Кинетика тепловыделений при затворении и твердении вяжущих
Особенность исследования гидролиза минералов вяжущего. Формирование объемных гелеобразных трехмерных фрагментов новообразований. Расчет уравнения мономолекулярной реакции. Суть теоретической аналитической зависимости между температурой смеси и временем.
| Рубрика | Химия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.05.2017 |
| Размер файла | 101,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
О кинетике тепловыделений при затворении и твердении вяжущих
В.Т.Мальцев
И.В.Власенко
Одним из косвенных методов познания сущности физических и химических процессов, протекающих при затворении водой и твердении строительных растворов, может служить исследование кинетики тепловыделения или изменения температуры смесей во времени в адиабатическом режиме проведения эксперимента. Это связано с тем, что любой динамический процесс независимо от природы его сопровождается выделением или поглощением тепла. Знание кинетических констант, таких как кон-станта скорости процесса или реакции, энергия активации, термический коэффициент, облегчает обработку экспериментальных данных и способствует объективной и более глубокой оценке влияния различных факторов на эти процессы.
Данная работа является продолжением анализа кинетических кривых тепловы-деления, рассмотренных ранее [1] и дополнительно представленных на рисунке. На кривых изменения температуры цементного теста во времени при различных условиях проведения эксперимента наблюдаются три обобщенных последовательно протекаю-щих стадии, названных так потому, что они могут включать различные по своей при-роде явления.
Стадии обусловлены: 1 -- адсорбцией; П -- лимитирующей скоростью химиче-ского взаимодействия; Ш -- лимитирующей скоростью диффузии молекул воды через слой геля.
Первая, связанная с небольшим повышением температуры, вероятно, обуслов-лена теплотой смачивания, частичным растворением ингредиентов смеси, адсорбцией и хемосорбцией молекул дисперсионной среды -- воды, как имеющей химическое средство. Учитывая малые значения теплот смачивания и растворения [2], опреде-ляющее значение будет иметь тепло, выделяющееся хемосорбцей, в результате кото-рой, возможно, образуются двухмерные фрагменты кристаллогидратов. Наличие ПАВ или других примесей может во времени растянуть этот процесс.
Изменение температуры цементного теста при различных условиях проведе-ния эксперимента При этом отметим, что некоторое падение температуры после первоначального повышения в начале эксперимента и более значительное в конце связано с отклонением его от адиабатного, т.е. с потерей тепла за счет теплообмена с окружающей средой.
Вторая стадия связана с гидролизом минералов вяжущего, в результате чего из двумерных структурных элементов формируются объемные гелеобразные трехмерные фрагменты новообразований. Этот процесс, начавшись с поверхности частиц за счет диффузии молекул воды, через недостаточно протяженный слой геля распространяется в глубь их объема. Безусловно, химические реакции гидролиза и гидратации будут теплоопределяющими.
Третья стадия, по-видимому, обусловлена протеканием тех же реакций, но с лимитирующей стадией диффузии молекул дисперсионной среды через слой геля, а также процессами его кристаллизации и перекристаллизации.
Учитывая высокую водопроницаемость геля, малые значения теплот фазовых переходов [3], тепловыделением в последней стадии можно пренебречь. гидролиз гелеобразный мономолекулярный температура
При избытке дисперсионной среды как одного из реагентов обобщенные скорости первой и второй стадий линейно зависят от площади контактов двух сред. Их можно описать кинетическим уравнением мономолекулярной реакции первого порядка [4]. Скорость процесса будет эквивалентна скорости изменения поверхности контакта и то же самое скорости изменения тепловыделения.
Рассмотрим кинетику первой стадии.
Уравнение мономолекулярной реакции первого порядка имеет вид:
Интегрируя его, получим
1nС = --kф + В.
Обозначим через С0 -- начальную концентрацию реагента (при ф = 0), найдем постоянную интегрирования В = 1n С0. Отсюда С = С0е-kф.
