Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Сычев, М. М. Неорганические клеи

.pdf
Скачиваний:
26
Добавлен:
20.10.2023
Размер:
7.81 Mб
Скачать

кристаллогидратов сульфатов и хлоридов некоторых металлов с помощью метода ИК-спектроскопии [23, 38]. Получены спектры исходных гидратов прокаленных и затвердевших солей на ос­ нове некоторых сульфатов и хлоридов. Эти спектры свидетель­ ствуют о том, что во время хранения образцов происходит изме­ нение полос колебаний ОН-групп. В то же время установлено, что и прочностные характеристики также меняются симбатно изменениям, наблюдаемым на спектрах. Размыванию полос в спектре во времени соответствует сброс прочности. В то время, когда образцы набирают максимальную прочность, в макро­ структуре камня наблюдается более упорядоченное состояние воды, о чем свидетельствует лучшее разрешение полос валент­ ных колебаний воды. Наблюдаемые периодические изменения прочности во времени и связанные с ними изменения в спектрах позволяют говорить о динамическом состоянии макроструктуры камня. Изучение спектров образцов, затворенных тяжелой водой, привело к аналогичным результатам. В табл. 5 приведены вяжу­ щие свойства кристаллодейтератов.

 

 

 

 

 

Таблица 5

Основа

Температура

 

Дсж образца,

кгс/см2

 

обезвожива­

 

 

 

 

клея

ния,

через

'через

через

через

 

°С

сутки

3 суток

7 суток

10 суток

SrCl2

300

375

247

345

285

СоС12

300

185

175

235

210

N iC l2

300

185

318

195

200

C a S 0 4

150

ПО

80

115

117

M g S 0 4

250

313

300

280

400

C 0 S 0 4

250

60

75

45

45

N iS 0 4

350

175

223

177

170

Следует отметить, что метод ИК-спектроскопии может ис­

пользоваться при тщательном исследовании процессов,

происхо-

 

 

 

 

 

Таблица 6

 

Ж : т,

 

Дсж образца, кгс/см2

 

Основа клея

 

 

 

 

мл/г

через сутки

через 3 суток

через 10 суток

 

 

MgCl2

0,57

390

480

 

480

СаС12

0,38

240

210

 

270

SrCl2

0,52

360

300

 

300

CdCl2

0,41

30

150

 

165

СоС12

0,94

180

180

 

225

CuCl2

0,57

8

30

 

240

F e S 0 4

0,35

330

390

 

390

N iS 0 4

0,81

150

245

 

165

П р и м е ч а н и е . Затворитель —раствор

ферроцианида

калия

K4Fe(CN)n,

р=1,16 г/смз.

 

 

 

 

 

50

дящйх при твердении. С его помощью можно, например, просле­ дить положение воды в структуре клея.

Поскольку работа клея определяется комплексообразованием, можно получать связующие, используя водные затвори- тели-комплексообразователи [23, 39]. Так, в табл. 6 и 7 даны

 

 

 

 

 

 

Таблица 7

 

Ж : т,

 

Я с ж

образца, кгс/см2

 

Основа клея

 

 

 

 

 

мл/г

через

через

через 7 суток

через 28 суток

 

 

 

сутки

3 суток

C d S 0 4

 

0,24

135

142

173

200

M n S04 ■ Н20

 

0,26

180

195

300

420

FeSO, • Н20

 

0,40

390

330

390

Не определяли

M gCl2

 

0,45

120

180

210

»

СаС12

 

0,53

210

390

Не определяли

»

МпС12

 

1,79

8

90

120

280

Cu(N 03)2

 

0,64

300

360

270

Не определяли

N i(N 03)2

 

0,22

30

45

128

»

CuC03

 

0,45

15

30

68

120

C dC 03

 

0,53

300

330

300

Не определяли

MnF2

 

0,40

75

150

180

300

П р и м е ч а н и е :

Затворитель — 70% йодный раствор этиленднамина, р=0,975 г/смЗ

пределы прочности при сжатии для растворимых

(хлориды, ни­

траты, сульфаты) и нерастворимых (карбонаты меди, кадмия, фториды марганца) солей в сочетаниях с затворителями — рас­ творами ферроцианида калия и этиленднамина. Химические пре­ вращения при таких затворениях сопровождаются, вероятно, образованием более сложных комплексов. Так, карбонаты и фториды не твердеют при взаимодействии с водой (в ней не растворяются) и образуют с этилендиамином комплексное сое­ динение, которое обеспечивает отвердевание системы. В ряде случаев при затворении водными растворами-комплексообразо- вателями наблюдается заметное увеличение прочности, в срав­ нении с затворением водой, например, в случае хлоридов каль­ ция и меди, сульфата марганца.

