ANALIZA CALITATIV A A APEI

1.1. Notiuni 2:enerale

Pentru a-si realiza rolul pe care-I are în constructii (component al mortarelor sibetoanelor, mediu de dispersie pentru multe materiale de constructie). apa trebuie saîndeplineasca anumite conditii de puritate care se verifica prin analize chimice calitative sicantitative.

Lucrarea de fata are drept scop analiza calitativa a apei si consta În identificareaimpuritatilor care se afla în apa, fara a stabili cantitatea în care acestea sunt prezente, acestultim deziderat realizându-se prin analiza cantitativa.

Pentru identificarea substantelor dizolvate în apa se utilizeaza o reactie specificaprin care se pune în evidenta componenta particulara urmarita. Aceasta reactie se realizeazautilizând un reactiv specific, iar efectul aparut este propriu reactiei urmarite si numaiaceleia, În cazul ideal. Efectul reactiei specifice poate consta În formarea unui precipitat, aunei coloratii, disparitia unei culori, degajarea unui gaz, aparitia unui miros. etc.

/.2. Aparatura Si materiale

Pentru realizarea lucrarii se vor utiliza eprubete. sticle de ceas, baghete de sticla.reactivi spectfici În sticle picuratoare, substante (solutii) necesare crearii mediului dereactie. indicatori de pH, solventi organ ici, solutii cu substante (impuri/ati) cunoscutepentru urmarirea moduilli în care decurge reactia specifica, probe de apa de analizat cucompozitia necunoscuta.

1.3. Modul de lucru

În eprubete se introduce proba de analizat (2-3 mi), se creaza mediul de reactienecesar - daca este cazul (de exemplu: acidulare cu acid clorhidric). se picura reactivulspecific (2-5 picaturi) si se unnareste efectul obtinut. Acest lucru se realizeaza. intr-un primset de determinari, pentru fiecare impuritate în parte, pe o proba cunoscuta (care sa continaimpuritatea cercetata) si se stabileste modul în care decurge reactia cu reactivul specific (seobserva efectul specific). În etapa a doua, se utilizeaza o proba de apa cu impuritatilenecunoscute si se efectueaza testul pentru fiecare impuritate În parte utilizând reactivulspecific potrivit. Daca se obtine efectul specific (apare sau dispare culoarea, apareprecipitatul, etc) Înseamna ca substanta urmarita este prezenta În apa. În caz contrar, aceastalipseste. .

7

1.4. Identificarea anionilor Cl-, SO/-, N02-

Observatie. Pentru simplificare si pentru o ilustrare mai sugestiva, În ecuatiile dereactie se vor scrie doar ionii urmariti, subÎntelegându-s~ ca acestia se vor gasi În solutieÎnsotiti de cont:raioni cu care constituie compusii chiinici din care provin. De exemplu,anionul cr va fi secondat de un cation de Na+sau K+,etc. .

lllentificarea anionllilii cr

lonul clorura, cr, provine din disocierea clorurilor solubile sau a aciduluiclorhidric, dizolvate În apa.. Reactivul specific: azotatul de argint, AgN03.. Efectul specific: formarea clorurii de argint, AgCI, un precipitat alb, brânzos. insolubil În

solutii diluate ce contin cr, dar solubil În prezenta unui exces de ioni de CI- .. Reactia care are loc:

( 1.! )

Observatie. AgN03 este reactivul specific pentru ionii halogenura cr, Br- 1-, cu exceptiaF' (AgF este solubiIa). Culoarea precipitatului difera În functie de halogenurile de argint

Identificarea anionuilii SO/-

lonul sulfat, SO/-, provine din disocierea sulfatilor soh.ibilisau a acidului sulfuric:dizolvate În apa.. Reactivul ::,pecijic:clorura de bariu, BaCh.. Efectul ::,pecific:formarea sulfatului de bariu, BaS04, un precipitat alb, cristalin.. Mediu de reactie: de~arece reactia este mai sensibila În mediul acid, În apa de analizat se

vor adauga 2-3 picaturi de HCI (O,] N), Înaite de adaugarea reactivului specific.. Reactia care are loc:

( 1.2)

Observatie. În exces de H2S04, precipitatul de BaS04 se dizolva prin formarea deBa(HS04h. ceea ce nu permite identificarea.

Identificarea aniollltllli N02-

lonul azot it N02-, provine din disocierea azotitilor solubili, dizolvati În apa.Identificarea N02- se bazeaza pe puterea lui oxidanta asupra iodurilor, pe care le oxideazapâna la iod elementar.. Reaclivul specific: iodura de potasiu, KI.. Efectulspecific:formareaioduluiliber(I2)carecoloreazaÎn brun solutia.. J1ediu de reactie: deoarece reactia are loc În mediu acid, Înainte de introducerea

reactivului specific, În apa de analizat, se vor adauga 5-6 picaturi de HCI (0,1 N).

8

+ Reactia care are loc:

(1.3)

Observatie. Prezenta .iodului se mai poate pune în evidenta si prin alte metode. Astfel, prinextragerea lui Într-un solvent organic (de exemplu tetraclorura de carbon. CCI4), acesta seva colora În violet datori,ta.ioduIui;;O alta metoda consta În evidentierea iodului prin reactiacu amidonul, când se formeaza o coloratie albastra. .'

1.5. Identificarea cationilor

Idelltificarea catiollullii Ca2+

lonul de calciu, Ca2', se gaseste frecvent În apele naturale.+ Reac/ivul specific: acidul oxalic, (COOHh sau sarurile lui solubile, oxalatul de

amoniu, (COON1:;I.4hsau de sodiu, (COONa)2. '+ Efectul specijic: formarea unui precipitat alb cristalin, oxalatul de calciu, Ca(COOh,+ AIediu de reactie: neutru sau bazic.+ Reactia care are loc:. .; ~

( 1.4)

Identificarea catiollullii NH/

lonul de amoniu, NH4" provine din disocierea sarurilor de amoniu solubile În apa.+ Reactivu/specijic: reactivul Nessler (iodura dubla de mercur si potasiu, K2Hg14,În

solutie de'hidroxid de potasiu, KOH).+ Efec/ul specijic: formarea unui precipitat amorf rosu-brun de oxiiodura de mercur si

. amOnIu.

+ Reactia decurge În doua etape si este deosebit de sensibila putându-se identifica urmede NH/. .

( 1.5)

( 1.6)

Observatie. Cationul NH/ se mai poate pune În evidenta si prin transformarea acestuia Înamoniac care se recunoaste prin mirosul specific degajat. Pentru aceasta. În prima faza, prinreactia cu hidroxidul de sodiu, se formeaza hidroxidul de amoniu, NH4(OH), care sedescompune prin Încalzire generând amoniac, conform reactiilor:

( 1.5a)

fierbere

NH4(OH) -~ NH3Î +'l-Ip ( 1.6a)

9

Identificarea cationlliui Fe3+

lonul feric, Fe3+,'segaseste adesea în apele industriale si chiar în apele naturale.'1ctivulspecific: sulfocianura de potasiu, KSCN.~clulspecific: formarea unei coloratii rosii-rubinii de sulfocianura de fier, Fe(SCNhactia care are loc:

Fe3++ 3KSCN ~ Fe(SCN)3 + 3K' ( 1.7)

Identificarea cationului Pb2+

lonul de plumb, ~b2+, poate sa apara în apa ca agent poluant.'aClivu/ specific: cromatul de potasiu, K2Cr04, sau bicromatul de potasiu, K2Cr207.ectu/ spectfic: formarea unui precipitat galben de cromat de plumb, PbCr04.~ac!iacare are loc:

Pb2++ K2Cr04 ~ PbCrO), + 2K+ ( 1.8)

2Pb2+ + K2Cr207 + H20 ~ 2PbCrOJ + 2K'" + 2H+ ( 1.9)

1.6. Identificarea substantelor ofl?:anice

Prezenta substantelor organice în apa se pune în evidenta printr-o metoda'ecta, bazata pe actiunea lor reducatoare asupra permanganatului de potasiu în mediu

eactivul specific: pennanganat de potasiu, KMn04.fecrul specific: disparitia culorii data de permanganatul de potasiu în urma consumarii

acestuia prin reactia cu substatele organice.(ediu de reactie: deoarece reactia are loc în mediu acid, se va utiliza acid sulfuric

concentrat.

eactiile care au loc:

2KMn04 + 3H2S04 ~ K2S04 + 2MnS04 + 3H20 + 50 (1.10)

(COOH)2 + O ~ 2C02 + H20 (I.I ])

ervatie. În reactia (1.] 1) s-a presupus ca substanta organica este acidul oxalic ce va fijat de oxigenul atomic generat în reactia (] .10).

In general, daca apa analizata contine substante organice, vor avea loc reactiileO) si (UI) în urma carora ionu] Mn04- (permanganat) violet se transforma în Mn2+)]or, iar apa se va decolora.

Daca apa analizata nu contine substante organice, solutia nu-si schimba culoarea,et data de ioou] permaoganat.

10

1.7. Determinarea pH-ului

Apa este un produs amfiprotic. In apa pura si în orice solutie apoasa, are loc oreactie de transfer de protoni ducând la echilibrul:

simplificat: HiO H .+ OH ' (1.12)

Constanta de disociere are valoarea data de relatia (1.13) În care concentratiilecomponentelor sunt cele molare.

( 1.13)

Echilibrul (1.12) este puternic deplasat spre stânga. De aceea. concentratia molaraa apei este practic constanta si are valoarea de 55.5 molii!. Ia 25°C, iar concentratiileionilorH. si OH- suntegaleîn apa pura. Incluzând[H20]în K,obtinemprodusulionicalapei dat de relatia (1.14). iar concentratia ionilor de hidrogen este data de ( 1.15).

[H'}[OW] = 10,14

[tn ~ [OH-] = 10,7 ioni-gll

(1.14)

(1. I5)

pN-ul reprezintli logaritmul zecimal, cu semn schimbat, al concentratiei iOllilorde hidrogen.

( 1.16)

In mod similar, se defineste

(1.16a)

pH + pOI-!,: 14 (1.17)

o solutie apoasa este neutra când concentratiile ionilor de hidroniu si a ionilor dehidroxil sunt egale. Daca [H+]= [OW] = 10-7 ioni-g/l rezulta ca punctul neutru În solutiiapoase este la pH =- 7. Este exemplul apei pure.

In solutii acide. pH < 7. deoarece [I-I"J> 10,7ioni-gil si [\-I'J;' [OII 1.Concentratiaionilor de hidrogen în solutia apoasa a unui acid creste datorita disocierii acidului. Deexemplu: HCI H' + cr.

In solutii bazice, pH > 7, deoarece [W] < 10,7ioni-g/I si [In < [OWJ. In solutiaapoasa a unei baze, creste concentrtia ionilor hidroxil datorita disocierii bazei. De exemplu:NaOH OW + Na+. Cresterea [OW] are ca efect scaderea III'] datoritaechilibrului (1.12) care se deplaseaza spre stânga.

11

Rezumând, se poate reprezenta schematic relatia ,p'H;.-rPt;i, - caracterul acid almediului, precum si concentratiile corespunzatoare ale H+si OH- astfel:

Observatie. La definirea riguroasa a pH-ului se utilizeaza activitatea În loc de concentratie.Activitatea reprezinta concentratia corectata cu un factor de activitate:

a = rc ( 1.\ 8)

În care: a - activitatea, f - factorul de activitate, c -concentratia.Factorul de activitate ia valori Între Osi 1. În solutii diluate, f-I si a-c, deaceea se poatefolosi concentratia în loc de activitate la calcularea pH-ului,

pH-ul solutiilor se poate determina colorimetric (cu ajutorul indicatorilor de pH)sau potentiometric (cu ajutorul pH-metrelor).

Indicatorii de pH sunt substante care Îsi modifica culoarea În functie de pH(concentratia ionilor de hidrogen). Modificarea culorii (virajul) se produce În domenii depH specifice indicatorilor, câteva exemple fiind date În tabelul 1.1.

Indicatorii se pot utiliza sub forma de solutii, din care se introduc 1-3 picaturi Însolutia de analizat, sau sub forma de hâltie impregnata cu indicator, caz În care seumecteaza hârtia si se compara culoarea ei cu cea a etalonului de culori, citindu-se astfeldirect valoarea pH-ului.

