Chemia w domu

Cement

Jest spoiwem hydraulicznym, który dzięki swoim właściwościom twardnieje po zarobieniu go z wodą. Wykorzystuje się go do produkcji zapraw budowlanych oraz betonów (przeczytaj o klasach betonów). W składzie cementu znajdziemy pierwiastki, które powszechnie występują w przyrodzie, to znaczy: wapń, krzem, glin, żelazo oraz tlen. Surowcami, których używa się podczas produkcji cementu, są kopaliny naturalne, czyli wapień, wapień marglisty, margiel oraz minerały ilaste. Każde z nich pozyskiwane jest w kopalniach odkrywkowych, najczęściej położonych obok cementowni. Podstawowym składnikiem cementu jest klinkier cementowy, a wydobycie oraz wstępna obróbka surowców to kluczowy etap technologiczny procesu wytwarzania, gdyż bezpośrednio wpływa na utrzymanie jego stałego składu oraz jakości. To klinkier odpowiada za wiążące właściwości cementu. Surowcami do wypału klinkieru mogą być różne mieszanki, na przykład:

• kreda 53,42% + margiel 46,58%,
• kamień wapienny 88,69% + iłołupek 10,06% + mułek żelazonośny 1,27%,
• kamień wapienny 87,23% + iłołupek 5,01% + mułek żelazonośny 7,76%.

Podstawowymi tlenkami, które tworzą klinkier są CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, które w trakcie procesu wypału w piecu pod wpływem wysokiej temperatury reagują ze sobą, tworząc podstawowe minerały klinkierowe, czyli:

• krzemian trójwapniowy Ca₃SiO₅, tzw. alit o wzorze technologicznym C₃S,
• krzemian dwuwapniowy Ca₂SiO₄ – tzw. belit C₂S,
• glinian trójwapniowy Ca₃Al₂O₆ – C₃A,
• glinożelazian czterowapniowy Ca₄Al₂Fe₂O₁₀ – tzw. braunmilleryt C₄AF

Skład cementu definiuje jego rodzaj, według podziału może być: cement portlandzki, hutniczy z dodatkiem żużli oraz pucolanowy z dodatkiem pucolan. Cement portlandzki uzyskuje się poprzez przemiał klinkieru cementowego z gipsem w młynach cementu. Klinkier portlandzki jest zbudowany z 55-58% C₃S, 12-19% C₂S, 5-12% C₃A oraz 3-7% C₄AF. Dodatek gipsu reguluje czas wiązania cementu, gdyż bez obecności siarczanów podczas hydratacji twardnienie cementu przebiegałoby praktycznie od razu po dodaniu do mieszanki wody.

Zobacz ofertę dodatków i domieszek do betonu od Grupy PCC. Zobacz również: mikrokrzemionka.

Zaprawa murarska

To mieszanina, która powinna charakteryzować się dobrymi właściwościami wiążącymi, przyczepnością do podłoża, wytrzymałością, urabialnością oraz odpowiednimi do aktualnej potrzeby parametrami technicznymi takimi jak mrozoodporność, nasiąkliwość oraz ciepłochronność. Zależnie od rodzaju spoiwa obecnego w składzie zaprawy dzielimy na cementowe, cementowo-wapienne, gipsowe oraz gipsowo-wapienne. Do zapraw cementowych najczęściej wykorzystuje się cement portlandzki, a ich zastosowanie obejmuje murowanie ścian i fundamentów, wykonywanie wylewek oraz podkładów pod posadzki itp. Takie zaprawy twardnieją nie tylko w wodzie, ale i na powietrzu. Zaprawy wapienne twardnieją w wyniku karbonizacji cząstek wapnia pod wpływem działania dwutlenku węgla zawartego w atmosferze. Wapno gaszone, będące składnikiem tej zaprawy reaguje z cząsteczkami CO₂, w wyniku czego powstaje cząsteczka węglanu wapnia oraz cząsteczka wody. Ze względu na wolny przebieg procesu czasami stosuje się sztuczne osuszanie gorącymi gazami z dwutlenkiem węgla. Zaprawa wapienna ma dobre właściwości ciepłochronne, jednak jest mało odporna na czynniki atmosferyczne i szybko niszczeje. Zaprawy cementowo-wapienne łączą w sobie pozytywne cechy obu wymienionych wcześniej typów. Szybko twardnieją, charakteryzują się wysoką wytrzymałością oraz mają dobrą urabialność. Stosuje się również zaprawy gipsowe lub gipsowo-wapienne, jednak są one mało odporne na wilgoć i zazwyczaj służą do tynkowania ścian i stropów wewnątrz budynków, wykonywania gładzi oraz mocowania wykładzin.

