układu dostarczona energia, gdyż mamy do czynienia z reakcją endotermiczną. Jest to konieczne do uzyskania równowagi między produktami. Wraz ze wzrostem temperatury równowaga reakcji endotermicznej przesuwa się w stronę produktów. Wzrasta także ciśnienie wydzielanego dwutlenku węgla. Mamy tutaj do czynienia z układem otwartym, tzn. takim, który swobodnie może wymieniać energie oraz masę z otoczeniem. Usuwany jest zatem ze środowiska wyżej wspomnianej reakcji dwutlenku węgla. Układ dąży do przywrócenia równowagi chemicznej i dlatego reakcja jest nieodwracalna, zaś rozkład węglanu wapnia jest całkowity.

Wapno palone ma zastosowanie w budownictwie. Otrzymujemy z niego zaprawę wapienną. Musimy jednak wapno palone poddać procesowi hydratyzacji- prościej mówiąc musimy wapno „zgasić” wodą. Zachodzi reakcja:

CaO+H2O →Ca(OH)2  DHo = - 66 kJ/mol

Mamy tutaj do czynienia z reakcją egzotermiczną, tzn. w czasie procesu następuje wydzielanie energii. Temperatura układu podnosi się do około 100oC. Woda ulega odparowaniu. Faza stała zwiększa swoją objętość niemal dwukrotnie.

Ilość dodawanej wody ma wpływ na konsystencje wapna. I tak wyróżniamy:

  •   wapno hydratyzowane (postać proszku) - minimalna ilość dodanej wody;
  •   ciasto wapienne, które jest mieszaniną wapna oraz jego nasyconego roztworu (postać ciasta);
  •   mleko wapienne, zawiesina wapna  w wodzie.

Wymieszane wapno gaszone, piasek, woda to zaprawa wapienna. Powstaje w okresie kilku godzin poprzez odparowanie wody oraz krystalizacji Ca(OH)2.

Piasek obecny w zaprawie ułatwia wnikanie dwutlenku węgla i przyspiesza karbonatacja. Reakcja karbonatacja to proces twardnienia i może trwać nawet przez kilka lat. Zachodzi przy tym reakcja:

Ca(OH)2 + CO2→CaCO3  + H2O

II Cel przeprowadzonego doświadczenia:

Celem przeprowadzonego doświadczenia będzie oznaczenie ilości w CaO części, które uległy niedopaleniu w wyniku oznaczenia zawartości w spoiwie, które nie ulega rozkładowi CaCO3.

Zastosowano metodę gazometryczną. Jest to metoda polegająca na oznaczeniu ilości dwutlenku węgla, który jest wydzielany podczas reakcji HCl na CaCO3 zawarty w wapnie.

III Sprzęt wykorzystywany podczas doświadczenia:

- pipeta na 25 cm3;

- aparat użyty w analizie gazometrycznej

- termometr;

- tygiel porcelanowy i tygiel szklany;

- elektroniczna waga bezodważnikowa;

- barometr.

Uwagi: Doświadczenie przeprowadzono w odzieży ochronnej, z zachowaniem ostrożni oraz po zaznajomieniu się z przepisami BHP.

III Przebieg doświadczenia

Oznaczenie zawartości wydzielonego dwutlenku węgla ma miejsce w aparacie wyspecjalizowanym do analizy gazometrycznej (rys. 1).

Zachodzi reakcja:

CaCO +  HCl → CaCl2 +CO2 +  H2O

Rys.1 Aparat do analizy gazometrycznej

B – skalibrowana biureta, która napełniona jest

nasyconym roztworem kwasu solnego i połączona wężem gumowym ze zbiornikiem  wyrównawczym.

Z – zbiornik wyrównawczy, który napełniony jest nasyconym roztworem kwasu solnego.

N – naczynie, które jest zamknięte korkiem i połączone wężem gumowym z biuretą.