Интересны реакции присоединения групп HF. Сольватирующая способность фторида водорода связана с растворимостью

фторидов

[40]. Хорошо растворимые фториды легче присоеди­

няют молекулу HF, чем малорастворимые. Образование гидро­

фторидов

(Me^Fy-mHF) возможно и в водных растворах HF,

так как в них происходит автокомплексообразование:

 

Н20 + (л + 1)HF

Н30 + + H„Fn+I

В этой связи в работе [3, с. 76] показано проявление вяжущих свойств NaF, KF, MgF2, BaF2, ZrF4, CoF2, NiF2, затворен­ ными 35% раствором плавиковой кислоты, причем методом

51

ИК-спектроскопии подтверждено образование гидрофторидов в продуктах взаимодействия.

Оказалось,

что максимум прочности (450 кгс/см2) относится

к системе KF—HF, что можно объяснить высокой раствори­

мостью KF и увеличением способности к сольватации в HF с

увеличением

ионного радиуса катионов щелочных металлов

(К+ > Na+ >

Li+). Это, вероятно, связано с уменьшением энер­

гии кристаллической решетки при переходе от 1Л+ к Cs+. Приведенный материал показывает возможность создания

большого числа клеев на основе водосолевых систем и перспек­ тивы их широкого использования.

В табл. 8 показана

адгезия (прочность на отрыв /?отр) клеев

на основе

различных

солей к некоторым материалам. Кроме

того, клеи

на основе

сульфатов некоторых металлов обладают

хорошей адгезией

к стеклу, керамике и нержавеющей

стали.

 

 

 

 

Таблица 8

Основа клея

 

 

ЯOTp образца,

КГС/СМ^

 

сталь

титан

 

латунь

 

 

алюминий

никель

Fe2(S 0 4)3

101

184

159

Не опре­

F e S 0 4

21.

18

19

деляли

 

40

C oS04

48

88

32

55

N iS 0 4

35

18

34

45

M n S04

0

0

17

14

SrCl2

0

0

17

14

MgCl2

26

18

18

0

MnCl2

19

6

17

8

 

NiCl2

16

16

0

26

A12( S 0 1)3

0

14

6

0

M g[SiF6]

0

8

0

10

12

Ai2(H SiF6)6 • Al(OH)3

30

60

7

50

40

A lF3

Ю

30

15

28

20

NiF2

25

35

0

7

24

ZrF4

20

7

7

10

26

Интересны также некоторые электрические характеристики связующих на основе порошков сульфата алюминия, фторида

цинка,

сульфата железа (III)

при

различных

температурах

(табл. 9).

 

 

 

Следует отметить поведение связующего на основе фторида

цинка при нагревании — сперва

его

сопротивление возрастает,

а затем

уменьшается, и материал из изолятора

превращается

в полупроводник.

Водорастворимые связующие нашли применение в металлур­ гии при упрочнении окатышей [149, 150], изготовленных из железоокисного кека. Для этого можно использовать связую­ щие— различные растворимые соли в сочетании с водой [41].

52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 9

Температура

Сопротивле*

igp*

Температура,

Сопротивле-

 

igp*

°с

ние, Ом

°с

 

ние,

Ом

 

С в я з у ю щ и е на о с н о в е

С в я з у ю щ и е на о с н о в е

с у л ь ф а т а

а л ю м и н и я

с у л ь ф а т а ж е л е з а

(III)

194

0,162108

6,9804

290

I

0,9-107

I

6,7324

229

0,9- 108

7,7251

348

I

0,9 - 107

I

6,7324

277

0,161010

8,9750

С в я з у ю щ и е

на

о с н о в е

309

0,431010

9,4044

С в я з у го щ и е на о с н о в е

 

ф т о р и д а ц и н к а

с у л ь ф а т а

ж е л е з а

(III)

86

 

0,151010

 

8,9543

125

12 - 103

3,8574

248

 

0,3210п

 

10,2833

318

 

0,24 • 106

 

5,1584

256

0,52107

6,4942

 

 

269

 

0,68106

 

5,6107

* Р—удельное сопротивление, ОМ'СМ

 

 

 

 

 

 

Показана

возможность

применения сульфатов

железа (II) и

(III), которые вводят обезвоженными при 250—300°С, а затем окатывают при использовании воды, или в виде кристаллогид­ ратов (также с последующим окатыванием с помощью воды). В табл. 10 показана прочность образцов из кека с добавкой 5% обезвоженного и необезвоженного сульфата железа(III). Проч­ ность образцов (d = 10 мм, влажность 10%) определяли на воздухе под давлением прессования 100 кгс/см2. Затворение рас­ творов сульфатов производили из расчета содержания вяжу­ щего в кеке в количестве 5%.

