Најважније из лекције
Силикатне сировине: Кварцни песак (\( \text{SiO}_2 \)), фелдспати, глина (каолинит \( \text{Al}_2\text{O}_3 \cdot 2\text{SiO}_2 \cdot 2\text{H}_2\text{O} \)), каолин, лапорци и металуршка згура.
Стакло: Аморфна, хомогена супстанца; обично натријумово стакло има састав \( \text{Na}_2\text{O} \cdot \text{CaO} \cdot 6\text{SiO}_2 \).
Керамика и порцелан: Печењем смеше са каолином/глином ствара се мулит (\( 3\text{Al}_2\text{O}_3 \cdot 2\text{SiO}_2 \)); порцелан садржи стакласту масу између кристала мулита и пече се два пута (уз глазуру).
Цемент и бетон: Печењем лапораца, кречњака и глине настаје клинкер, чијим се млевењем добија цемент (хидрауличко везиво). Мешањем цемента, камена, песка и воде настаје бетон, а додавањем челика армирани бетон.
Стакло: Аморфна, хомогена супстанца; обично натријумово стакло има састав \( \text{Na}_2\text{O} \cdot \text{CaO} \cdot 6\text{SiO}_2 \).
Керамика и порцелан: Печењем смеше са каолином/глином ствара се мулит (\( 3\text{Al}_2\text{O}_3 \cdot 2\text{SiO}_2 \)); порцелан садржи стакласту масу између кристала мулита и пече се два пута (уз глазуру).
Цемент и бетон: Печењем лапораца, кречњака и глине настаје клинкер, чијим се млевењем добија цемент (хидрауличко везиво). Мешањем цемента, камена, песка и воде настаје бетон, а додавањем челика армирани бетон.
Силикатни материјали (стакло, цемент, керамика, порцелан) добијају се прерадом природних или вештачких силиката и пратећих минерала.
| Сировина | Опис и хемијске карактеристике |
|---|---|
| Кварцни песак | Основни извор силицијум(IV)-оксида (\( \text{SiO}_2 \)). |
| Фелдспати | Широко распрострањени алумосиликати калијума, натријума и калцијума. |
| Глина | Сложени хидратисани алумосиликати (нпр. каолинит \( \text{Al}_2\text{O}_3 \cdot 2\text{SiO}_2 \cdot 2\text{H}_2\text{O} \)), уз примесе фелдспата, кремена (\( \text{SiO}_2 \)), лимонита и органских материја. |
| Иловача | Врста глине са већим масеним уделом једињења гвожђа и кречњака. |
| Каолин | Чиста бела глина без једињења гвожђа; ретка у природи. |
| Лапорци | Очврсла глина са великим уделом калцијум-карбоната (\( \text{CaCO}_3 \)). |
| Згура | Вештачки силикати (нпр. калцијум-силикат) настали као споредни производ у металургији. |
\[ \text{Каолинит: } \text{Al}_2\text{O}_3 \cdot 2\text{SiO}_2 \cdot 2\text{H}_2\text{O} \]
Сировине се прво уситњавају дробљењем и млевењем, а потом мешају и термички обрађују на високим температурама (\( 700\text{--}2000 \text{ °C} \)) у тачно одређеним односима.
Која је основна разлика у саставу између каолина и иловаче?
Одговор: Каолин је чиста бела глина која не садржи једињења гвожђа, док је иловача врста глине која садржи већи масени удео једињења гвожђа (која јој дају карактеристичну боју) и кречњака.
Стакло је хомогена, прозирна, аморфна супстанца која настаје топљењем смеше сировина и наглим хлађењем течности без потпуне кристализације.
Главна сировина за добијање стакла је кварцни песак (\( \text{SiO}_2 \)), уз додатак соде (\( \text{Na}_2\text{CO}_3 \)), лапорца, кречњака или доломита, као и стакленог крша (ради лакшег топљења и рециклаже).
\[ \text{Натријумово стакло: } \text{Na}_2\text{O} \cdot \text{CaO} \cdot 6\text{SiO}_2 \]
Најчешћа врста стакла (прозорско стакло, флаше, тегле, чаше).
Посебне врсте стакла добијају се додавањем различитих супстанци:
- средства за бојење (оксиди прелазних метала),
- средства за замућивање или обезбојавање,
- средства за бистрење.
Зашто се при производњи новог стакла у смешу редовно додаје и стаклени крш (стари рециклирани комади стакла)?
Одговор: Додавањем стакленог крша смањује се температура топљења сировина и штеди енергија, чувају се природни ресурси и омогућава заштита животне средине рециклажом.
Керамика се производи од глине (иловаче) и каолина, који се замесе са водом, обликују, суше, а затим пеку на високој температури.
\[ \text{Мулит: } 3\text{Al}_2\text{O}_3 \cdot 2\text{SiO}_2 \]
Основна компонента печених керамичких производа; од његовог удела зависи квалитет и чврстоћа керамике.
Од обичне глине праве се опеке (цигле), црепови и украсни керамички предмети.
Порцелан је највреднији и најквалитетнији облик керамике. Добија се од најчистијих сировина: каолина, кварцног песка и креде.
1. Прво печење формира структуру од кристала мулита.
2. Наноси се специјална глазура.