Etapy przeprowadzonego doświadczenia:

- wyzerowano wagę i odważono 0,5 g CaO;

- wsypano próbkę do tygielka;

- przy pomocy pipety na 25ml odmierzono 25 cm3 1M roztworu kwasu solnego;

- przy biurecie (na rys.1-B) za pomocą pokrętła dokonano ustawienia położenia menisku w zbiorniku wyrównawczym (na rys.1-Z) na poziom zero;

- do naczynia (rys.1-N) został wstawiony tygielek z odważonym wapnem palonym i do naczynia wlano 1 M roztwór kwasu solnego, aby kwas solny otoczył na samym dnie tygielek z CaO;

- naczynie (rys.1-N) zostało zamknięte  przy pomocy specjalnego korka i  przechylono je tak, by umożliwić tygielkowi przewrócenie  się, zaś kwas mógł przedostać się do próbki CaO;

- dokonano pomiaru temperatury (t=22°C) i ciśnienia panującego w pomieszczeniu (p =  995 hPa;)

- Natychmiast po przechyleniu naczynia (rys.1-N) odczytano położenie menisku roztworu kwasu solnego w biurecie. Odczytano 3,1 cm3. Taka  ilość dwutlenku węgla się wydzieliła;

- odczekano 15 minut i odczytano ponownie poziom menisku roztworu kwasu solnego: 0,3 cm3(CO2);

- w tablicy znaleziono prężność pary wodnej nad nasyconym roztworem kwasu solnego temperaturze odczytano jej wartość. Przy temperaturze 22°C – f = 26,5 hPa

- opróżniono i wyczyszczono sprzęt używany w czasie ćwiczenia: tygielek, pipetę, naczynie. Przetarto stół laboratoryjny.

IV Otrzymane wynik w czasie doświadczenia:

Totoczenia = 22,0  [oC]

Potoczenia = 995,0 [hPa]

f  = 26,5 [hPa], f= prężność pary wodnej nad nasyconym roztworem kwasu solnego

V = 3,1  [cm3] - ilość wydzielonego dwutlenku węgla

V Opracowanie otrzymanych wyników

1. Przeliczono objętość wydzielonego dwutlenku węgla w temperaturze t, ciśnieniu p i prężności pary wodnej f do objętości, które panują w normalnych warunkach, tj. T= 273K i P= 0,1 MPa.

Skorzystano ze wzorów:

  [cm3]

gdzie:

V= 3,1 cm3; p= 995,0hPa; f= 26,5 hPa 

Po wstawieniu wartości otrzymano objętość wydzielonego dwutlenku węgla w normalnych warunkach.

V0= 2,74 cm3

2. Obliczono zawartości procentowej dwutlenku węgla w próbce węgla palonego.

Skorzystano ze wzoru:

, gdzie :

d = 0,0019768 g/cm3,  m (masa próbki) = 0,5 g,  V0 = 2,74 cm3.

Po wstawieniu wartości otrzymano zawartość dwutlenku węgla w próbce %CO21,08

3. Obliczono zawartość procentową węglanu wapnia w próbce wapna CaCO3:

Skorzystano z zależności:

 MCO2  -  % CO2

MCaCO3  -  % CaCO3

gdzie: MCO2= 44;

MCaCO3= 100,1

Otrzymano zawartość procentowa węglanu wapnia w CaO

% CaCO3= 2,46

VI Wnioski

Zawartość CaCO3, który nie ulega rozkładowi w CaO nie jest stała  Uzależnione to jest od poszczególnych partii CaO, a co za tym idzie od różnego składu oraz warunków panujących w czasie produkcji.

Zawartość procentowa węglanu wapnia w próbce CaO wyniosła 2,39%, tzn. tyle jest niedopalonego CaCO3.

Literatura:

  1. Praca zbiorowa pod redakcją Lecha Czarneckiego, „ Ćwiczenia laboratoryjne z chemii budowlanej” Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2001.
  2. L. Czarnecki, T.Broniewski, O.Henning, „Chemia w Budownictwie”, Wydawnictwo ARKADY, Warszawa 1996, s. 236-237