 

 

 

 

 

 

Таблица 10

 

 

 

 

/?сж образца, кгс/см-

 

 

Образец

через

через

через

через

 

 

 

 

 

 

сутки

2 суток

3 суток

7 суток

Кек +

вода

 

54

56

63

52

Кек +

5%Fe2( S 0 4)3

126

151

174

122

Кек +

5%Fe2( S 0 4)3 • 9Н20

163

157

193

135

Кек +

30% раствор

73

95

94

92

Fe2( S 0 4)3-9H20

 

 

 

205

190

Кек +

37% раствор

166

195

Fe2(S 0 4)3 • 9Н20

 

 

 

 

 

Таким образом, использование в качестве вяжущих сульфа­

тов

железа

позволяет

повысить

прочность

сухих

окатышей в

2 — 3,5 раза.

Одним из возможных и весьма

рациональных тех­

нических приемов является введение связующего в виде рас­ твора, о чем свидетельствуют данные табл. 10.

Водосолевые связующие довольно перспективны. При их применении можно использовать сам эффект отвердевания —

53

йапример при грануляции удобрений, когда увлажнение солй является достаточным для «схватывания» и затвердевания. Из­ вестно электрохимическое нанесение покрытий металлов из растворов электролитов. Учитывая, что водосолевые, этилендиаминовые и некоторые другие системы способны отвердевать, вероятно, возможен способ нанесения покрытий методом «твер­ дого электролита». Перспективным, видимо, также является сов­ мещение отвердевания с электрохимическим нанесением па склеиваемый металл слоя другого металла, что должно повы­ сить адгезию клея к металлу.

Что касается использования связующих в качестве клеев и материалов, то оно также весьма перспективно. Дешевые свя­ зующие могут работать в любой среде с органической жидко­ стью или газом, а также в воздушной среде. Цементы-клеи со специфическими свойствами работают в таких же средах. Водо­ растворимые связующие могут представлять интерес для таких технологических процессов, где используется оборудование с разупрочнением после его использования, например в литейном деле при изготовлении водозаборных фильтров. Водораствори­ мые связующие можно использовать при изготовлении катали­ заторов.

СОЛЕЩЕЛОЧНЫЕ КЛЕИ-ЦЕМЕНТЫ

В данном разделе рассматриваются высококонцентрирован­ ные системы, которые отвердевают благодаря образованию аквакомплексов основных или средних солей, или гидроокисей в смеси с ними, за счет реакций порошкового компонента со щелочным затворителем. Известны работы [42, с. 8; 43—45], в которых были исследованы связующие свойства систем на основе растворов щелочей. Однако в целом это — новая область, пред­ ставляющая интерес для многих отраслей техники.

В качестве исходной порошковой составляющей использо­ вали природные силикаты и алюмосиликаты, а также промыш­ ленные отходы (шлаки, золы) [42, с. 8]. Вяжущие свойства в си­ стемах, которые твердеют при нормальных условиях, обуслов­ ливаются образующимися по обменной реакции силикатами ка­ лия или натрия и гелем кремневой кислоты. Большое внимание уделено также получению материалов н^/основе природных ма­ териалов таким образом, чтобы в результате различных прие­ мов синтеза (автоклавирование, пропарка, вибропрогрев) стало возможным образование гидроалюмосиликатов калия или нат­ рия. С этой целью в шихту вводят компоненты, содержащие щелочь.

Любой гидрат комплекса основного характера обеспечивает нормальное отвердевание системы, в которой он формируется при соблюдении соответствующих условий (см. гл. I), причем природа и свойства соединений, участвующих в этом процессе, могут быть самыми разнообразными [43, 44]. Это выяснено на

54

основании исследования связующих свойств солей с разной при­ родой катиона и аниона в сочетании с едким кали и едким натром.