TAB. 1.1. Exemple de indicatori depH

12

pH: O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 \0 II 12 13 14

pOl-!: 14 13 12 II 10 9 8 7 6 5 4 3 2 I O

solutie: ( acida ) neutra ( bazica )

[lorJ (ioni-gll): I 10-1 10-2 10-3 10-4 10-' 10- 10-7IO-s 10-9 IC)"IO 10-11 10,11 10'1.. 10-14

rOI-n (ioni-g/l): 10-1410'1310,12 10'" 10-1010-9 10-8 10-7 IO- 10-' 10,4 10-' 10-2 10'1 I

Indicator Culoarea indicatorului Domeniul de

de pH mediu acid mediu bazicpH

pentru virajAlbastru de timol 1 rosu galben 1,2-2,8Albastru de bromfenol galben albastru-violet 3,0-4,6Metilorani rosu galben 3,1-4,4Verde de bromcrezol galben albastru 4,0-5,6Rosu de metil rosu galben 4,4-6,2Albastru de bromtimol galben albastru 6,2-7,6Turnesol rosu albastru 5,0-8,0Rosu de'crezol galben rosu 7,2-8,8Fenolftaleina incolor rosu 8,2-10,0Albastru de timol II galben albastru 8,0-9,6Timolftaleina incolor albastru 9,4-10,6Galben de alizarina galben Iila 10,0-12,0

Metodele potentiometrice de masurare a pH-ului se bazeaza pe masurarea tensiuniielectrice a unui element galvanic constituit dintr-un electrod reversibil cu ionii H+ (Ia acarui reactie de electrod participa ioni H+sau OH-) si un electrod de referinta (cu potentialcunoscut). Prin intermediul potentialului electrodului a carui potential depinde de pH,tensiunea electrica a elemenxului galvanic, va depinde de pH, astfel ca prin masurareaacestei tensiuni se masoara indirect pH-uL Acest lucru face posibila exprimarea tensiunii deelement direct în unitati de pH în asa fel încât pH-metrul sa indice valorile efective alepH-ului.

Un tip de electrod de masura utilizat la determinarea pH-ului ÎI constituieelectrodul de sticla. Acesta este alcatuit dintr-un balonas dintr-o sticla, speciala, ce areproprietatea de a prezenta între cele doua fete ale sale o tensiune electrica [de membrana) acarei valoare depinde de diferenta de pH a solutiilor de pe cele doua fete. Solutia dinbalonas va avea concentratia H+bine determinata si constanta, astfel Încât singura variabilava fi concentratia ionilor H'"de pe fata exterioara a balonasului electrodului. adica a solutieial carei pH vrem sa-I determinam. .

In cadrul lucrarii de laborator, se va determina pH-ul solutiei de analizat prin unadin metodele descrise.

1.8. Prezentarea rezultatelor experimentale

Rezultatele experimentale obtinute în laborator, pentru probele de apa la care nu secunoaste compozitia, se vor trece într-un tabel de form4 tabelului 1.2 În care se va nota cu"+" sau cu "-" prezenta respectiv absenta componentei în cauza.

TAB. 1.2. Rezultatele experimentale obtinute la analiza calitativa a apei

13

Anioni CationiApa de Substante

pii Obs.analizat CI- SO/' NOI- Cal+ NH4+ Fe3+ Pbl+ organice

Nr.l

Nr.2

etc.

SISTEME DISPERSE

'1--2.1. Definitii, clasificari, proprietati

Un amestec format din doua sau mai multe substante constituie un sistem desubstallle.

Sistemele de cel putin doua substante, În care particulele unei substante, ceconstituie faza dispersata (dispersoid), sunt dispersate În masa particulelor celeilaltesubstante, ce formeaza mediul de dis/Jers'ie(dis'/Jersant)si au dimensiunile particulelordispersate mai mici de 10.4m, se studiaza special ca sisteme dis/Jerse.

Luând În considerare marimea /Jarticulelor fazei dis/Jersate, sistemele disperse seclasifica conform tab. 2.1.

TAB. 2.1. Clasificarea sistemelor disperse În functie de dimensiunileparticulelor dispersate.

2.1.1. Sistemele disperse om02ene (solutii) sunt acele sisteme disperse În careparticulele substante lor componente RUse pot distinge cu ochiul liber sau la microscopdeoarece dispersia s-a produs pâna la nivel de particula elementara definitorie pentrusubstanta (molecula, ion, atom), iar particulele sunt distribuite uniform În mediul dedispersie.

In cazul solutiilor, dispersoidul se mai numeste solvat (solut), iar mediul dedispersie solvent.

Dimensiunile particulelor fazei dispersate, În cazul sistemelor disperse omogene,sunt mai mici de 10.9m.

Sistemele disperse omogene sunt de mai multe tipuri.În functie de natura particulelor dispersoidului, sistemele omogene pot fi:

sisteme molecular disperse, În care particulele dispersate sunt molecule(zahar În apa, alcool În apa, etc.),sisteme ionic disperse, În care particulele dispersate sunt ioni (NaCI În apa,acizi tari În apa, etc.).

14

SISTEME DISPERSE

omogene (solutii) eterogene

10-4-10.9m< 10.9m coloidale (coloizi) grosiere

10.9- 10.7m 10.7-10.4m

Dupa stareafizica initiala a compollentelor,solutiile, cu mediul de dispersielichid, se împart în trei categorii: solutii de gaz în lichid (ex. CO2în apa), sO,Jutiide lichid înlichid (ex. alcool în apa) si solutii de solid în lichid (ex. zahar în apa).

Concentra tia solutiei reprezinta valoarea raportului dintre numarul de parti desolut (substanta dizolvata) si numarul de parti de solutie, uneori de solvent.

În functie de necesitati, partile pot fi exprimate în unitati de masa, de volum, Înmoli sau echivalenti-gram, definindu-se corespunzator concentratia' procentuala, molara,molala, normala.

a) Concentratia vrocentuala -C % -exprima numarul de parti de solut dizolvat În100 parti de solutie, partile putându-se exprima în:. . - unitati de masa (g/g), cel mai des folosit m~d;

-unitati de volum (cm3/cm3);- combinatii de unitati (g/cm3, cm3/g), mai rar folosit.

Pentru calcule se poate utiliza relatia (2.1 ), în cazul concentratiei procentuaJe înprocente de masa, iar aceasta exprima numarul de grame de dizolvat din 100 grame desolutie.

(2.1)

În care md = masa substantei dizolvate (g) si ms == masa de solutie (g).

ms = md + msolvent (2.2)

Ca varianta la concentratia procentuala, când valorile acesteia sunt prea mici sepoate utiliza cOl1ce1ltratiapromile (C %0),În acest caz se considera 1000 parti de solutie.

b) Concentratia molara (molaritatea) - Cm - exprima numarul de moli dl:fsolutdizolvat Într-un litru de solutie. Pentru calculul acestei concentratii se poate utiliza relatia (2.3).

Cm(molii) = numar moli dizolvat I Vs=md I (M.Vs) (2.3)

În care Il1d == masa subs.tantei dizolvate (g), M = masa unui moI de substanta dizolvata(g/mol), V,= volumul solutiei (dm\

Un moI de substanta reprezinta cantitatea de substanta, exprimata în grame,numeric egala cu masa moleculara a substantei. De exemplu, masa moleculara a apei este18, iar. 1moI H20 reprezinta 18 g de apa. .

lv/aicuprinzator, un moi este o cantitate, În grame, dintr-o suhstanta, egala cu sumamaselor ahsolllle a N particule, reprezentate printr-o formula chimica (N~ 6.02.J(f3 mo!1fiind numarul lui Avogadro). Termenul de moi se aplica deci la substante cu formulemoleculare cunoscute (ca H), O2. HCI, CH~, C6H6 etc.), la substante ce nu formeazamolecule (de e.x.un moi de clorura de sodiu, NaCl, de clorura de calciu. CaCI] etc.), laatOmiliberi (un mal de atomi de hidrogen sau de clar), la ioni (un mal de i()I1iNa sau unmal de ioni de clar, Cr) si chiar la particule subatomice (de ex. un mal de electroni ==

N electroni). Un moi dintr-o substanta, in stare de gaz ideal si in conditii normale (O'C,1 atm), ocupa un volum de 22,4 litri (volumul molar).

15

Când 1 litru de solutie contine l moI de solut, solutia se numeste solutie molarli,concentratia ei notându-se cu m sau lm.

Submultipliisi multipliimolaritatiise noteazaprin fractiizecimale(O,lm; 0,0Im, etc.)sau fractii ordinal:e(m/10; mII 00, etc), respectiv 10m, 100m, etc.

, , Exempl~: Concentratia molara a unei solutii de HCI cu volumul de 2 dm3,obtinutaprin dizolvarea a 18,25 g HCI în apa, este Cm= 18,25/ (36,5.2) = 0,25 M.

c) Concentratia 'normala (valara sau normalitatea) - CfI'~ exprima numarul deechivalenti-gram (vaii) de sorut dizolvat într-un litru de solutie. Se calculeaza cu relatia (2.4).

"~o

C" = nr. echivalenti-gram dizolvat / Vs = md / (Eg'Vs) (2.4 )

în care md = masa substantei dizolvate (g), Eg."7echivalentul-gram al substantei dizolvate(glech.-g), Vs= volumul solutiei (dm3).' .,.

Ec/rivalentul-gram reprezinta cantitatea în grame egala cu masa molara raportatala valenta.

Echivalentul chimic al unui element reprezinta acea cantitate, În grame, din acestelement care se combind cu J g hidrogen sau cu 8 g oxigen.

Calcularea ec~ivalentului:gram se face, În functie de valenta speciei chimicerespective:

- pentru un atom, EI(= masa unui atom-gram (moI)/ valenta atomului,-pentru un acid, Ei:=masa unui moI de acid / numarul de H cedati (bazicitalea).

De ex.pentru calciu,Eg= 40/2= 20g, iarpentruacidsulfuric,H]SO..Eg= 98/2 = 49gCând 1 litru de solutie contine 1 echivalent-gram de solut, solutia se numeste

solutie normala, concentratia ei notându-se cu n sau 1n.Submultiplii si multiplii normalitatii se noteaza prin fractii zecimale (O,ln: O,Oln,

etc.) sau fractii ordinare (n/lO; n/lOO,etc), respectiv IOn, 100n,etc.ExempU!: Concentratia normala a unei solutii de HCI cu volumul de 250 cm3,

obtinuta prin dizolvarea a 3,65 g HCI în apa, este C"= 3,65 / (36,5.0,25) = 0,4 N,

d) Concentratia molalli (molalitdtea) - Cmolal - exprimai1umarul de moli de solutdizolvat în 1000 g de solvent. '

Observatie. Nu exista mai multe feluri de concentratie, ci mai multe moduri de exprimare aacesteia.

2.1.2. Sistemele disperse etero2ene sunt sisteme disperse în care ex ista suprafetede separare între faza dispersanta si faza dispersata, datorita dimensiunilor suficient de mariale particulelor dispersate (se pot observa cu ochiul liber sau la microscop).

În functie de dimensiunile particulelor, sistemele disperse eteragene se clasifica în:- sisteme coloidal disperse (colo;zi), cu dimensiunea particulelor dispersoidului

cuprinsa între 10'7- 10-9m (de exemplu, pasta de var"gelatina în apa, etc.), .

- sisteme grosier di!)perse,cu dimensiunea particulelor cuprinsa intre 10-4-10,7m(de exemplu, praf în aer, nisip fin divizat în apa, etc.). .

16

2.1.2.1. Sisteme coloidal dispcrse

Sistemele coloidale pot fi:-soli, dispersii coloidale de solid în lichid (mediul de dispersie este lichid, iar faza

dispersata este solida),-geluri, dispersii coloidale de lichid sau gaz în medii solide.

2.1.2.1.1. Soli

Sistemele coloidale În care mediul de dispersie este lichid sifaZil dispersa este solida -solii - se clasifica;'1douasubgrupe, Înfimctie de intensitateainteractiuniidintre/aze:

- coloizi liofili (in cazul apei hidrofili) caracterizati printr-o afinitate a substanteicare se disperseaza (dispersoid) fata de mediul de dispersie; datorita acestei ajinitati,substanta se disperseaza spontan În mediul respectiv, iar particulele rezultate se separarelativ greu de acest mediu. Coloizii liojili sunt de asociatie (e.r.emplu,sapunuri saudetergenti În apa - moleculele dispersoidului se asociaza intre ele/ormând micelii. În acestcaz) sau moleculari (de c.':emplu,soli de proteine, amidon, cauciuc - di.\persoidul esteformat din macromolecule)

- coloizi li%bi (În cazul apei hidrofobi) caracterizati prin âceea ca substanta carese disperseaza nu manifesta nici o afinitate fata de mediul de dispersie; din aceasta cauza,dispersarea I1Uare loc spontan ci necesita interventia unor forte exterioare, iar particuleleformate se separa usor de mediu. dând nastere, Î/1final, unor depuneri spongioase. Er.emplede coloizi liqfobi sunt solii de iodura de argint, acid sa/icilic, hidroxid jeric.

Mctode de preparare a solilor

Situarea solilor într-o pozitie intermediara, între dispersiile omogenegrosierc, da posibilitatea prepararii lor pornind din doua directii diametral opuse:

- disper~'area particulelor mari,- C011dellSarea (aglomerarea) particulelor mici.

si cele

iHetodele (le di~.,}ersarea particulelor mari ce constau în micsorarca dimensiuni-lor acestora. la rândullor, se pot clasifica dupa natura fenomenelor implicate. in:

a) Procedee fizice. Metodele utilizate în acest caz la dispersarea particulelor maripot fi mecanice, electrice, ultrasonice. Sunt folosite mai ales în industrie.

b} Procedee chimice. Metoda utilizata În acest caz se numeste peptizare.Peptizarea consta în trecerea unui gel sau a unui precipitat greu solubil în stare de

sol prin adaugarea unui agent chimic, de obicei un electrolit, numit peptizator.