3. Друго печење даје коначну структуру: кристали мулита повезани стакластом масом која испуњава међупростор.
2. Наноси се специјална глазура.
3. Друго печење даје коначну структуру: кристали мулита повезани стакластом масом која испуњава међупростор.
Шта чини микроструктуру печеног порцелана и које су три основне сировине за његову производњу?
Одговор: Микроструктуру чине кристали мулита (\( 3\text{Al}_2\text{O}_3 \cdot 2\text{SiO}_2 \)) и међупростор испуњен стакластом масом. Основне сировине су каолин, кварцни песак и креда.
Цемент је хидрауличко везивно средство - везиво које има способност да очвршћава у присуству воде и под водом, при чему постаје нерастворно и отпорно на воду.
1. Мешавина лапораца, кречњака, глине и песка пече се у ротационим пећима.
2. Настаје међупроизвод у виду тамних грудвица - клинкер.
3. Финим млевењем клинкера настаје прашкасти цемент.
2. Настаје међупроизвод у виду тамних грудвица - клинкер.
3. Финим млевењем клинкера настаје прашкасти цемент.
Бетон се добија мешањем цемента, песка, ситног камена (шљунка) и воде:
\[ \text{Цемент} + \text{Песак} + \text{Камен} + \text{Вода} \longrightarrow \text{Бетон} \]
Армирани бетон је бетон у чију је унутрашњост пре везивања уграђена челична конструкција (арматура). Одликује га изузетна тврдоћа, носивост, отпорност на притисак и истезање.
По чему се цемент разликује од других традиционалних везива попут гипса или кречног малтера?
Одговор: Цемент је хидрауличко везивно средство, што значи да може да везује и очвршћава под водом и остаје отпоран на дејство воде, док се кречни малтер и гипс везују на ваздуху и нису водоотпорни.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Која је хемијска формула натријумовог (обичног прозорског) стакла и који је основни оксид који улази у његов састав?
Формула натријумовог стакла је \( \text{Na}_2\text{O} \cdot \text{CaO} \cdot 6\text{SiO}_2 \). Основни оксид је силицијум(IV)-оксид (\( \text{SiO}_2 \)), који потиче из кварцног песка.
Задатак 2 (средњи): Опишите шта је клинкер, како настаје и у којој се фази производње грађевинских материјала јавља.
Клинкер је чврсти међупроизвод у производњи цемента. Настаје печењем смеше кречњака, лапораца, глине и песка на високим температурама. Његовим финим млевењем (уз евентуалне додатке) добија се цементни прах.
Задатак 3 (средњи): Израчунајте масени удео силицијум(IV)-оксида (\( \text{SiO}_2 \)) у минералу каолиниту чија је формула \( \text{Al}_2\text{O}_3 \cdot 2\text{SiO}_2 \cdot 2\text{H}_2\text{O} \).
Подаци за релативне атомске масе: \( A_r(\text{Al}) = 27 \), \( A_r(\text{Si}) = 28 \), \( A_r(\text{O}) = 16 \), \( A_r(\text{H}) = 1 \).
Подаци за релативне атомске масе: \( A_r(\text{Al}) = 27 \), \( A_r(\text{Si}) = 28 \), \( A_r(\text{O}) = 16 \), \( A_r(\text{H}) = 1 \).
1. Моларне масе појединачних оксида/компоненти:
\[ M_r(\text{Al}_2\text{O}_3) = 2 \cdot 27 + 3 \cdot 16 = 54 + 48 = 102 \]
\[ M_r(\text{SiO}_2) = 28 + 2 \cdot 16 = 28 + 32 = 60 \]
\[ M_r(\text{H}_2\text{O}) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \]
2. Укупна релативна молекулска маса каолинита:
\[ M_r = 102 + 2 \cdot 60 + 2 \cdot 18 = 102 + 120 + 36 = 258 \]
3. Масени удео \( \text{SiO}_2 \):
\[ w(\text{SiO}_2) = \frac{2 \cdot M_r(\text{SiO}_2)}{M_r(\text{каолинит})} = \frac{120}{258} \approx 0{,}4651 \text{ односно } 46{,}51\% \]
Задатак 4 (тежак): Наведите кључне разлике између керамике (опека, цреп) и порцелана у погледу: а) чистоће сировина, б) поступка печења, в) крајње микроструктуре.
а) Сировине: За обичну керамику користи се обична глина (иловача) богата примесама гвожђа, док се за порцелан користе најчистије беле сировине без гвожђа - каолин, кварцни песак и креда.
б) Печење: Керамика се пече једном након сушења, док порцелан пролази кроз двоструко печење (друго печење се врши са специјалном глазуром).
в) Микроструктура: Код обичне керамике структура је порознија и чини је углавном мулит настао печењем глине, док је порцелан густ, непропустан и састоји се од финих кристала мулита повезаних стакластом масом која потпуно испуњава међупросторе.
б) Печење: Керамика се пече једном након сушења, док порцелан пролази кроз двоструко печење (друго печење се врши са специјалном глазуром).
в) Микроструктура: Код обичне керамике структура је порознија и чини је углавном мулит настао печењем глине, док је порцелан густ, непропустан и састоји се од финих кристала мулита повезаних стакластом масом која потпуно испуњава међупросторе.