В нашем случае С, эквивалентно начальной интегральной поверхности раздела фаз, или максимально возможному тепловыделению Qm, а С -- эквивалентно (Qm -- Qx), где Qx-- тепло, выделившееся к данному моменту времени. Тогда Q0 -- Qx = Qoe-kф или Qx =Qm(1 -- е-kф).
Допуская, что константа скорости адсорбции мало зависит от температуры [1], принимая постоянной теплоемкость смеси (Суд.) и ее массу (m) можно записать
Qm = (Тm -- Тo)•Суд•m; Qx= (Tx-- Тo) •Cуд•m, где То -- начальная, Tx-- текущая, а Тm -- максимальная температуры на первой стадии.
Из последнего выражения, используя экспериментальные зависимости температуры смеси от времени, легко рассчитать константу скорости процесса и оценить влияние различных факторов на ее значение.
Для второй стадии задача осложняется тем, что константа скорости реакции гидролиза и гидратации зависят от температуры и, согласно известному уравнению
Переходя от тепловыделения к температурам и учитывая, что k=f(Т), получим
Интегрируя данное уравнение, можно получить теоретическую аналитическую зависимость между температурой смеси и временем. К сожалению, невысокие неоп-ределенные интегралы могут быть выражены через элементарные функции. В нашем случае эта зависимость примет вид
Использование ее для практических целей остается проблематичным. Задача может найти упрощение, если функциональную зависимость Tx=f(ф) выразить исходя из экспериментальных данных с помощью степенного ряда
T= a+b•ф +с•ф2,
Таким образом, используя экспериментальные данные, можно найти энергию активации, а из отношения скоростей при двух температурах можно оценить температурный коэффициент реакции (у) уравнения Вацт-Гоффа [4], т.е, определить, во сколько раз изменяется скорость реакций гидролиза и гидратации при нагревании на каждые 10 градусов.
И соответственно установить влияние различных технологических факторов на эти энергетические параметры.
Литература
1. Мальцев Н В., Мальцев В.Т. Вопросы кинетики тепловыделения в цементном тесте//Известия РГСУ. -- 2007. -- № 11. С. 96 -- 102.
2. Эммануэль НМ., Кнорре А.Г. Курс химической кинетики. -- М.: Высшая школа, 1962. -- 413 с.
3. Каранетьянн МХ, Каранетьянн МЛ Основные термодинамические кон-станты неорганических и органических веществ. -- М.: Химия, 1968. -- 470 с. 4. Панченков ТМ., Лебедев В.Л. Кинетика и химический катализ. -- М.: Химия, 1985. -- 589 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Электрическая проводимость, равновесие в растворах электролитов. Электродвижущие силы, электродные потенциалы. Основы формальной кинетики. Зависимость скорости реакции от температуры. Фотохимические и сложные реакции, формы кинетического уравнения.
методичка [224,3 K], добавлен 30.03.2011Понятие гидролиза как реакции обменного разложения веществ водой; его роль в народном хозяйстве, повседневной жизни. Классификация солей в зависимости от основания и кислоты. Условия смещения реакций обратимого гидролиза согласно принципу Ле Шателье.
презентация [411,8 K], добавлен 02.05.2014Набор неразрушающих методов, используемых для исследования кинетики образования термореактивных полимеров. Изучение полимеризационных процессов в полимерах. Кинетика образования в расплаве трехмерных полимеров на основе ароматических бис-малеимидов.
реферат [344,8 K], добавлен 18.03.2010Изучение основных реакций, обусловливающих формирование молекулярной цепи полиизопрена, и их количественная оценка. Участие молекул мономера и непредельных фрагментов полиизопрена в определении концентрации активных центров в процессе полимеризации.
реферат [513,2 K], добавлен 18.03.2010Скорость химической реакции как количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени в единице объема (для гомогенных) или на единице поверхности раздела фаз (для гетерогенных). Факторы, влияющие на нее.
лабораторная работа [29,8 K], добавлен 04.11.2015Понижение температуры замерзания раствора электролита. Нахождение изотонического коэффициента для раствора кислоты с определенной моляльной концентрацией. Определение энергии активации и времени, необходимого для химической реакции между двумя веществами.