Оценку возможности твердения и свойства затвердевшего клея-цемента определяли по прочности на сжатие образцов-ку­ биков, приготовленных из теста пластичной консистенции при

естественных

условиях

хранения

 

 

(табл. 11,

рис.

9).

 

RсШ,кгс/см2

 

Оказалось, что каждой соли от­

 

 

вечает

оптимальная концентрация

 

 

щелочи,

обеспечивающая

получение

 

 

максимальной прочности.

 

 

 

Для систем, проявляющих вя-

 

 

жуще-клеящие свойства, в табл. 12

 

 

приведены

результаты

изменения

 

 

прочностных характеристик во вре­

 

 

мени при оптимальных концентра­

 

 

циях щелочи и соотношений Ж : Т.

 

 

Продукты взаимодействия в си­

 

 

ликатных системах отличаются по-

 

 

лиминеральностью состава, и об­

Концентрацияраст8ораКОЪ;Зес.%

менная реакция часто идет до обра­

Рис. 9. Влияние концентрации

зования гидроокиси и гидрата сили­

ката калия и натрия. В фосфатных

жидкости

затворения (раствор

КОН) на

прочность при сж а­

системах

образуются

гидроокиси

тии образцов, полученных на

или кристаллогидраты основных со­

основе солей меди различных

лей в зависимости от вида соли и

 

кислот.

щелочи;

в

сульфатных системах —

 

 

гидраты основных солей; в системах нитрат бария (стронция) — щелочь образуются кристаллогидраты гидроокисей стронция и бария. Было замечено, что основные соли в системах соли же­ леза — щелочь образуются через гидроокись железа, что хорошо видно по изменению цвета пасты (от темно-коричневого до свет­ ло-желтого), а также по данным петрографического анализа. В литературе имеются данные о возможности первоначального образования в растворе гидроокиси металла, а затем формиро­ вания основной соли на границе раздела между гидроокисью и раствором соли [46, 47]. В целом можно отметить, что состав но­ вообразований в солещелочных системах зависит от:

а) природы и концентрации соли и щелочи; б) способа введения щелочи; в) скорости перемешивания; г) температуры.

Анализу

явлений в этих

системах посвящена работа [48,

с. 48].

перспективность

клеев-цементов нового типа со ще­

Учитывая

лочными затворителями, было предпринято комплексное иссле­ дование ранних стадий твердения некоторых солещелочных систем с использованием методов диэлектрометрии, потенциометрии,

55

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 11

Рас­

 

 

 

йсж образцов через 7 суток, кгс/см;

 

 

твор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОН,

F“

сг

s2-

 

N07

со3-

so?-

НРО? РО3-

 

вес. %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4•

 

 

 

С и с т е м а на о с н о в е с о л е й С и2+

 

 

50

Не

40

10

Не твердеет

90

80

120

210

130

 

твер­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

деет

20

15

 

 

 

 

 

 

 

 

44

То же

 

Не

20

40

45

195

330

420

35

»

15

30

 

Не

20

360

240

210

 

 

 

 

твер­

 

твер­

 

 

 

Н20

 

15

 

деет

 

деет

 

 

 

 

 

 

15

 

То же

 

 

 

 

 

С и с т е м а на о с н о в е с о л е й Мп2+

 

 

50

210

Не

45

 

 

90

10

 

75

45

Не

 

 

твер­

 

 

 

 

 

 

 

 

твер­

 

 

деет

 

 

 

 

 

 

деет

40

40

То же

130

 

105

10

60

45

То же

30

25

»

170

 

160

10

60

45

70

20

Не

»

220

 

 

30

20

 

15

20

Не

 

твер­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

твер­

 

деет

»

 

 

 

 

 

 

деет

10

То же

100

 

20

20

10

20

То же

5

»

»

120

 

10

20

Не твердеет

 

1

225

 

210

 

н2о

120

 

120

 

 

 

 

С и с т е м а

н а

о с н о в е

с о л е й

Fe3+

 

 

50

 

Не

 

 

Не

 

30

 

 

90

540

 

 

твер­

 

твер­

 

 

 

 

 

 

 

 

деет

деет

 

 

 

 

40

 

То же

То же

80

 

180

460

30

_

»

 

 

»

 

60

 

 

330

420

20

 

»

70

 

90

150

10

»

 

»

60

 

45

100

5

*

 

*

150

Не твер­

 

 

 

 

 

 

»

 

 

»

 

 

 

 

деет

1

 

150

 

н 2о

 

»

 

 

30

 

--

пластометрии, химического анализа [43].