Ocieplenie domu

System ocieplenia powinien składać się z kilku warstw, tj. zaprawy lub masy klejącej, materiału termoizolacyjnego, elementu mocującego mechanicznie, warstwy zbrojącej, wyprawy tynkarskiej, preparatu gruntującego, farby elewacyjnej oraz materiału uzupełniającego. Pod względem chemicznym, zaprawa klejąca składa się z mieszanki polimerowo-cementowej. Materiałami termoizolacyjnymi są między innymi piany poliuretanowe (przeczytaj więcej o izolacjach natryskowych), piany fenolowe oraz polistyren ekstrudowany. Tradycyjny tynk cementowo-wapienny składa się z cementu, wapnia, piasku i wody, a środkami gruntującymi, które zwiększają przyczepność, są dyspersje żywic syntetycznych oraz ziarna wypełniacza mineralnego, na przykład kwarcowego lub węglanowego.

Zobacz ofertę płyt termoizolacyjnych PIR od Grupy PCC.

Farby i lakiery

W dzisiejszych czasach ładny kolor nie jest jedynym wyznacznikiem dobrej farby. Konsumenci wymagają coraz więcej – muszą być szybko-schnące, odporne na ścieranie, idealnie kryjące już przy pierwszej warstwie. Wszystkie te cechy wymagają zastosowania odpowiednich składników. Podstawowymi składnikami farb są:

• spoiwa, które powodują powstanie błonotwórczego filmu na malowanej powierzchni. To one nadają takich właściwości jak połysk, trwałość, przyczepność, odporność na warunki atmosferyczne, wytrzymałość i elastyczność. W roli spoiw najpowszechniej stosuje się syntetyczne lub naturalne żywice, np. poliuretany, poliestry, silany, żywice epoksydowe oraz oleje.
• rozcieńczalniki, mające za zadanie rozpuścić polimer oraz zmniejszyć jego lepkość. Ta substancja musi łatwo parować w trakcie wysychania, ponadto w trakcie malowania wpływa na aplikację produktu. Stosuje się dwa główne typy rozcieńczalników – wodę dla farb wodorozcieńczalnych oraz kombinację rozpuszczalników organicznych w przypadku farb olejnych. Taką mieszaninę najczęściej tworzy się poprzez połączenie związków aromatycznych – pochodnych ksylenu, alkoholi i ketonów.
• pigmenty mają dość oczywistą rolę – nadać odpowiednią barwę. Stosuje się zarówno pigmenty naturalne, w tym gliny, krzemionki, węglan wapnia czy talki, jak i pigmenty syntetyczne takie jak kalcynowane glinki, siarczan baru, strącony węglan wapnia oraz pirogeniczne krzemionki. Część pigmentów stanowi też wypełniacze, czyli stosunkowo tanie substancje, które mają zwiększyć objętość farby i wzmocnić jej strukturę, obniżając jednocześnie koszt produkcji. Do tej grupy zalicza się ziemię okrzemkową, talk, wapno, baryt oraz glinę.
• modyfikatory to składniki dodane w małych ilościach, które mają ściśle określone zadanie w formulacji. Mogą na przykład wpływać na napięcie powierzchniowe, stabilność, pienienie czy temperaturę zamarzania produktu.

Farby możemy podzielić ze względu na ich spoiwo:

• akrylowe, gdzie spoiwem jest dyspersja wodna żywicy akrylowej,
• lateksowe, tu spoiwem jest kauczuk,
• winylowe, w których spoiwo stanowi polioctan lub polichlorek winylu,
• klejowe, gdzie spoiwem są kleje roślinne lub zwierzęce,
• krzemianowe, w których spoiwem jest szkło wodne potasowe,
• silikonowe, tu spoiwem jest żywica silikonowa.

