Химия в доме

Цемент

Гидравлическое вяжущее вещество, которое благодаря своим свойствам затвердевает при взаимодействии с водой. Используется для изготовления строительных растворов и бетонов. В своем составе цемент содержит химические элементы, широко распространенные в природе: кальций, кремний, алюминий, железо и кислород. Для изготовления цемента используются природные минералы, а именно: известняк, мергелистый известняк, мергель и глинистые минералы. Все они добываются открытым способом в карьерах, как правило расположенных вблизи цементных заводов. Основным компонентом цемента является цементный клинкер, а добыча и предварительная обработка сырья – это ключевой технологический этап процесса производства, непосредственно влияющий на постоянство его состава и качества. Именно клинкер отвечает за связывающие свойства цемента. Для отжига клинкера могут использоваться различные сырьевые смеси, например:

• мел 53,42% + мергель 46,58%;
• известняк 88,69% + сланец 10,06% + железосодержащий суглинок 1,27%,
• известняк 87,23% + сланец 5,01% + железосодержащий суглинок 7,76%.

Основными оксидами, входящими в состав клинкера являются CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃. Под воздействием высокой температуры в процессе отжига эти оксиды вступают между собой в реакцию, образовывая основные клинкерные минералы, а именно:

• трехкальциевый силикат Ca₃SiO₅ или алит, выражаемый технологической формулой C₃S;
• двухкальциевый силикат Ca₂SiO₄ или белит, выражаемый технологической формулой C₂S;
• трехкальциевый алюминат Ca₃Al₂O₆ или иначе C₃A;
• четырехкальциевый алюмоферрит Ca₄Al₂Fe₂O₁₀ или иначе браунмиллерит C₄

В зависимости от состава выделяют следующие типы цемента: портландцемент, шлаковый цемент и пуццолановый цемент с добавлением пуццолана. Портландцемент получают путем помола цементного клинкера с гипсом в цементных мельницах. Портландцементный клинкер характеризуется следующим составом: 55-58% C₃S, 12-19% C₂S, 5-12% C₃A и 3-7% C₄AF. Добавка гипса регулирует время схватывания цемента, поскольку при отсутствии сульфатов во время гидратации отверждение цемента происходило бы практически сразу же после добавления в смесь воды.

Ознакомьтесь с ассортиментом добавок и примесей для бетона от PCC Group. См. также: микрокремнезем.

Кладочный раствор

Это смесь, которая должна характеризоваться хорошими связующими свойствами, адгезией к основанию, прочностью, удобоукладываемостью и соответствующими текущим потребностям техническими параметрами, такими как морозостойкость, водопоглощение и теплоизоляционные свойства. В зависимости от типа связующего вещества в составе смеси растворы делятся на цементные, цементно-известковые, гипсовые и гипсово-известковые. Для цементных растворов чаще всего используется портландцемент. Такие растворы используются при возведении стен и обустройстве фундаментов, выполнении стяжек и оснований пола. Эти растворы затвердевают не только в воде, но и на воздухе. Известковые растворы твердеют в результате карбонизации частиц кальция под воздействием углекислого газа в атмосфере. Гашеная известь, входящая в состав этого раствора, вступает в реакцию с молекулами CO₂, в результате чего образуется молекула карбоната кальция и молекула воды. Этот процесс проходит медленно, и поэтому иногда применяется искусственная сушка теплым углекислым газом. Известковый раствор обладает хорошими термоизоляционными свойствами, но мало устойчив к воздействию атмосферных факторов и быстро разрушается. Цементно-известковые растворы сочетают в себе положительные свойства двух предыдущих типов. Они быстро затвердевают, обладают высокой прочностью и хорошей податливостью обработке. Также используются гипсовые или гипсово-известковые растворы, однако они характеризуются низким уровнем устойчивости к воздействую влаги и обычно применяются для оштукатуривания стен и потолков внутри помещений, выполнения отделочного слоя штукатурки и многослойных облицовок.

Утепление дома

Система изоляции должна состоять из нескольких слоев, а именно: раствора или клеевого состава, теплоизоляционного материала, механического крепежного элемента, армирующего слоя, штукатурки, грунтовки, фасадной краски и дополнительного материала. С химической точки зрения клеевой раствор состоит из полимерно-цементной смеси. Теплоизоляционные материалы включают пенополиуретан (подробнее о напыляемой изоляции), фенольные пенопласты и экструдированный полистирол. Традиционная цементно-известковая штукатурка состоит из цемента, извести, песка и воды, а повышающие адгезию грунтовки представляют собой дисперсии синтетических смол с минеральными наполнителями, такими как кварц или карбонат.

Ознакомьтесь с ассортиментом теплоизоляционных панелей PIR от компании PCC Group.