Metodele de condensare ce constau În aglomerarea particulelor mici (molecule,ioni, atomi) dintr-o solutie, pentru a obtine particule coloidale, se clasifica În:

a) Metode fizico-chimice. Prepararea solilor se poate realiza prin schimbareasolventului dintr-o solutie, realizând astfel un alt mediu de dispersie În care substantadispersata nu este solubila.

b) Metode chimice.practic insolubile În mediul

Principiul acestor metode consta în formarea unor substantede dispersie, prin desfasurarea unor procese chimice Între

17

substante solubile În acelasi lichid. Obtinerea produsi lor de reactie si condensarea lor pentrua forma solii poate fi rezultatul unor diferite tipuri de reactii.

~Il ..

2.1.2.1.2. Geluri

Sistemele coloidale în care mediul de dispersie este solid si faza dispersa estelichida constituie gelurile.

Racind încet o solutie calda, concentrata de gelatina În apa, la un moment dat seconstata formarea unei mase cvasi-solide. Fenomenul se numeste gelifiere. iar produsulobtinut poarta numele de gel. Gelifierea se explica prin formarea unor legawriintermoleculare, ceea ce creeaza conditia ca particulele disperse sa formeze o retea spatiala(trecând În mediu de dispersie) care prinde, În ochiurile ei. masa de dispersie (ce devinefaza dispersata). In acest mod, faza dispersata initial se transformaîn mediu de dispersie, iarmediul de dispersie devine faza dispersata.

Proorietati ale eelurilor

Celurile au anumite proprietati foarte importante din punct de vedt;re practic.a) Tixotropia reprezinta proprietatea izoterma, reversibila a IIl10r geluri de a

trece În soli, sub influenta unor actiuni mecanice exterioare (agitare! amestecare, vibrare).Prin tixotropie se explica soliditatea înselatoare a mlastini/ar, alunecarile de teren subinfluenta undelor seismice care provoaca lichefierea unor straturi si alunecarea roci/orsuprapuse, rigidizarea chiturilor si a vopselelor in ulei Înainte de uscare.

. h) DifuZÎlmea moleculelor si migrarea ionilor mici prin geluri în contact cu solufiide electrolit prezinta importanta pentru rezistenta materialelor la aC/iunea apelor agresive.

Fenomenul de difuziune prin gell/ti se poate pune În evidentei prin reaCtia dimrebicromawl de potasiu prins intr-un film de gel de gelatinâ si a;;otallii de argint sub formade solutie apoasa. Ca urmare a difuziunii azotatului de argint prin geluI sub forma de filmsubtire, se realizeaza reactia acestuia cu bicromatul de potasiu, efectul fiind vizibil subforma unor inele concentrice, denumite "inelele periodice ale lui Liesegang". Acestfenomen apare În ur-ma asa numite/ar reactii ritmice În geluri, da IOrate variatiei periodiceCIconcentratiei unuia din reactanti pe directia de difuziune. Astfel se explica colorarea Înstraturi a agatului, jadului.

c) Peptizarea reprezinta transformarea reversibila a unui gel În sol prin:- marirea cantitatii de faza lichida, de exemplu, adailgarea de apa la pasta de var

(gel) si transformarea reversibila a acesteia în lapte de var (sol). . .- marirea temperaturii, de exemplu, încalzirea bitum ului când acesta Îsi mareste

jluiditatea trecând în sol, squ Încalzirea gelului de gelatina si trecerea acestuia ;n sol.

Metode de preparare ale I!elurilor

Gelurile se pot prepara prin modificarea compozitiei sistemului sau prinmodificarea temperaturii acestuia.

a) Evaporarea mediului de dispersie are loc în diferite cazuri, cum sunt:- formarea depunerilor de mâl si noroi în lacuri pe cale de uscare;-obtinerea pastei de var din laptele de var prin evaporarea apei; .- formarea structurilor de gel la bitumuri prin evaporarea treptata a hidrocarburilor

lichide care formeaza mediul de dispersie (petrolene), fig. 2.1.

18

h) Variatia temperaturii prin:- racirea unor soli, coloizi moleculari obtinuti la cald, ca de exemplu hidrosolul de

gelatina (gelatinizare);- Încalzirea unor soli, de exemplu În cazul solului de albumina.

FIG. 2.1.Formarea structurii de gel labitum:a) micele libere (sol)b) micele asociate (sol-gel)c) retea tridimensionala (gel)

(a) (b) (e)

2.1.2.2. Sisteme I!rosier disperse

Aceasta categorie de sisteme disperse eterogene cuprinde acele sisteme În carecomponentele se pot vedea cu ochiul liber, cu lupa saH la microscop, dimensiunileparticulelor fiind cuprinse Între 10'4-10'7m, asa cum s-a mentionat anterior.

Datorita difuziunii luminii, În urma procesului de reflexie multipla, produs departiculele dispersate, sistemele grosiere apar tulburi.

Aceste sisteme au o stabilitate redusa.si prezinta tendinta de a se separa În fazelecomponente.

111fUllctie de sUlrea de agregare a mediului de dispersie si II disper.\'oidului. sedisting emulsii (lichid dispersat În lichid), suspensii (solid În lichid sau gaL.).spume (gaz Înlichid sau solid).

2.1.2.2.1. Emulsii

Emulsiile sunt sisteme disperse eterogene de lichid În alt lichid. mediul dedispersie si faza dispersata fiind practic nemiscihile (pentru a se putea realiza emulsia: Încaz contrar s-ar obtine o solutie). .

Pentru ca doua lichide sa fie nemiscibile, trebuie ca natura lor sa fie diferita. adica,unul sa fie polar (de exemplu apa), iar celalalt nepolar sau slab polar (de exemplu ulei.grasimi, hidrocarburi).

Particulele de lichid rezultate din dispersare tind sa aiba o forma sferica datoritaactiunii fortelor interfaciale. Venind În contact, aceste particule pot sa se contopeascafonnând un strat distinct (se separa fazele componente ale sistemului dispers). emulsia fiindinstabila (fenomen numit "spargerea" emulsiei).

Pentru stabilizarea emulsiilor se utilizeaza emulgatori. substante tensioactive carepot fi emulgatori liofili (detergenti, sapun alcalin, carbonat de calciu. argila) sau liofobi(sapun de aluminiu sau magneziu, parafina, negru de fum). Faza lichida care dizolvaemulgatorul devine mediu de dispersie. Emulgatorii insolubili se adsorb pe suprafataparticulelor micsorând tensiunea superficiala.

Emulsiile se utilizeaza În operatii de foraj (emulsii din apa si produse petroliere),tehnica rutiera (emulsii de bitum), industrie (de exemplu la prelucrarea metalelor).farmacie, alimentatie.

19

Se disting doua tipuri de emulsii: emulsii de ulei in apti, notate cu 1J/A si emulsiide apti În ulei, notate AlU, În functie de caracterul polar sau nepolar al fazei dispersate,respectiv al mediului de dispersie. În prezenta unui emulgator solubil În apa, se obtine oemulsie UlA, iar În prezenta unui emulgator solubil în faza nepolara se obtine o emulsie .A/U, figura 2.2 (~ = molecula de emulgator).

FIG. 2.2Orientarea emulgatorului amfifilicla interfata

a) emulsie UlA - emulgator solubil În Ab) emulsie AlU - emulgator solubil În U

(~.~~ (~/ ,0-i'.--L-a

Otip UlA

0- portilmea polara.

Pentru a verifica practic tipul emulsici preparate, se poate recurge la colorareauneia dintre faze si observarea la microscop a distributiei acestei faze În sistemul dispers(daca ea constituie mediul de dispersie sau faza dispersata). Colorând, de exemplu, fazaorganica dintr-un amestec apa-ulei cu un colorant insolubil În faza apoasa, În cazul utilizariiunui emulgator hidrosolubil, se pot Qbserva la microscop particulele de ulei (colorate)dispersate în faza apoasa (incolora), emulsie de tipul UlA, figura 2.3a. In cazul utilizariiunui emulgator solubil În ulei, imaginea la microscop va fi colorata invers: mediul dedispersie va fi colorat, iar faza dispersata incolora, deoarece s-a obtinut o emulsie AlU,figura 2.3b.

FIG. 2.3.Determinarea tipului de emulsiela microscopa) emulsie de tip UlA (emulgator solubil În A)b) emulsie de tip AlU (emulgator solubil În U)

~'\

( ~. ) (a)

~

2.1.2.2.2. Susf)cnsii

Suspensiile sunt sisteme disperse eterogene grosiere în care dimensiunileparticulelor dispersate sunt de ordinul 0,1-100 !lm. Se obtin suspensii, de ex., prindispersarea mecanica a unui. solid (adus la dimensiunile necesare prin macinare) Într-unlichid. De obicei se adauga si o substanta tensioactiva care, adsorbindu-se la limita deseparare a fazelor, reduce tensiunea superficiala si mareste stabilitatea sistemului dispers.

Suspensiile sunt sisteme cinetice nestabile; În timp, dispersoidul se separa dinmediul de dispersie prin sedimentare. O caracteristica a suspensiilor o constituie timpul dedepunere a dispersoidului (timpul de separare a celor doua faze).

Suspensiile cu dispersoizi de forma asimetrica, cum sunt sedimentele Clio anumitaumiditate naturala formate din argila si nisipuri foarte fine (prezente În terenuri defundatie), prezinta fenomenul de tixotropie. Acest fenomen constituie un neajuns prinscaderea capacitatii portante a solului astfel ca, daca pe un asemenea tcren exista o sosea demare trafic sau o constructie industriala, din cauza vibratiilor produse de vehicule sau demotoare, stratul de material tixotropic se fluidizeaza provocând scufundari sau alunecari deteren.

20

. In cazul vopseleleor însa, tixotropia este un factor favorabil (În timpul aplicarii,. vopselele se fluidifica, iar dupa aceea, se întaresc rapid, evitând scurgerea de pe suportulaplicat).

2.2. Aparatura $i materiale

In cadrul lucrarii practice se vor prepara si cai'acteriza câteva sisteme disperse,atâtomogenecât si eterogene.Pentruaceastaestenevoiede: .

- Substante si materiale: apa distilata, NaCI, NH3 solutie, FeCl3,solutie alcoolicade colo{Qniu, KI, AgN03, gelatina, K2Cr207, ulei, colorant,emulgator. CaCI]:' praf de creta,pratde caramida, nisipfoartefin, substanta tensioactiva. .

- Ustensile de laborator: eprubete,' pahare Berzelius, flacoane Erlenmeyer,cilindri gradati. pipete. biurete, spatula, bagheta de sticla, sticla de ceas, balantafarmaceutica. densimetru, placute de sticla. .

- Aparate: termostat, microscop, cronometru.

2.3. Modul de lucru - rYl,C""

2.3.1. Solutii

2.3.1.1. Prepararea unei solutii de NaCl de o allumitii cOllcentratieLucrarea practica consta în prepararea unui volum Ys (cm3) de solutie de NaCI în

apa, având concentratia Cs(%) si determinarea concentratiei molare si normale a acesteisolutii. Concentratia solutiei preparate se verifica prin masurarea densitatii acesteia sicompararea ei cu concentratia din tabelul 2.1, corespunzatoare densitatii masurate.

Solutia se va prepara din NaCI solid si apa distilata. Determinarile se vor efectua la20"C, În caz contrar impunându-se corectiile necesare.

Masa solutiei care se prepara, ms (g), se calculeaza cunoscând densitatea solutiei.P (glCIll'),din tabelul 2.1:

Ills = P'Ys (2.5)

Masa de substanta dizolvata (NaCl), Illd(g), se calculeaza din relatia ( 2.1), astfel

Ind = ms . c$ (%) /100 (2.6)

Masa de solvent (apa) necesara dizolvarii NaCI solid, m,ol"CI1!(g) se calculeaza dinmasa de solutie:

(2.7)

Yolumul de apa corespunzator acestei mase se obtine admitând densitatea apeiPap.'-=I g!cm' la 20°C (volumul apei În cm3este numeric egal cu masa apei în g).

Cantitatea de NaCI se cântareste la balanta farmaceutica si se introduce Într-unpahar Berzelius de capacitate adecvata. Volumul de apa distilata se masoara cu uncilindru gradat si se adauga peste NaCI solid. Solutia se amesteca Cllo bagheta de sticlapâna la dizolvarea completa aNaC!.

21

Concentratia solutiei obtinute se verifica prin"masurarea densitatii acesteia cuajutorul unui densimetru. Valoarea masurata se compara cu cea gasita În tabelul 2.l.corespunzator concentratiei care s-a impus a fi preparata.

T AR 2.1. Dependenta densitatii solutiei de NaCI de concentratia acesteia, la 20nC, n.. " ' - .~ --_o -~ .- --- -

Cunoscând masele atomice ANa '=23 si ACI= 35,5 se calculeazaconcentratiilemolara si normala a solutiei, utilizând relatiile (2.3) si (2.4).

Rezultatele obtinute se vor trece În tabelul 2.2.