W odróżnieniu od farby, lakier jest zbudowanym z twardego i liniowego polimeru wykończeniem. Ma za zadanie wytworzyć powłokę, transparentną lub kolorową, w celach dekoracyjnych bądź ochronnych. To ona ma zapobiegać uszkodzeniom mechanicznym oraz wnikaniu wilgoci. Dzielimy je na dwie grupy – lakiery rozpuszczalnikowe oraz wodorozcieńczalne. Surowcami do produkcji tych pierwszych mogą być, między innymi poliuretan, żywica nitrocelulozowa, oleje schnące, naturalne i syntetyczne żywice. Lakiery wodorozpuszczalne produkuje się na bazie akrylu, wodnego poliuretanu oraz ich mieszanki.

Szkło

Ciało bezpostaciowe o właściwościach mechanicznych zbliżonych do ciała stałego, powstałe w wyniku przechłodzenia stopionych surowców, głównie minerałów oraz innych nieorganicznych, bez krystalizacji składników. Ze względu na brak uporządkowania struktury w przestrzeni szkło jest podobne do cieczy, jednak sztywność postaci i kruchość zbliża je do ciała stałego. Stan szklisty, w którym występuje szkło, jest termodynamicznie nietrwały. Surowcami do produkcji szkła są:

• piasek szklarski (kwarcowy) – źródło krzemionki SiO₂,
• soda będąca źródłem tlenków metali zasadowych, głównie Na₂O,
• wapienie CaCO₃, magnezyty MgCO₃, dolomity CaCO₃MgCO₃, które są źródłem tlenków wapnia i magnezu,
• boraks – źródło tlenku boru B₂O₃,
• skalenie sodowo-potasowe, zawierające w składzie tlenek glinu,
• dwutlenki tytanu TiO₂ i cyrkonu ZrO₂.

Podczas produkcji szkła stosuje się również surowce zawierające związki barwne, takie jak:

• tlenek miedzi Cu₂O w celu uzyskania barwy niebieskiej i zielonej,
• tlenki żelaza – żółtej, bursztynowej, niebieskozielonej w zależności od stopnia utlenienia żelaza,
• związki kobaltu – niebieskiej,
• związki złota – od różowej do purpurowej.

Oprócz tego czasami wykorzystuje się związki odbarwiające, przyspieszające topnienie lub klarowanie masy szklanej.

Energia chemiczna

Warto zaznaczyć, że takie przedmioty jak baterie, ale również rośliny obecne w naszym domu to przykład codziennie zachodzących reakcji chemicznych. Energią chemiczną nazywamy energię, która w wyniku reakcji chemicznej może przekształcić się w inną. Wspomniane wcześniej baterie to tak naprawdę ogniwo elektrochemiczne, w którym przejściom jonów między elektrodami towarzyszy wytwarzanie energii elektrycznej. Natomiast u roślin zachodzi proces fotosyntezy, w trakcie której, pod wpływem źródła energii w postaci promieniowania słonecznego, dochodzi do przekształcenia dwutlenku węgla w tlen. Spalanie, na przykład drewna w kominku również pozwala na uwolnienie energii chemicznej, tutaj w postaci ciepła.

Przeczytaj więcej: jak produkowane są baterie?.

Internet a chemia

Wydaje się, że ciężko fizyczne powiązać ze sobą te dwa zagadnienia. Należy jednak pomyśleć o popularyzowanym w ostatnich latach śladzie węglowym. Okazuje się, że globalna sieć emituje ogromne ilości gazów takich jak dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu oraz inne gazy cieplarniane. Największy wpływ w ich wydzielaniu mają serwery, centra danych, przełączniki oraz routery, które zostają eliminowane wskutek wypierania technologii analogowych przez światłowody. Obecnie wytwarzane przewody światłowodowe wytwarzane są z odpowiednio dobranych surowców – włókien szklanych oraz tworzyw sztucznych, na przykład tetrachlorku krzemu.