Краски и лаки

В наши дни красивый цвет – не единственный показатель хорошей краски. Потребители ожидают всё большего: они должны быть быстросохнущими и устойчивыми к истиранию, а также создавать идеальное покрытие уже с первого слоя. Все эти характеристики требуют применения соответствующих компонентов. В состав краски входят:

• связующие вещества, образующие пленку на окрашиваемой поверхности. Именно они придают такие свойства, как блеск, долговечность, адгезия, устойчивость к атмосферным явлениям, а также прочность и эластичность. В качестве связующих веществ чаще всего используются синтетические или натуральные смолы, например, полиуретаны, полиэфиры, силаны, эпоксидные смолы и масла.
• разбавители, предназначенные для растворения полимера и снижения его вязкости. Это вещество должно легко испаряться при высыхании, и оно также влияет на нанесение продукта во время покраски. Используются два основных типа разбавителей: вода для красок на водной основе и комбинация органических растворителей для красок на масляной основе. Такая смесь чаще всего создается путем сочетания ароматических соединений – производных ксилола, спиртов и кетонов.
• пигменты выполняют вполне очевидную роль – придают нужный цвет. Используются как натуральные пигменты, включая алюмосиликаты, кремнеземы, карбонат кальция или тальки, так и синтетические пигменты, такие как прокаленная глина, сульфат бария, осажденный карбонат кальция или мел и пирогенный диоксид кремния. Некоторые из пигментов также являются наполнителями, т.е. относительно недорогими веществами, которые предназначены для увеличения объема краски и укрепления ее структуры, снижая при этом стоимость производства. К этой группе относятся диатомовая земля, тальк, известь, барит и глина.
• модификаторы – ингредиенты, добавляемые в небольших количествах, которые выполняют определенную задачу в рецептуре. Например, они могут влиять на поверхностное натяжение, стабильность, пенообразование или температуру замерзания продукта.

В зависимости от связующего вещества краски делятся на несколько категорий:

• акриловые – связующим которых является водная дисперсия акриловой смолы;
• латексные – со связующим в виде каучука;
• виниловые – их связующим является поливинилацетат или поливинилхлорид;
• клеевые – связующим которых является растительный или животный клей;
• силикатные – в которых роль связующего выполняет жидкое калиевое стекло,
• силиконовые – со связующим в виде силиконовой смолы.

В отличие от краски, лак – это покрытие, основным элементом которого является твердый и линейный полимер. Лаки используют для создания прозрачного или цветного покрытия для декоративных или защитных целей. Именно лак призван предотвращать механические повреждения и проникновение влаги. Лаки можно поделить на две группы: на основе растворителей и на водной основе. Сырьем для первых служат полиуретан, нитроцеллюлозная смола, высыхающие масла, натуральные и синтетические смолы. Лаки на водной основе производятся на основе акрила, полиуретана на водной основе и их смесей.

Стекло

Аморфное вещество с механическими свойствами, близкими к твердым телам. Получается в результате переохлаждения расплава определенного состава, преимущественно минералов и других неорганических веществ, без кристаллизации компонентов. Из-за отсутствия упорядоченной структуры в пространстве стекло напоминает жидкость, но жесткость формы и хрупкость приближают его к твердому телу. Стеклообразное состояние, в котором находится стекло, термодинамически нестабильно. Сырьем для производства стекла являются:

• кварцевый песок – источник кремнезема SiO2;
• сода – источник основных оксидов, главным образом Na₂O;
• известняки CaCO₃, магнезиты MgCO₃, доломиты CaCO₃MgCO₃, являющиеся источником оксидов кальция и магния;
• тетраборат натрия – источник оксида бора B₂O₃;
• натриево-калиевые полевые шпаты, содержащие оксид алюминия;
• диоксиды титана TiO₂ и циркония ZrO₂.

При производстве стекла также используется сырье, содержащее красящие вещества, например:

• оксид меди Cu₂O – для получения синих и зеленых цветов;
• оксиды железа – дающие, в зависимости от степени окисления железа, желтый, янтарный, сине-зеленый цвет;
• соединения кобальта – для синего цвета;
• соединения золота – для получения цветов от розового до фиолетового.

Кроме того, иногда используются и вспомогательные вещества, обесцвечивающие, ускоряющие плавление или же способствующие осветлению стекломассы.

Химическая энергия

Стоит отметить, что такие предметы, как батарейки или же растения в наших домах, являются примерами ежедневных химических реакций. Химическая энергия – это энергия, которая может быть преобразована в другой тип энергии в результате химической реакции. Упомянутые ранее батарейки фактически представляют собой электрохимический элемент, в котором переход ионов между электродами сопровождается выработкой электрической энергии. У растений же проходит процесс фотосинтеза, в ходе которого под воздействием источника энергии в виде солнечного света углекислый газ преобразуется в кислород. Сжигание же, например, дров в камине сопровождается выделением химической энергии в виде тепла.

Подробнее: как производятся аккумуляторы?

Интернет и химия

Казалось бы, эти два понятия никак не связаны между собой. Однако стоит вспомнить об углеродном следе, популяризируемом в последние годы. Оказывается, глобальная сеть выбрасывает огромное количество газов, таких как: углекислый газ, метан, оксид азота и другие парниковые газы. Основную роль в их выделении играют серверы, центры обработки данных, коммутаторы и маршрутизаторы, которые выводятся из эксплуатации в результате замены аналоговых технологий волоконной оптикой.

Современные оптоволоконные кабели производятся из тщательно отобранного сырья: стекловолокна и пластмасс, таких как тетрахлорид кремния.