TAR. 2.2. Rezultatele experimentale obtinute la prepararea solutiei de NaCI

2.3.2. Soli

2.3.2.1. Prepararea solului de hidroxid {eric prin dispersare, ulilizând 110 capeplizalor.

Lucrarea consta în prepararea solului de Fe(OH)3din precipitatul de Fe(OH)3 prindispersarea precipitatului cu ajutorul unui peptizator.

" Lucrarea cuprinte urmatoarele etape:- obtinerea precipltatului de hidroxid feric, Fe(OHh,- Îndepartarea excesului de electrolit, ce apare la precipitare, prin spalare cu apa,- adaugarea de cantitati mici de peptizator (solutie diluata de electrolit, HCI) la precipitatulbine spalat când, slabind interactiunile dintre particule, are Joc trecerea sistemului Înhidrosol.

22

c (%) 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0c(g/I) 10,07 15,18 20,29 25,47 30,65 35,90 41,16p (g/cm3) 1,0072 1,0108 1,0145 1,0181 1,0217 1,0254 1,0290

c (%) 4.5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5c(g/I) 46,52 51,89 57,25 62,62 68,13 73,65 79,16p (g/cm3) 1,0328 1,0366 1,0403 1,0440 1,0476 1,0513 1,0549

c (%) 8,0 8,5 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0c(g/I) 84,67 90,34 96,00 107,33 119,21 131,09 142,97p (g/cm3) 1,0585 1,0622 1,0659 1,0733 1,0809 1,0886 1,0962

c (%) 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0c(g/I) 154,85 166,72 179,42 192,12 204,82 2 17.52 230.22

p (g/cm3) 1,1039 1,1115 1,1194 1,1273 ],1352 1,1430 1.1511

Nr. V. c. P fi. fid ni.olvenl COl Cncrt. (cm3) (%) (e:/cm3) (g) (g) (g) (M) (N)

Concentratia solutiei obtinute se verifica prin. masurarea densitatii acesteia cuajutorul unui densimetru. Valoarea masurata se compara cu cea gasita În tabelul 2. J.corespunzator concentratiei care s-a impus a fi preparata.

TAB 2.1. Dependenta densitatii solutiei de NaCI de concentratia acesteia, la 20°C"u_- _o..u. -"' --- - _n -.--.---

Cunoscând masele atomice ANa = 23 si ACI= 35,5 se calculeazaconcentratiilemolara si normala a solutiei, utilizând relatiile (2.3) si (2.4).

Rezultatele obtinute se vor trece în tabelul 2.2.

TAB. 2.2. Rezultatele experimentale obtinute la prepararea solutiei de NaCI

2.3.2. Soli

2.3.2.1. Prepararea solului de hidroxid {eric prin dispersare. utilizând HCl capeptizator.

Lucrarea consta În prepararea solului de Fe(OH)3din precipitatul de Fe(OH)3 prindispersarea precipitatului cu ajutorul unui peptizator.

Lucrare~ cuprinte urmatoarele etape:-obtinerea precipitatului de hidroxid feric, Fe(OH)3,- Îndepartarea excesului de electrolit, ce apare la precipitare, prin spalare Cllapa,- adaugarea de cantitati mici de peptizator (solutie diluata de electrolit, HCI) la precipitatulbine spalat când, slabind interactiunile dintre particule, are loc trecerea sistemului înhidrosol.

22

e (%) 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

e(g/l) 10,07 15,18 20,29 25,47 30,65 35,90 41,16

p (g/em3) 1,0072 1,0108 1,0145 1,0181 1,0217 1,0254 1,0290

c (%) 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5

c(g/I) 46,52 51,89 57,25 62,62 68,13 73,65 79,16

p (g/em3) 1,0328 1,0366 1,0403 1,0440 1,0476 1,0513 1,0549

e (%) 8,0 8,5 9,0 10,0 1i,o 12,0 13,0

e(g/l) 84,67 90,34 96,00 107,33 119,21 131,09 142,97

p (g/cm3) 1,0585 1,0622 1,0659 1,0733 1,0809 1,0886 1,0962

e (%) 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0

e(g/l) 154,85 166,72 179,42 192,12 204,82 2 17,52 230.22

p (g/cm3) 1,1039 1,1115 1,1194 1,1273 ] ,1352 1,1430 1.1511

Nr. Vs es p ms md Rlsoh"ent Cm Cncrt. (em3) (%) (!!/em3) (g) (g) (g) (M) (N)

Practic. se prepara un precipitat de hidroxid feric. dintr-o solutie de cloruraferica 0.25m (2 cm3)si o solutie concentrata de amoniac (câte 1 cm3pâna la precipitareacompleta a hidroxidului feric - lichidul de deasupra precipitatului ramâne incolor).conform reactie:

(2.8)

Precipitatul se spala cu apa distilata. prin decantare (de 3-4 ori cu câte 5 cm3).pâna când lichidul aflat deasupra este neutru (are pH=7 fata de hârtia indicatoare), apoise adauga I cm3 de solutie de HCI cu concentratia: 0.04 n. 0,08 n. 0.16 n si 0.3211.Pentrufiecare concentratie de HCIse va prepara un altprecipitat de Fe(OHh

Se tin probele (eprubetele) timp de 2 ore În termostat la 50"C, agitând din 10 În 10minute. Deasupra precipitatului apare un lichid rosu-brun care este solul de Fe(OH) 3.

2.3.2.2.Prepararea solului de colofoniu orin condensareAceasta este o metoda fizico-chimica de obtinere a solului.Modul de lucru consta În introducerea, Înp'icaturi si agitând, a 5 c:m3de solutie de

col%niu 2% În etanol, Într-un pahar continând 300 cm3 apa distilata. Datorita lipsei desolubilitate a colofoniului În apa si datorita miscibilitatii dintre apa si alcool. se observaformarea unui sol opalescent de colofoniu În apa.

2.3.2.3.Prepararea solului de iodura de arf!int orin condensareIn acest caz se obtine solul de iodura de argint, AgI, ca urmare a unei reactii

chimice de dublu schimb Între iodura de potasiu, Kl si azotatul de argint, AgN03, ec. (2.9).

KI + AgN03 ~ AgI + KN03 (2.9)

In cazul În care reactantii se iau În cantitati echivalente (stoechiometrice), iodurade argint se va depune sub forma de precipitat. Daca solutiile utilizate sunt diluate sireactantii nu sunt În cantitati echivalente, se obtine solul de iodura de argint sub forma delichid tulbure, opalescent, cu reflexe rosietice si albastrii.

Modul de lucru cuprinde introducerea Într-o eprubeta a unui volum de 5 cm3 desolutie de iodura de potasiu O,OJ n.dintr-o biureta si adaugarea apoi. din alta biureta, Înpicaturisi sub agitare.a unuivolumde 3-4 cm3de azotatde argint0,0111.In eprubetaseobservaformarea solului de iodura de argint.

2.3.2.4.Preoararea !wlului de hidroxid feric orin condensareSolul de hidroxid feric, Fe(OH)3, se formeaza, În acest caz, ca rezultat al unei

reactii de hidroliza a clorurii ferice, FeCI;, conform ecuatiei de reactie (2.10).

(2.10)

Intr-un pahor de laborator se Încalzesc la fierbere 100 C/'I'/ apa distilata. Seintroduc apoi. În picaturi, 15 cm3 solutie FeCl3 2% si se continua inc:a!zirea. Aparitiacoloratiei rosie-bruna indica formarea hidrosolului de hidroxidferic.

23

2.3.3. Geluri

2.3.3.1. Prepararea f!eluLuide eeLatina si punerea in el,idellla a proce.mlui dedifuziune În eeluri.

Lucrarea se bazeaza pe obtinerea unui gel din apa si gelatina, care sa înglobeze unreactiv, ÎI1cazul nostru bicromat de potasiu, K2Cr207.Prin adaugarea unei solutii de azotatde argint, AgN03, peste geluI format, se observa aparitia unei coloratii brune, ce avanseazaîn gel, ca urmare a reactiei dintre azotatul de argint, care difuzeaza în gel si bicromatul depOt~siuÎnglobat în acesta înca de la început, cu formarea bicromatului de argint. Ag~Cr207'

. Intr-o eprubeta se introduce o solutie obtinuta prin dizolvarea la cald Il " ggelatina si 0,12 g K]Cr]07 in 120 cm3apa distilata. Se raceste solutia din epruheta si, dupaobtil/erea gelului de gelatina, care nu mai curge, se adauga in epruheta câteva picaturi desolutie Je AgNOJ Î.8%. Avansarea culorii brune, datorate formarii Ag]O']07. esterezultatul di[uziunii azotatului de argint Îngel.

Experimentul se poate realiza si Înplan orizontal, În acest caz observându-se maibine "inelel..:periodice ale lui Liesegang", despre care s-a mentionat anterior. Pentruaceasta, se dizolva 4 g gelatina in 120 g solutie apoasa 0,1% de K]Cr]q7. Solutia galbuieohtinuta se intinde in strat subtire pe o placa de sticla. iar dupa gelijiere, se pune in centrulslrawlui o picatura de AgN03, solutie apoasa 8,5%. Dupa 24 de ore se observa aparitiainelelor (:oY/ce!1tricementionate. care sunt cu atât mai distantate intre ele. cu cât crestedepartarea lorfata de centru.

2.3.4. Emulsii

2.3.4.1. Prepararea unor emuL<îiide tip lJlAPentru a putea distinge mai bine la microscop fazele t!mulsionate,faza organica

se L'olorea:;acu lin colorant insolubil Înfaza apoasa, de exemplu În rosu.ll1tr-o eprubeta se introduc 2 cm3 ulei (benzen) colorat si :2 cmi solutie apoasa

0,1% de emulgator. In eprubeta se pot introduce si câteva bile de. sticla pentru oamestecare mai buna. Se astupa eprubeta 'cu un dop si se agita timp de 5 miI? Deoareceemulgatorul este solubil in apa, trebuie sa se obtina o emulsie de tip UlA (picaturi colora!ede ulei intr-un mediu apas incolor). Acest lucru se poate verifica punând o picatura deemulsie pe o lama de microscop si stabilind tipul acesteia. dupa cum apar coloratepicaturile sau mediul (flg. 2.3).

2.3.4.2. Prepararea unor emuisii de tip AlUIn emulsia preparata anterior se .adauga câteva picâturi dintr-o solutie de CaCI?

U.1% si se ag,ita di!'/nou.~'El'!lulgatorul,hidrofil În przma e(apa, se tranforma in hidrofab(sapun de calciu din sapun de sodiu), iar la microscop se va ob.~ervaschimbarea tipuluiemulsiei.

2.3.5. Suspensii .

2.3.5.1. Prepararea unor sltspensii de solid ÎlllichidPentru a prepara o suspensie de solid in lichid, 0,5-1 g de pulbere de creta,

cara/nida sau nisip se introduc intr-o eprubeta in care se afla 15 cm3apa distilata. Se agita

24

continutul eprubetei si se determina timpul necesar depunerii substantei solide. Suspenshle .,,',preparatesepot examinasi la microscop. .

2.3.5.2. Prepararea unor suspensii cu adaos de substanta tensioactiva

Se repeta experimentul anterior, dar înfaza lichida se introduc câteva picaturi de

substanta tensioactiva (detergent lichid, solutie de detergent, a,lti agenti de suprafata). Sedetermina timpii de depunere si se compara cu cei ootinuti în cazul absentei substanteitensioactive.

Rezultatele experimentelor legate de sistemele disperse eterogene vor fi trecute întabelul 2.3.

TAB. 2.3. Rezultat.el~experimentale obtinute la prepararea sistemelor disperse eterogene

.\:-.,

25

Nr. Tipul de sistem Modul de, ICaracterizarea

crt. dispers preparat prepararesistemului dispers Observatii

DreDarat

. :b _. .

.1,. ,

. ~-. ~

DURITATEA APEI

Apa din natura contine o serie de impuritati sub forma de substante dizolvate,suspensii, gaze, toate acestea imprimându-i o serie de proprietati mai mult sau mai putinutile,În functiede destinatiaapei. .

In .pr~c"tica,În functie d~,~copul în care este utilizata, se deosebesc urmatoarelesortimente de apa: apa potabila,apa industriala (de racire,tehnologîta,"de spalare,agetlt.termic - de exemplu la alimentarea cazanelor de abur), apa pentrU~gricuttura, etc.

O categorie aparte o constituie apele reziduale, acele ape 'careiprovin din ape'leutilizate deja Într-un anumit proces (resturile apei potabile. menajere si industriale).Datorita proprietatilor nocive, aceste ape nu pot fi deversate ca atare, ci doar dupa cesuportaun procesde epurare. .

In functie de domeniul particular de utilizare, apa trebuie' sa îndeplineasca o seriede conditii legate de compozitie si proprietati. In ceea ce priveste apa industriala folosita caagent termic, pentru alimentarea cazanelor de produs abur, înainte de utilizare, se impuneca sa fie tratata În vederea îndepartarii componentelor daunatoare.