курсовая работа [705,4 K], добавлен 26.10.2009Вычисление скорости омыления эфира при заданной константе для химической реакции. Определение активации реакции и построение графиков зависимости удельной и эквивалентной электрической проводимости растворов. Гальванический элемент и изменение энергии.
курсовая работа [132,3 K], добавлен 13.12.2010Изучение математических способов решения расчетных задач по химии. Определение массовой доли карбонатов в исходной смеси. Составление уравнения реакции и расчет состава смеси. Решение химических задач графическим методом с построением линейных функций.
конспект урока [636,2 K], добавлен 29.07.2010Понятие и особенности строения вяжущих веществ неорганической природы как порошкообразных веществ, образующих при затворении водой или водными растворами солей пластичное тесто. Их классификация и типы, свойства и применение, правила и способы хранения.
презентация [416,7 K], добавлен 17.02.2015Реакции, протекающие между ионами в растворах. Порядок составления ионных уравнений реакций. Формулы в ионных уравнениях. Обратимые и необратимые реакции обмена в водных растворах электролитов. Реакции с образованием малодиссоциирующих веществ.
презентация [1,6 M], добавлен 28.02.2012Физико-химические процессы, происходящие при твердении сульфатно-шлакового вяжущего. Сырьевые материалы для его производства: вещественный, химический и минералогический состав. Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения вещества.
курсовая работа [215,1 K], добавлен 17.01.2014Основные особенности гидролиза, который приводит к образованию слабого электролита. Характеристика гидролиза солей в водном растворе. Значение гидролиза в химическом преобразовании земной коры. Развитие гидролиза в народном хозяйстве и в жизни человека.
конспект урока [124,7 K], добавлен 20.11.2011Образование пространственных структур. Классические представления о твердении вяжущих. Представления о механизмах гидратационного твердения на примере портландцемента. Схема структуры ксонотлитовой ленты. Процесс твердения композиционного материала.
реферат [1,7 M], добавлен 03.02.2014Определение и классификация солей, уравнения реакций их получения. Основные химические свойства солей, четыре варианта гидролиза. Качественные реакции на катионы и анионы. Сущность процесса диссоциации. Устойчивость некоторых солей к нагреванию.
реферат [12,9 K], добавлен 25.02.2009Определение вида кинетического уравнения, текущих концентраций веществ и начальных скоростей, вида кинетического уравнения и порядков реакции по реагентам, параметров кинетического уравнения. Кинетическое уравнение: проверка адекватности модели.
курсовая работа [974,0 K], добавлен 15.11.2008Расчет объема воздуха и продуктов горения, образующихся при сгорании вещества. Уравнение реакции горения этиленгликоля в воздухе. Горение смеси горючих газов. Расчет адиабатической температуры горения для стехиометрической смеси. Горение пропанола.
контрольная работа [76,8 K], добавлен 17.10.2012Химическая кинетика изучает закономерности химических превращений веществ во времени в процессе перехода реагирующей системы к термодинамическому равновесию. Кинетические уравнения простых реакций. Основной закон химической кинетики Гульдберга-Вааге.
реферат [38,1 K], добавлен 29.01.2009Энтальпия, теплоемкость в стандартном состоянии при заданной температуре для четырехкомпонентной смеси заданного состава. Плотность жидкой смеси на линии насыщения. Теплопроводность смеси. Псевдокритическая температура. Ацентрический фактор смеси.
реферат [219,7 K], добавлен 18.02.2009Химическая кинетика-наука о скоростях, механизмах химических превращений, о явлениях, сопровождающих эти превращения, о факторах, влияющих на них. Скорость, константа скорости, порядок и молекулярность химической реакции. Закон химической кинетики.
реферат [94,9 K], добавлен 26.10.2008Уравнение механического и термодинамического состояний вещества, исследование количественных соотношений между давлением, объемом и температурой (P-V-T). Идеальный газ. Реальное и критическое состояния вещества. Аналитические уравнения состояния.
реферат [64,2 K], добавлен 17.01.2009