3.1. Definitii, clasificari

Duritatea apei reprezinta proprietatea data de continutul de saruri de calciu simagneziu dizolvate În apa.

Continutul total de saruri de calciu (Ca2+)si magneziu (Mg2+)formeaza duritateatotala a apei, DT. Duritatea totala se compune din duritatea temporara (D() si duritateapermanenta (Dp):

(3.1 )

Duritatea temoorara. sau alcalinitatea apei, DI>este data de carbonatii acizi(bicarbonatii) de calciu, Ca(HC03)2 si magneziu, Mg(HC03h, dizolvati în apa. Acestesaruri sunt nestabile termic, ele'se descompun, prin fierberea apei, în carbonati greu solubiJi(de unde si denumirea de duritate temporara) care se depun sub forma de crusta pe peretiiinstalatiilor din centralele termice. Reactiile care au loc sunt:

Ca(HC03h (3.2)

(3.2)

26

Duri/atea Dermanenta, Dp,este data de sarurile de calciu si magneziu dizolvate înapa si stabile din punct de vedere termic (nu se descompun la fierbere). Aceste saruri pot fisulfati (CaS04, MgS04), cloruri (CaCh, MgCh), azotati (Ca(N03)2, Mg(N03)2), etc.

Duritatea apei (continutul de saruri de calciu si magneziu) se exprima În modcurent În grade de duritate (0d)si În valildm3 de apa.

Exista mai multe tipuri de grade de duritate, În functie de tara de origine.- Gradul german (Od);un grad de duritate german corespunde la 1'0mg CaO/dm3 apa.- Gradulfrancez (1); un grad de duritate francez corespunde la 10 mg CaC03/dm3 apa.- Gradul englez (Oe);un grad de duritate englez corespunde la 14 mg CaC03/dm3 apa.

Relatiile dintre diferitele grade de duritate sunt prezentate mai jos:1 da = 10mgCaO/dm3= 1,79f" = 1,25ea= 0,357mvali,1 f" = 10mg CaC03/dm3= 0,56 da = 0,70 ea = 0,20 mvali,I ea = 14,3 mg CaC03/dm3= 0,80 da = 1,45 f" = 0,285 mvali,1 mval = 28 mg CaO = 20 mg Ca2+= 2,8 dO.=5 f" = 3,5 ea. .La noi în tara se utilizeaza gradul german (da sau °G) pentru exprimarea duritatii. .

In functie de valoarea duritatii totale, în grade germane, apele se pot clasifica încategoriile prezentate În tabelul 3.1. .

1,

i;,.'

TAB. 3.1. Categorii de ape În functie de duritate'exprimata În grade germane

: ."

3.2. ADaratura si materiale.

Pentru realizarea lucrarii se vor utiliza vase conice (flacoane Er/enmeyer), vasecilindrice (pahare Berzelills), billrete, cilindri gradati, pipete, pâlnii. reactivi (apa distilata,solutie de complexon III 0,05 M, solutie acid c/orhidric O,I M, carbonat de sodiu, hid.roxid..i..~de calciu, fosfat trisod~c), indicatori (eriocrom negru T. metilortinj), solutie tampon de'NH./C! + NH) (70 g NH./CI + 270 mi solutie NH) cu d=0,90 se aduc cu apa la Il) pentru,..pH;:::10, coloana cu rasini schimbatoare de ioni, apa de analizat. ..

3.3. Modul de lucru.

3.3.1. Determinarea duritatii totale.

Pentru determinarea DT, ionii de Ca2'" si Mg2+ din apa, se titreaza'complexonometric. Aceasta metoda se bazeaza pe proprietatea acestor ioni de a forma

27

DT(da) Categoria de duritate a apei'

<5 foarte moale

5 - 10 moale

10,1 -20 mijlocie

20,1 -30 dura

> 30 foarte dura

combinatii complexe cu anumiti agenti de complexare. Combinatiile complexe contin union sau un atom central î~Jurul caruia sunt legati prin legaturi coord!r~tive mai multi atomisau molecule. .". .

. In acest caz, titrarea.complexonometricase realizeazacu solutia sarii disodiceaacidului etilendiaminotetraacetic - EDTA, cu formula:

cunoscuta sub denumirea de complexon III (titriplex, etc), notat prescurtat Na2H2Y.2H20(M= 327.'25). Indicatorul folosit este eriocrom negru T solid, virajul fiind de la rosu-violetla albastru.

Reactia'care are loc se poate reprezenta simplificat astfel:

(3.3)respectiv

Mg2++ H2y2- -+ Mgy2- + 2H+ (3.4 )

Reactia se realizeaza la pH 10, obtinut cu ajutorul unei solutii tampon amoniacale,solutie tampon obtinuta din 70 g NH4CIsi 270 cm3NH40H 25%. .

Practic. Într-un flacon Erlenmeye~'de 250-300 cmJ se introduc 20 cm3 apa deanalizat (masurati cu pipeta) si un vârf de spatula de eriocrom negru T (aprux. 0,2 g). Apoise adauga solutie tampon pâna când apa se coloreaza in rosu-violet intens (aprox. ImI).Amestecul se titreaza cu solutie de complexon /li 0,05 .'0.1(se adauga solutia de complexon111din biureta, picatura cu picatura, sub agitare) pâna la virajul indicatorului la albastrunet. Volumul de complexon /lI utilizat se noteaza cu VII/.

DTse calculeaza cu relatia (3.5)

(3.5)

în care:Vm - VOlU111Ulde complexon III folosit la titrare (cm3),Cm - concentratia molara a solutiei de complexon (mol/dm3),Vp-volumul probei de apa titrate cu complexon III (cm\

Pentru conditiile concrete de lucru, CUI= 0,05 M si Vp= 20 cm3, relatia devine:

(3.6)

si se va folosi ca atare la calculele de laborator.

3.3.2. Determinarea duritatii temporare.

Dt se determina prin titrarea probei de apa cu o solutie de acid clorhidric înprezenta metiloranjului ca indicator.

Metoda"se bazeaza pe proprietatea bicarbonatilor de a se descompune în mediuacid, în conformitate cu reactiile: .

Ca(HC03)2 + 2HCI -+ CaCl2+ 2C02 + 2H20 (3.7)

(3.8)

28

Analiza se efectueaza in felul urmator: 100 cm3 (masurati cu pipeta) de apa deanalizat se introduc Într-un flacon Erlenmeyer împreuna Cli 2-3 picalllri de indicatormetilorGl?J.Se titreaza proba cu HCI 0.1 M din biureta pana la virajul indicatorului de la.ga(ben la portocaliu. Notarzd C1lVHCI(cm3) volumul de HCI O.l M tllilizat la titrare, sedetermina duritatea temporara cu relatia (3.9).

(3.9)

În care:VHCI- volumul de acid clorhidric folosit la titrare (cmJ),CHCI - concentratia molara a solutiei de acid clorhidric (mol/dm"),

V p- volumul probei de apa titrate cu acid clorhidric (cm\

Pentru conditiile concrete de lucru, CHCI= 0,1 M si Vp= 100 cm>, relatia devine:

(3.10)

3.3.2. Determinarea duritatii permanente.

Op se determina ca difcrnta.dintre DT si O" conform relatiei (3.11).

(3.11)

In laborator se vor analiza anumite, probe de apa, iar rezultatele vor fi tracute Întabelul 3.2

TAB. 3.2. Rezultatele experimentale obtinute la determinarea duritatii apei

3.4. Dedurizarea apei

Oedurizarea apei reprezinta procedeul prin care se micsoreazaduritatea apei, adica se îndeparteaza din apa ionii de calciu si magneziu.

Oedurizarea se poate realiza prin mai multe metode:- metoda cu var si soda,- metoda cu fosfat trisodic,

- metod~~cupermutiti,- metoda cu rasini schimbatoare de ioni.

sau se elimina

29

Apa de VlIl VHC1 DT Dt Op Categoria deanalizat (mI) (mi) (dO) (dO) (dO) duritate

3.4.1. Dedurizarea apei cu var si soda.

Metoda se bazeaza pe reactia de precipitare a ionilor Ca2+si Mg2+sub forma decarbonati, acestia fiind insolubili se îndeparteaza din apa, de exemplu prih filtrâte.

Varul (Ca{OH)2) reactioneaza cu bicarbonatii îndepartând duritatea temporara(D,) conform ecuatiilor de reactie (3.12 a si b).

(3.12a)

(3.12b)i-

Soda (Na2C03) reactioneaza cu celelalte saruri de calciu si magneziu îndepartândduritatea permanenta (Dp) conform reactiilor (3.13 a si b) unde s-au luat ca exemple clorurade calciu si azotatul de magneziu.

(3.13a)

(3.13b)

3.4.2. Dedurizarea cufosfat trisodic.

Metoda cu fosfat trisodic (Na3P04) se bazeaza pe reactia de precipitare a ionilorCa2+si Mg2+sub forma de fosfati insolubili, care se pot îndeparta usor din apa. Fosfatulneutru de sodiu îndeparteaza atât duritatea temporata, ec. (3.14), cât si duritateapermanenta, ec. (3.15).

DI (3.14a)

3Mg(HC03h'+ 2Na3P04 ~ Mg3(P04)2! + 6NaHC03

3Ca(N03h + 2Na3P04 ~ Ca3(P04)2.J..+ 6NaN03i' _".M

(3.14b)

(3.15a)

(3.15b)

Aceasta metoda este deosebit de eficienta si se utilizeaza pentru realizarea devalori DTaproape de zero. Fosfatii precipitati se pot utiliza ca îngrasaminte.

3.4.3. Dedurizarea cu permutiti.

- MetQda de dedurizare a apei cu permutiti (Perm.Na2) se bazeaza pe reactia de .schimb ionic dintre permititi si apa, reactie în urma careia se retin ionii de Ca2-'si Mg2+dinapa de catre permutîi,fiind eliberati în schimb ioni de Na+în cantitate echiva:Jenta. -

Permutitii fac parte din categoria schimbatorilor de ioni si sunt si1î~ati-hidratati dealuminiu si sodiu. In stare naturala se cunosc sub numele de zeoliti. AUo structiJra aranatapermitând realizarea cu usurinta a schimbului ionic.

30

3.4.1. Dedurizarea apei cu var si soda.

Metoda se bazeaza pe reactia de precipitare a ionilor Ca2+si Mg2+sub forma decarbonati, acestia fiind insolubili se îndeparteaza din apa, de exemplu prih filtrate.

Varul (Ca{OH)z) reactioneaza cu bicarbonatii îndepartând duritatea temporara(D,) conform ecuatiilor de reactie (3.12 a si b).

Ca(HC03)2 + Ca(OH)2~ 2CaC03'" + 2H20

Mg(HC03h + Ca(OHh ~ MgC03'" + CaC03'" -+=2HzO

(3.12a)

(3.12b)' .

Soda (NaZC03) reactioneaza cu celelalte saruri de calciu si magneziu îndepartândduritatea permanenta (Dp) conform reactiilor (3.13 a si b) unde s-au luat ca exemple clorurade calciu si azotatul de magneziu.

(3.13a)

(3.13b)

3.4.2. Dedurizarea cufosfat trisodic.

Metoda cu fosfat trisodic (Na3P04) se bazeaza pe reactia de precipitare a ionilorCa!';' si Mg2+sub forma de fosfati insolubili, care se pot îndeparta usor din apa. Fosfatulneutru de sodiu îndeparteaza atât duritatea temporata, ec. (3.14), cât si duritateapermanenta, ec. (3.15).

Dt (3.14a)

3Mg(HC03h'+ 2Na3P04 ~ Mg3(P04h'" + 6NaHC03

3CaCNq3k;- 2Na3P04 ~ Ca3(P04)2'" + 6NaN03

(3.14b)

(3.15a)

(3.15b)

Aceasta metoda este deosebit de eficienta si se utilizeaza pentru realizarea devalori DTaproape de zero. Fosfatii precipitati se pot utiliza ca îngrasaminte.

3.4.3. Dedurizarea cu permutiti.

. MetQda de dedurizare a apei cu permutiti (Perm.Naz) se bazeaza pe reactia de .schimb ionic dintre permititi si apa, reactie în urma careia se retin ionii de Ca2.' si Mg2+ din

-- - apa de catre permutii,fiind eliberati în schimb ioni de Na+în cantitate echiva:Jenta. .

Permutitii fac parte din c~tegoria schimbatorilor de iooi si surit si1î1:ati.hidratati dealuminiu si sodiu. In stare naturala se cunosc sub numele de zeoliti. AU o structiJra aranatapermitând realizarea cu usurinta a schimbului ionic.

30

Metoda de dedurizare a apei cu permutiti, prin retinerea tuturor ionilor de Ca2' siMgZ' din apa, Îndeparteaza am~ele tipuri de cluritati, Dtsi Dp,conform ecuatiilor de reactie(3.16) si (3.17). .

Dt Ca(HC03h + Penn.Naz ~ Perm.Ca + 2NaHC03 (3.16a)

Mg(HC03)2 + Perm.Naz ~ Perm.Mg + 2NaHC03 i (3.16b)

(3.17a)

MgCI2 + Perm.Na2 ~ Penn.Mg + 2NaCI (3.17b)

Dupa o perioada de utilizare, pennutitii se epuizeata (nu mai contin suficient sodiupentru a putea schimba cu ionii de Ca2+si Mg2+)si necesita a fi regenerati. Regenerareaconsta În procesul invers: eliberarea ionilor de Ca2+si Mgz+retinuti În procesul direct siÎnlocuirealorcu ionideNa+ printratarecu o solutieconcentratade NaCI,ec. (3.18).

Perm.Me + 2NaCI ~ Perm.Na2 + MeClz , Me = Ca, Mg (3.18)

Metoda aceasta se utilizeaza În special la tratarea apei utilizate ca agent termic.

3.4.4. Dedurizarea cu rasilli schimbatoare de iOlli.

Rasinile schimbatoare de ioni (RSI) sunt compusi macromoleculari depolicondensare, care contin grupari active, grefate pe scheletul macromolecular, gruparicapabile de a realiza un schimb ionic cu solutia -cedeazasi acceptaioni.

RSl care cedeaza si accepta ioni pp.z.itivise numesc rasini.schimbatoare de cationi,sau pe scurt, catiolliti. Cationitii au grupe active de genul-COOH, -SO)-I, etc., caz În careretin din apa cationi (Na+,K'",Ca2+,Mg2+,etc.) si elibereaza ioni H+.

RSI care schimba ioni negativi se numesc rasini schimbatoare de anioni, aniolliti.Grupele active ale anionitilor sunt -OH, -NH2, etc., retinând anioni(Cr, N03-, SO/-, etc.)din solutie si eliberând ioni OW.

Pentru simplificare, notam cationitii cuRH si anionitii cu ROH.Procesul prin care se elimina anionii si cationii din apa (substantele minerale)

poarta numele de demineralizare, iar apa obtinuta se numeste apa demilleralizata. Reactiilecare au loc la demineralizarea apei pot fi reprezentate În ecuatiile (3.19) si 3.20). Conformacestor ecuatii, demineralizarea apei se realizeaza ca În schema prezentata În tig. 3.1.

M+ = cation (3.19)

ROH + X- ~ RX + HO- X-= anion (3.20)

Din ecuatiile de reactie (3.19) si (3.20) rezulta ca în urma tratarii apei cu cationitea va avea un caracter acid, iar dupa tratarea cu anionit, caracterul apei va fi bazic. Deaceea pentru a avea În final apa neutra, cele doua procese (tratarea cu cationit si tratarea cuanionit) vor decurge succesiv. .

31

apa bruta cuanioni + cationi

FIG. 3.1.

apa demineralizaH

Pentru eliminarea duritatii apei este nevoie doar de cationit (trebuie eliminati ioniide Ca2>si Mg2j. Reactiilecare au loc în acestcaz sunt cele descrisede ecuatiile (3.21) si (3.22).

D" Ca(N03)2 + RH2 ~ RCa + 2HN03

MgCI2 + RH2 ~ RMg + 2HCI

(3.21a)

(3.21 b)

(3.22a)

(3.22b)

Instalatia folosita În laborator pentru dedurizarea apei este prezentata În figura 3.2.

Modul de lucru, pentru acest caz, consta În introducerea apei supuse dedurizarii Înpâlnia de picurare (1) de unde se alimenteaza coloana cu cationit (2) cu un debit astfel alesÎncât cationitul sa fie În permanenta acoperit. Pe la partea inferioara a coloanei se recolteazaapa dedurizata În cilindrul (3).

In cazul celorlalte metode de dedurizare, apa de tratat se amesteca cu agentul dedeuzare dupa care se filtreaza.

32

apa bruta cuanioni + cationi

FIG. 3.1.

apa demineralizaH

Pentru eliminarea duritatii apei este nevoie doar de cationit (trebuie eliminati ioniide Ca2.si Mg2j. Reactiilecare au loc în acestcaz sunt cele descrisede ecuatiile (3.2\) si (3.22).

D"

MgCI2 + RH1 --,).RMg + 2HCI

(3.2] a)

(3.21b)

(3.22a)

(3.22b)

Instalatia folosita În laborator pentru dedurizarea apei este prezentata În figura 3.2.

Modul de lucru, pentru acest caz, consta În introducerea apei supuse dedurizarii Înpâlnia de picurare (1) de unde se alimenteaza coloana cu cationit (2) cu un debit astfel alesÎncât cationitul sa fie În permanenta acoperit. Pe la partea inferioara a coloanei se reco]teazaapa dedurizata în cilindrul (3).

In cazul celorlalte metode de dedurizare, apa de tratat se amesteca cu agentul dedeuzare dupa care se filtreaza.

32

FIG. 3.2.

Schema instalatiei de laborator utilizate la dcdurizarea apeicu cationit.

1 - p[dnie de picurare cu apa de tratat,:2 - coloana cu cationit,

3 .. vas de colectare a apei dedurizate.

In cadrul lucrarii de laborator"se vor utiliza diferite metodele de dedurizare.Analiza duritatii totale a apei se va face, În toate cazurile, atât Înaintea cehsi dupa procesulde dedurizare (se determina duritatea totala remap.enta)si se calculeaza eficienta procesuluide dedurizare (procente duritate eliminata diri duritatea initiaia).

Rezultateh.: obtinute se vor prezenta într-un tabel de forma tab. 3.3.

TAH. 3.3. Rezultatele experimentale obtinute la dedurizarea apei

rI

~L

es~..:a

33

dedurizare DT(dO) DT(dO)r

!izata Înaite de tratare dupa tratare Observatii

I

...J

COROZIUNEA METALELOR SI ALIAJELOR

4.1. Consideratii teoretice

Coroziunea reprezinta fenomenul de distrugere partiala sau totala a materialelor Îngeneral si a metalelor În special, În urma unor interactiuni chimice, electrochimice saubiochimice ale acestora, cu mediul Înconjurator.

Dupa mecanismul de desfasurare. procesele de coroziune se pot clasifica În:a) coroziune chimica,b) coroziune electrochimica.

4./.1. Coroziunea chimica.

Reprezinta procesul de distrugere a metalelor si aliajelor În urma reaCtiilorchimicece se desfasoara ]a suprafata acestora În contact cu gaze uscate (de exemplu gaze latemperatura ridicata - peste lOO°C)sau cu solutii de neelectroliti. Ca rezultat al acestorreactii, la suprafata metalelor se formeaza pelicule de coroziune care pot fi pelicule deoxizi, sulfati, cloruri, etc. Proprietatile acestor pelicule influenteaza desfasurarea ulterioaraa procesului, putând proteja sau nu metalul.

In coroziunea chimica cel mai frecvent agent coroziv este oxigenul atmosferic.Oxidarea metale]or În aer, la temperaturi ridicate, se desfasoara conform reactiei generale(4.1).

(4.1 )

Coroziunea chimica se produce de obicei uniform, pe Întreaga suprafata ametalu]ui ce se afla în contact cu agentul de coroziune. Acest tip de coroziune poate duce laformarea unui strat care protejeaza metalul Împotriva coroziunii ulterioare, În acest cazviteza de coroziune micsorându-se cu timpul.

Pentru a avea rol protector, peliculele de coroziune trebuie sa fie stabile, aderente,compacte, continue si omogene.

In urma coroziunii chimice se poate forma însa un strat poros, neprotector, carepoate fi usor solubil în mediul înconjurator si care permite ca procesul de coroziune sa sedesTasoarepâna la distrugerea totala a metalului respectiv sau pâna la epuizarea agentuluide coroziune.

Ca exemplu de coroziune chimica se poate considera coroziunea otelului ]atemperatura înalta În prezenta vaporilor de apa, a oxigenului, hidrogenului si bioxidului decarbon, Însotita de fenomenul de decarburizare (oxidarea carbonului) superficiala ca

34

rezultat al descompunerii cementitei, Fe3C. Reactiile responsabile de decarburizare suntdiferite, În functie de mediu si temperatura, ec. (4.2). Daca viteza de difuziune a carbonuluidin interiorul metalului spre suprafata este mai mare decât viteza de oxidare a metalului,atunci are loc decarburizarea în profunzime. Din aceasta cauza, adaosuri de aliere caremicsoreaza difuziunea (AI, W) trebuie sa duca la stabilizarea otelului.

(4.2a)

(4.2b)

(4.2c)

(4.2d)

Dependenta vitezei de coroziune de temperatura, în diferite gaze uscate, exprimataprin cresterea în greutate a metahdui ca urmare a reactiilor cu agentul coroziv, este ilustrata,pentru câteva metale, în tabelul 4.1. .

TAB. 4.1. Cresterea în greutate a metalelor în gaze uscate, în mg!cm1în 24h

4.1.2. Coroziultea electroc/zimica.

Se desfasoara sub actiunea solutiilor de electroliti (conduc curentul electric fiindconductori ionici) cu care metalul vine în contact. Caracteristic pentru acest tip decoroziune este aparitia unui curent electric ca rezultat al transferului de electroni.

Pentru o mai buna întelegere a fenomenului, consideram sis.temul electrochimicformat din doi electrozi (conductori electronici), unul din zinc si unul din cupru, aflati într-osolutie de electrolit (de exemplu acid sulfuric diluat). Cei doi electrozi sunt scurtcircuitati laexterior prin intermediul unui galvanometru, asa cum se poate observa în fig. 4.1. La

35

Temperatura, Metalul Gazulac O2 H20 COz S02

Fe 51,1 62,2 58,7 35,4Cr 0,47 0,05 0,27 0,16

700 Ni 0,96 0,03 0,39 92,3Co 3,7 0,8 2,7 59,8Cu 12 3,3 6,5 0,13W 41,2 2,1 13,9 47Fe 124,3 57,5 113,3 500Cr 2,2 I,? 1,3 3,2

900 Ni 2,8 1,4 3,6 83,7Co 93,1 25,9 44,3 163,3Cu 43,9 15,3 12,3 0,2W 376,2 179,2 13,9 29

închiderea circuitului, prin galvanometru vatrece un curent elecn-ic, sensul de miscare alelecn-onilorfiind de la electrodul de zinc sprecel de cupru. La trecerea curentului electricprin interfaza conductor electronic/conductorionic trebuie sa se petreaca o reactie chimicala limita de separare a celor doua faze,respectiv o reactie de acceptare de electroni(reducere) si una de cedare de electroni(oxidare). Aceasta înseamna ca pe electrodulde zinc se va produce o reactie de oxidare, elfiind anod, iar pe cel de cupru una dereducere, acesta devenind catod. Reactiaanodica consta în oxidarea zincului metalic laioni de zinc, ecuatia de reactie (4.3), iarreactia catodica este data de reducerea ionilorde hidrogen la hidrogen elementar, ec. (4.4).element galvanic (produce curent electric).

In mod similar sepetrec lucrurile daca celedoua metale nu sunt legateprintr-un circuit exterior cisunt lipite unul de altul. Estecazul În care metalul careconstituie catodul (cuprul)

o " se gaseste sub forma deimpuritate în metalul careconstituie anodul (zincul).In acest caz se formeaza unmicroelemcnt galvanic,situatia aceasta fiinddescrisa de figura .4.2. Intoate aceste cazuri spunemca metalul de baza careformeaza anodul si care seconsuma se corodeaza. Impuritatea se mai numeste si incluziune catodica.

al1od: Zn ~ Zn 2++ 2e

catod:

(4.3)

(4.4)

so

u

tie

...

FIG. 4.2.

00' 'u.O ou .~C~:msiQ~r~D.4..j;~~yt..g.9n.~[!lLC!~u.Qjf:Qlvarcanodica a unui JT&lal.Qilrccarc;,aceastadecurge dupa e.cuatia de reactie (4.5)

Me ~ Me z+ + ze

36

(4.5)

2e

tH2+--'\1 !Ztt

" 2+Zn

Znso;-

ICu

-FIG.4.1.

Acest sistem electrochimic constituie un

In general, dintre mai multe metale se va coroda acel metal care este cel maiputernic reducator (se oxideaza cel mai usor), acesta fiind metalul cu potentialul normalredox EOMei Me" cel mai mic -cel mai negativ. . .

Procesul catodic, complementarul procesului anodic mentionat mai sus, este diferitÎn functie de mediul În care se afla metalul. Cele mai frecvente procese catodice sunt:

- reducerea ionului de hidrogen, ee. (4.6),- reducerea oxigenului molecular, ec. (4.7),- reducere~unui alt depolarizant, de exemplu un ionmetalic, ee. (4.8).

(4.6)

(4.7)

(4',8a)

(Li,8b)

Cele doua procese, de oxidare la anod si de reducere la catod, se desfasoarasimultan, cu viteza egala, la un potential numit potential de coroziune Ecor'acesta situându-se Între potentialul normal redox al metalului care se corodeaza EOMeI Me" si potentialulredox al depolarizantului care se reduce la catod EOdep'

(~,9)

Pentru masurarea vitezei de coroziune se pot utiliza mai multe metode, dintre carecele mai uzuale sunt: metoda gravimetrica, metoda electrochimica si metoda volumetrica,

Metoda gravimetrica urmareste variatia masei probei datorita coroziunii. Variatiade masa se raporteaza la timp si suprafata si se exprima În g/(m2h). Metoda se aplica Încazul coroziunii uniforme.

Metoda electrochimica se bazeaza pe relatia directa dintre viteza de c:oroziunesiintensitatea curentului ce se fonneaza ca urmare a transferului de electroni. In aceastametoda se determina intensitatea curentului anodic la (A), viteza de coroziune e~primându-se tot În g/(m2h). :

Metoda volumetrica consta În masurarea directa sau indireca a volumului dehidrogen care se formeaza În unna ~educerii lacatod a ionului H+, Volumul de hidrogeneste legat de masa metalului care se dizolva prin ecuatiile de reactie (4.5) si (4.6), astfel case poate determina viteza de coroziune. Daca reactia catodica este data de reducereaoxigenului, se va masura volumul acestuia, procedeul bazându:-;sepe ec. (4.5), (4.7),

4.1.3. Indici de apreciere a coroziunii.

Rezistentala coroziunea metalelorÎn mediiagresivese apreciazaprin:

-indicele gravimetric, /,'u" care reprezinta variatia de masa a epruvetei (mcor)ca rezultat alcoroziunii, raportata la timp (t) si suprafata probei (S), relatia (4.10).

Icol = mco/(S.t) [g/(m2.h)]

37

(4.10)

- indicele de penetratie, P, care reprezinta variatia de volum a probei corodate (Vco,),raportata la timp si suprafata, relatia (4.11).

P = VCOI/(S.t) (4.11)

Indicele de penetratie reprezinta adâncimea medie de patrundere a coroziunii În metal.

Relatia dintre cei doi indic) este data de ecuatia (4.12) în care p reprezinta densitateametalului exprimata în g/cm'.

P = (Ico,/p)-(8760/1000) [mm/an]

(4.12a)

(4.12b)sau

Relatia (4.12b) este mai utilizat~, 8760 reprezentând numarul de ore dintr-un an. iar 1/1000factorul de transfonl1aredin cm'/m2 în mm.

- indicele volumetric de hidrogen, care se refera la volumul de hidrogen degajat În procesulde coroziune În mediu acid, raportat la timp si suprafata probei.

. In functie de indicele de penetratie, P, s-au constituit grupe de rezistenta ametalelor la coroziune, tabelul 4.2.

TAB. 4.2. Grupe de rezistenta a metalelor la coroziune

4.2. Determinarea vitezei de coroziune prin masurarea directa a volumuluide hidro2en de2aiat ( metoda volumului de lichid dislocuit).

4.2.1. Aparatura si materiale.

Instalatia utilizata În cadrul lucraii de laborator este prezentata În figura 4.3. Ea secompune"dinpâlnia (1) atasata biuretei (2). Pâlnia este introdusa În vasul (3) care continemediul coroziv. Tot În solutie, sub pâlnie, se introduce si proba (4). Biureta este prevazutacu un robinet (5) la partea superioara sau cu o cIema si un tub de cauciuc (6).

Proba este constituita dintr-o placuta de zinc fixata Într-un suport.Agentul coroziv .esteformat din HCI 5% sau H2S045%.Alte materiale: solutie'NaOH 5% (degresant), solutie H~S04 20% (decapant), apa

distilata, hârtie abraziva.

38

Grupa de rezistenta P (mm/an) Gradul de rezistentaPerfect stabile 0,001 1

Foarte stabile 0,001-0,005 20,005-0,01 3

Stabile 0,01-0,05 40,05-0,1 5

Stabilitate scazuta 0,1-0,5 60,5-1 7

Foarte putin stabile1-5 8

5-10 9lnstabile > 10 10

., 6

2

4FIG. 4.3.

Schema instalatiei de laborator utilizata ladeterminarea vitezei de coroziune prin masurareadirecta a volumului de hidrogen

3

4.2.2. Mod de lucru.

Proba metalica se masoara cu un subler (pentru a-i determina .i'uprafata), securata cu hârtie abraziva, se degreseaza cu solutie NaOH 5% si se spala cu apa de robinet.Apoi se supune unui atac chimic prealabil cu H]S04 20% pâna când suprafata sa seacopera cu un strat de bule de hidrogen, se scoate din solutia de activare, se spala cu apade robinet si se clateste cu apa distilata.

Piesa astfel pregatita, fIXata in suport, se introduce in vasul (3), sub pâlnia (/), iarlichidul din vasul (3) se aspira prin tubul de cauciuc (6) pâna la umplerea biuretei (2) Idgradatia din partea de sus, dupa care se inchide robinetul (5). Se noteaza nivelullichiduluidin biureta si se porneste concomitent cronometrul. Gazul care se formeaza (hidrogen'til),se acumuleaza in biuretafiind captat cu ajutorul pâlniei si dislocuieste solutia din aceasta.Pentru o mai buna desprindere a bulelor de gaz de pe proba de metal se recomandautilizarea unui agitator in vasul (3).

Dupa trecerea timpul de coroziune stabilit, 10-20 min., se citeste volumul de-gaz(V~ care s-a format, acesta reprezentând diferenta dintre reperele citite pe biureta' lasfârsit si la inceput. .

La sfârsitul determinarii,se deschidecugrija robinetul (5). iar placa de zinc se scoatedin agentulcorozivsi se spala cu multaapa derobinet, dupa care se usucaprin stergere.

4.3. Determinarea vitezei de coroziune prin masurarea indirectA a'volumuluide hidro2en de2aiat (metoda volumului de lichid scurs).

4.3.1. Aparatura si materiale.

lnstalatia folosita În cadrul lucrarii de laborator este prezentata În figura 4.4. Ea-secompune din vasul (1) prevazut cu dop la orificiul de la partea superioara si cu un racordlateral la partea inferioara, acesta din urma fiind prevazut cu un robinet (2). Proba de metal(3) se fixeaza de dopul vasului (1) si se introduce în agentul coroziv din acesta. Volumul delichid care se scurge din vas pe la partea inferioara se capteaza în cilindrul gradat (4).

Celelalte materiale sunt aceleasi ca la metoda anterioara (v. 4.2).

39

3

F1G. 4.4.Schema instalatiei de laborator utilizata ladeterminarea vitezei de coroziune prin masurare~indirecta a volumului de hidrogen.

4)

/

" 4.3.2. Mod de lucru.

Pregatirea probei se realizeaza lafel ca mai sus (v. 4.2.2).Proba pregatita (3) se fIXeaza de dopul vasului (1) si se introduce complet În

solutia coroziva .din vas, robinetul (2)fiind inchis. Dopul se fIXeaza astfel Încât vasul sa fieÎnchis etans. Se deschide robinetul (2) lasând lichidul sa curga pâna la egalizarea presiuniidin va$ul (1) cu presiunea atmosferica, moment În care lichidul nu mai curge. Acum seporneste cronometrul si. concomitent, se citeste nivelul lichidului din cilindrul gradat.(pentru o determinare mai precisa, cilindrul gradat (4) se poate Înlocui cu o biureta). Intimpul procesului de coroziune, hidrogenul degajat creeaza o suprapresiul1e În vasul (1)ceea ce va determina .scurgerea lichidului prin robinetul (2). In cadrul lucrarii se vamasura volumul delichidscur.s Într-un anumit interval de timp de coroziune, de 10-20minute. Volumul de lichid scurs În acest interval reprezinta volumul de hidrogen degajat Înperioada de coroziune (VgJ. .

La sfârsitul determinarii, se Închide robinetul (2), iar placa de zinc se scoate dinagentul corozivsi se spala cu multa apa de robinet, dupa care se usuca.Observatie. In loc de zinc se poate utiliza fierul În lucrare, modul de lucru si cel de calculramânând la fel.

4.4. Prelucrarea rezultatelor.

. 000 Volumul' de hidrogen (Yg),determinat experimental, se va aduce În conditiinormale, Yo,cu ajutorul legii generale a gazelor, relatia (4.13).

'Yo = Yg'(p - h).273 I [760.(t + 273)] (4.13)

În care:

Vg- volumul de gaz masurat'in conditiile reale (dm3),p - presiunea atmosferica în momentul determinarii (mmHg), ,h . tensiunea vaporilor de apa la temperatura de lucru (mmH!s),v. tab. 4.3,t - temperatura gazului în ce.

40

TAB. 4.3. Tensiunea de vapori a apei, h, la diferite temperaturi (mmHg)

Considerând reactia zincului cu solutia coroziva:

(4. 14a):!

Zn + 2HCl ~ ZnCI2 + Hzt (4.14b)

se observa ca, În conditii normale, un atom gram de zinc elibereaza un volum molar dehidrogen (22,4 dm\ Rezulta ca masa de metal care a eliberat un volum Vode hidrogen seva calcula cu relatia (4.15)

meal" = V o.AJ22,4 [g] . (4.15)

în care A reprezinta masa atomica a metalului. Azo = 65,4 si AFc= 56.Cu ajutorul meorse vor calcula în continuare:

- indicele gravimetric leor.relatia (4.10) si .. indicele de penetratie P, relatia (4.12b),tinând seama de densitatea metalului: PZo= 7,25 glcm3,PFe= 7,86 g/cm3.

Pe baza rezultatelor obtinute În lucrare se va aprecia grupa si gradul de rezistentaalmetalului cu ajutorul tabelului 4.2.

Rezultatele finale se vor trece în tabelul 4.4.

TAB. 4.4.

41

tOC

I

16 I 17 I 18 I c '19 . r'"'' 20

h 13,6 14,5 15,5 15,5 I 17,5

tOC I 21 2+ 23 -24 . I < 25.f.. .

h ,f ,i, ';;. :. 18,6. . '19,6 21,1 , 7,4" I 23,8

tOC 26 27 28 I 29 I 30

h 25,3 26,8 28,4 I 30,1 I 31,8

.

Metalul Solt;a S t Vg Vo meor ' leor p.Obs.

utiliza t coroziva m2 ore mi dm3 g g/(m2h) , mm/an

AGRESIVIT ATEA APELOR ASUPRA BETOANELOR

5.1. Consideratii !!enerale

Apele care vin În contact cu elementele sau constructiile din beton si beton armat,au o actiune agresiva asupra acestora prin conditiile deosebite create de prezenta apei.Actiunea agresiva a apei se manifesta atât direct, fiind datorata compozitiei apei, cât siindirect, datorita mediului favorizant producerii unor fenomene cu actiune nociva asupramaterialului de constructie.

Gradul de agresivitate al apelor care vin În contact cu betonul este stabilit deprevederile din STAS 3349/1-83 si se aplica la toate categoriile de constructii cu exceptiileurmatoare:- constructii hidrotehnice masive,-amenajari hidroenergetice sau betoane expuse actiunii apei de mare.

Pentru asigurarea durabilitatii elementelor si constructiilor din beton si betonarmat, În functie de natura si gradul de agresivitate al apei, este obligatorie adoptarea înfazele de proiectare si executie a masurilor de protectie primara si, dupa caz, a celor deprotectie suplimentara.

Pentru cazurile speciale, stabilirea masurilor de protectie primara si, daca estecazul, de protectie suplimentara, se face de catre un institut de specialitate. Cazurilespecia le se considera urmatoarele:

a) elementele si constructiile din beton precomprimat;b) apa pr~zinta, Înafara unei agresiviiati de deza1calinizare, grad de agresivitate

slaba pentru doua sau mai multe naturi de agresivitate;€.:)temperatura apei depaseste 50°C;d) presiunea apei depaseste 1,700 MPa;e) apa este impurificata cu substante organice;j) apa contine hidrogen sulfurat;gj orice alte situatii în care la proiectarea constructiei se apreciaza ca aceasta

reprezinta un caz deosebit prin importanta sa, prin posibilitatea modificarii ulterioare achimismului apei sau prin' nivelurile ridicate ale concentratiei unor saruri sau alte substante.

5.2. Stabilirea !!radului de a!!resivitate al apei.

Natura si gradul de agresivitate al apei se stabilesc conform prevederilor dintabelul 5.1 (cu exceptia apelor din Marea Neagra) luând În considerare valoarea maxima aconcentratiei agentului agresiv Înregistrata În cadrul determinarilor efectuate asupra apelorde pe amplasamentul obiectivului sau în imediata lui vecinatate.

42

TAB. 5.1. Stabilirea gradului agresivitatii apelor asupra betoanelor

5.3. Masuri de protectie

5.3.1. Masuri'de protectie primara

Masurile de 'protectie primara se stabilesc în functie de natura si gradulagresivitatii apei si constau în stabilirea datelor ce urmeaza.

a) Tipul de ciment care va fi utilizat.b) Gradul de impermeabilitate cerut betonului.c) Valoarea maxima a raportului AlC (apa/ciment).d) Dozajul minim de ciment (kg ciment/m3de beton).

Pentru alegerea tipului de ciment se au în vedere datele prezentate în tabelul' 5.2.In tabele sunt prezentate atât denumirile noi cât si cele vechi ale cimenturilor.

Limitele specifice ale conditiilor tehnice de la punctele b), c) si d) în functie degradul de agresivitate, pentru asigurareaunei protectii primare, sunt prezentate în tabelul 5.3.

Datele din tebelul 5.3 pentru dozajul minim de ciment se refera la agregate (pietris,nisip, balast, piatra sparta, etc.) cu diametrul maxim, dmax=31,5 mm. In cazul utilizariiagregatelorcu dmaxdiferit,valoriledate în tabel se multiplicacu coeficientulCI din tabelul5.4.

43

-GRADUL AGRESIVITATIl

-,Nr. NATURA --, .crt. AGRESIVlT Ath '''foarte

slaba intensa foarteslaba intensa

1. General acida, pH - 6,5-5,6 5;5-4,5 <4,52. Carbon;ca (C02 liber), mg!dm3, entru

duritatea s2,0 10-14 15-30 31-60 >60

Dt în °G 2,1-6,0 15-29 30-60 61-90 >90de: 6,1-15,0 15-29 30-90. 91-150 >150

> 15,0 < 300 300 - -3. Sarllri de amoniu 50--99 100-200 201-500 >500

(NH/), mg!dm34, Magnez;ana 100-199 200-1000

1001-> 3000

(Mg2+),mgldm3 30005. Sulfatica cazul 1: 1001-2500

(SO/), 150-249 250-500 501-1000 cazul Il: 2501-5000

mgldm3 cazul Il1:>50006. Dezalcalinizare

(HC03), mg/dm3 - <120 - -(duritate,oG) «7)

7. Oxizi alcalini17,5-25 >25

(OW), gldm3- -

8. Continutului total 10-20 20,1-50 > 50de sdruri, gldm3

-

TAB. 5.1. Stabilirea gradului agresivitatii apelor asupra betoanelor

5.3. Masuri de protectie

5.3.1. Masuri de protectie primara

Masurile de protectie primara se stabilesc în functie de natura si gradulagresivitatii apei si constau în stabilirea datelor ce urmeaza.

a) Tipul de ciment care va fi utilizat.b) Gradul de impermeabilitate cerut betonului.c) Valoarea maxima a raportului AlC (apa/ciment).d) Dozajul minim de ciment (kg ciment/m3de beton).

Pentru alegerea tipului de ciment se au În vedere datele prezentate în tabelul' 5.2.In tabele sunt prezentate atât denumirile noi cât si cele vechi ale cimenturilor.

Limitele specifice ale conditiilor tehnice de la punctele b), c) si d) în functie degradul de agresivitate, pentru asigurarea unei protectii primare, sunt prezentate în tabelul 5.3.

Datele din tebelul 5.3 pentru dozajul minim de ciment se refera la agregate (pietris,nisip, balast, piatra sparta, etc.) cu diametrul maxim, dmax=31,5 mm. In cazul utilizariiagregatelorcu dmaxdiferit, valoriledateÎn tabel se multiplicacu coeficientulCI din tabelul5.4.

43

. -"

Nr. NATURA-.... . . GRADUL AGRESIVITATII

crt. AGRESIVlT ATII : 'foarte slaba intensa foarteslaba . intensa

1. General acida, pH - 6,5-5,6 5;5-4,5 <4,52. Carbonica (C02 liber), mg/dm>, entru

duritatea s 2,0 10-14 15-30 31-60 >60

Dt în °G 2, I-6,0 15-29 30-60 61-90 >90de: 6,1-15,0 15-29 30-90 91-150 >150

> 15,0 <300 300 - -3. Sarllri de amoniu

50--99 100200 201-500 >500(NH/), mg/dm3

4. Magneziana 100-199 200- I0001001-

> 3000(Mg2+),mg/dm3 3000

5. Sulfatica cazul 1: 1001-2500

(SO/-), 150-249 250-500 501-1000 cazul II:2501-5000

mg/dm3 cazul II1:>50006. Dezalcalinizare

(HC03l, mg/dm3 - <120 - -

(duritate, °G) «7)7. Oxizi alcalini

17,5-25 >25(OW), g/dm3

- -

8. Continutului total 10-20 20, 1-50 > 50de sdruri, g/dm3

-

T AR. 5.2. Alegerea tipului de cHrterlt.

.,

Natura

agresivitatii

Agresivitatede dez-

alcalinizare

Agresivitatecarbonica

Agresivitateî..":,agneziana

Agresivitateasarurilor de

amoniu

Agresivitateaoxiziloralcalini

. .

Gradul

deagresi-vitate

slaba~. ..".- ~.

slaba

intensa

si f.intensa

slaba

inte1'tsasif.

intensa

slaba

intensa. si f.intensa

slaba

intensa

Tip de ciment (denumirea noua/denumirea veche)

I

,.1 i;z: a:; a:; , ! I10 VJ, VJ, '"7 a:; I

I

10 1. !. N N ~

I

Mi.~ t') t') VJ, VJ, VJ, It')I 10 i< ~ ~ ~ ~1~

I~itfi

:::; ~ I ~ - _1

-1 < I-i= = =.::; ::;,Cl::I=!:I:!:E ::;1:E1

1

~ ~Icn, a:;! !~ ~ I ,-, U U: I cn' I:I:U ,. I - I I I ;

i U i U 1 i ii!F25 I M30 i Pa35 I P40 I P45 ISR3SlsIWSt-H35 i HZ35

.....

U* U! u

10

Mt')rn

~-

u UU* R U U

1 U* R U U U U U U

I 1 R U U U

u RU* "u

u u

U* U u 1 u

u R

lJ* U* U U .I U ,'~'

U U

1 U* u 1 U U

R U

I U* R

LJ u

I I 1 u

I U* U U**

Observatii:. R -ciment recomandat cu precadere;

',' .. U ~dilitmt\t'tilizabil;-' " : r-ciment interzisdin'punctde vederetehnic;

Y*- utilizarea cimentului este conditionata de sporirea dozajului minim de cimentcu 10% si reducerea A/C cu 0,05; .

U** - utilizarea cimentului SR IlIA-P 42,5 (SRA, 35) cutr.as (adaos la beton dintufuri vulcanice) se interzice; ,

U*** -utilizarea cimentului este conditionata de utilizarea la prepararea betonuluia 100 kglm3 cenusa de termocentrala, ca adaos.

U I I

I U* R U**I I

44

TAB. 5.3. Celelalte masuri de protectie primara

TAB. 5.4. Coeficientii de corectie În functie de diametrul agregatelor

Masurile de protectie primara pentru agresivitatea sulfatica sunt prezentate Întabelul 5.5. În care datele se refera la agregatele cu dmax=31,5 mm. In cazul utilizariiagregatelor cu dmaxdiferit, valorile date În table, pentru dozajul minim de ciment. semultiplica cu coeficientul CI din tabelul 5.4.

5.3.2. Masuri de protectie suplimentara

Masurile de protectie suplimentara se stabilesc, dupa caz, de catre un institut despecialiltate si se refera la:

-hidroizolatie; " .. "

- tratamente superficiale (fluatare, ocratare);- acoperiri de protectie anticoroziva (peliculizari);- marirea sectiunii elementelor din beton si beton armat fata de sectiunea rezultata

din calculul de rezistenta;- reconsiderarea stratului de acoperire al armaturii cu beton;-drenarea apei.

45

Gradul agresivitatiiTipul de Caracteristicaslaba intensasibeton foarte slaba

foarte intertsa-

P410grad de 10"-

p,timpermeab ilitate

raport NC, 0,80 0,60 0,55Betonmax.

simpludozaj minim e ciment, 225 300 350

kglm>grad de

o"

P410 PglO-impermeabilitate

raport AIC, 0,75 0,60 0,50Betonmax.

armatdozaj minim de ciment, 260 325 390

kglm3

d ma.x agregate (mm) 16 71

CI 1,10 0,90

TAB. 5.5. Masurile de protectie primara pentruagresivitatea sulfatica

* m.s.p. - cu masuri suplimentare de protectie

46

.- -

Gradul de . Tip de Grad deRaport

Dozaj minim deagresivitate ciment, imper- ciment (kglrh\sulfatÎca, denumire noua meabili- A/C

pentru beton. mg/dri13 '. (denumireveche) 'tate max. armat simplu

CEM III/A 32,5N -(F25)

Foarte slaba CEMII/B-S32,5R0,75 270 240-

CI50-249) (M30)CEM II/A-S 32,5 R

! ." - (Pa35)

CEM IIIIA 32,5N - 350(f25) .

CEM IIIB-S 32,5 R360 330Slaba (M30)

P410 0,60(250-500) CEM IIIA-S 32,5 R(Pa35)

360 330

H II/Â-S 32.5340 300

(Hz35)CEM II/A-S 32,5R*

P8'o 0,50 390 350(Pa35)

H I 32,5..Intensa (H35)

365 330(501-1000) H IIIA-S 32,5

P4'O 0,55.. . (Hz35)

SR IIIA-S 32,5350 310.

(SRA35) . . ..

H 132,5,. (H35) .--'"

0,45 450 410Foarte intensa H II/A-S 32,5

cazul 1 (Hz35)PSIO

(1 0002500)SR 132;5 . ..(SR35) ,

0,50 410 370SR II/A-S 32,5

(SRA35)H I 32,5 *

(H35) . .

Foarte intensa H II/A-S 32,5 *

cazul Il ' (Hz35)P810 0;45 450 410

(2501-50CfO)SR 132,5(SR35)

SR IIIA-S 32,5(SRA35)

Foarte intensa, . SR T32,5 *

cazul 1\1 (SR35)P810 0,45 450 410

( >5000)SR IT/A-S 32,5 *

(SRA35)

5.4. Exemplu

[n continuare se va prezenta un exemplu de aplicare a determinarii agresivitatiiapei asupra betoane[or si de stabilire a masurilor de protectie corespunzatoare.

Sa se determine natura agresivitatii si gradul acesteia În cllzul unei ape careactioneaza asupra unei constructii din beton armat, cu diametrul maxim al agregatelordmu.,=31,5 mm. Sa se stabileasca masurile de protectie primara daca analiza chimica aapei este cea data in buletinul de analiza din tabelul 5.6.

[n conformitate cu tabe[ul 5. [, se constata ca apa prezinta agresivitate carbonicaslaba si agresivitate sulfaticafoarte intensa, cazul/.

Alegerea cimentului se face cu ajutorul tabelului 5.2 (pentru agresivitateacarbonica) si 5.5 (pentru agresivitatea sulfatica). Tipurile de ciment care se preteaza pentrucele doua tipuri de agresivitati sunt trecute în tab. 5.7.

TAB. 5.6. Tabel cuprinzând compozitia apei, conform bul~tinului de analiza

TAB. 5.7. Alegerea cimentului pentru exemplul considerat

Observatie: deoarece cimenturile recomandate pentru agresivitatea sulfatica suntutilizabile si pentru agresivitatea carbonica, se va alege unul din cele patru tipuri de cimentrecomandate pentru agresivitatea sulfatica (în functie de alte criterii, de exemplu criteriuleconomic). Pentru cazul concret alegem cimentul H l 32,5 (H35).

Conditiile impuse betonului în cadrul exemplului considerat, sunt prezentate întabelul 5.8 si sunt stabilite cu ajutorul tabelelor 5.3, 5.4, 5.5.

47

Parametrul HC03- Dt COz liber cr SO/- M 1,pH

1 g-urmarit (mgldm3) (oG) (mgldm3) (mgldm3) (mgldm3) (mgldm3)

valoarea 6,9 146,4 [4,3 35,2 26,6 1891 18,[

Caz+ NH/ OW N03- Subst. organice Cantototalade saruri(mg/dm3) (mgldm3) (mgldm3) (mgldm3) (mgldm3) (mg/dm3)

48,3 urme 2,5 urme 18,9 120

Agresivitatea considerata Tipul de ciment recomandat

carbonica slaba CEM IlIA-S 32,5R (Pa35)

sulfatica intensa, cazul 1H 132,5; H llIA-S 32,5; SR 132,5; SR IlIA-S 32,5

(H 35, HZ 35, SR 35, SRA 35)

TAB 5.8. Gradul de impermeabilitate, raportul AlC maxim, dozajul minimde ciment H ] 32,5 (H 35), pentru exemplul luat in calcul.

Observatie: pentru asigurarea durabilitatii betonului se aleg conditiile agresivitatiisulfatice, deoarece acestea sunt acoperitoare si pentruagresivitatea carbonica.

Din cele prezentate, rezulta ca tipul de agresivitate si masurile de protectieprimara pentru exemplul luat in considerare sunt:

.. - agresivitate sulfaticafoarte intensa - cazul I si agresivitate carbonica slaba;- tipul de ciment: H I 32,5 (H35);-gradul de impermeabilitate: p/II;- raportul ma;I:imAIC: 0,45 ;

- dozajul minim de ciment: 450 kg/ml.

. Dintre masurile de protectie suplimentara se poate alege, de exemplu. peliculizaresupeJiiciala pe baza de bitum.

48

Dozaj minim de

AgresivitateaGradul de Raportul A/C ciment

impermeabilitate maxim H l 32,5 (H35),(k.g/m3)

carbonica slaba P410 0,60 325

sulfatica intensa,PglO 0,45 450cazu] I