На рис. 10 пока­

заны

результаты

исследования

системы

РегОз-ЗБЮг-НгО —

50%

раствор КОН при

удельной

поверхности S yn =

5000

см2/г

и весовом

соотношении

Ж : Т == 0,40.

Сопротивление системы и

ее емкость измеряли в ячейке с бесконтактными электродами; пластометрические кривые рш = /(т) были получены по упро­ щенной методике — непрерывное измерение глубины погруже­ ния иглы прибора Вика для зубных цементов в систему. Степень связывания щелочи а определяли путем обработки навескц

56

Основа клея

анион катион

оптимальнаяконцентра­ щелочиция, вес. %

г/г.Т:Ж

суткичерез

суток3через

Жидкость затвореиия (Ж)

суток7через

суток28через

оптимальнаяконцентра­ щелочиция, вес. %

г/гт:Ж

 

 

 

Ясж образца,

 

 

 

кгс/см?

Таблица 12

R сж образца,

К Г С / С М 2

сутки

3 суток

7 суток

28 суток

через

через

через

через

 

 

Р а с т в о р К ОН

 

 

 

 

Р а с т в о р N a O H

 

Si O f

C u2+

40

0,65

80

370

480

900

40

0,9

280

340

370

450

 

>C o2+

50

0,30

0

50

120

150

50

0,25

0

0

45

230

 

P b 2+

50

0,5

0

15

60

100

50

0,35

50

70

140

200

 

C r3+

50

0,55

120

190

200

300

50

0,4

220

220

190

225

 

M n 2+

30

1,50

0

45

95

140

50

1,5

15

ПО

НО

180

 

F e 3+

50

0,60

225

600

825

1200

50

0,55

380

380

450

800

 

N i2+

30

0,1

30

140

190

0

30

0,8

40

45

180

0

P O f

C u2+

50

0,9

45

100

240

430

50

1,2

100

160

260

300

 

B a 2+

5

0,5

30

30

180

180

5

0,4

15

60

70

75

 

Zn2+

50

0,8

30

80

130

170

50

1,6

225

225

150

150

 

A l3+

50

0,7

90

150

330

360

,50

1,2

80

70

70

70

 

B i 3+

5

0,45

40

100

120

130

5

0,4

20

30

75

НО

 

C r3+

40

1,55

15

45

60

60

40

1,45

190

225

180

260

 

M n2+

50

0,9

30

50

75

120

50

1,75

0

15

15

150

 

F e3+

50

0,7

90

120

200

200

50

0,6

250

50

75

50

 

C o2+

50

0,45

30

135

140

140

_ _

 

 

 

 

 

 

H P O f

C u 2+

35

0,30

270

480

510

480

30

0,4

120

130

150

225

 

B a 2+

40

0,45

190

270

225

225

h , p o :

C u2+

50

0,6

30

150

330

330

40

0,2

10

10

70

140

 

B a 2+

30

0,20

0

30

45

45

50

0,15

90

180

200

420

 

F e 3+

30

0,35

50

150

210

400

,40

0,3

75

1С0

100

135

s o f

M g 2+

30

0,15

30

30

170

180

30

0,30

150

60

85

70

 

Zn2+

0,5

0,2

120

270

30

10

1

0,07

10

15

20

40

 

A l3+

40

1,3

0

30

210

240

40

0,15

60

75

150

150

 

M n2+

1

0,15

210

285

420

60

1

0,12

0

0

30

90

 

F e 3+

1

0,15

15

90

190

300

20

0,12

0

165

240

300

 

C o2+

40

0,20

15

30

60

120

40

0,07

10

10

40

10

n o :

M.£2+

50

0,06

0

30

120

185

50

0,7

0

10

30

220

 

S r2+

50

0,06

0

45

180

180

50

0,6

280

300

285

100

 

B a 2+

50

0,75

150

300

375

105

50

0,5

210

210

280

300

 

C e 3+

20

0,8

50

80

100

140

20

0,09

60

100

120

250

c r

B a 2+

50

0,9

150

195

225

70

50

0,3

30

75

90

50

 

C a 2+

10

0,15

40

165

100

120

10

0,12

150

150

60

90

F “

M g 2+

30

0,9

30

90

90

190

 

Zn2+

1

0,50

210

.180

180

180

_ _

 

 

 

Z r4+

1

0,15

60

160

190

140

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c o f

C a 2+

50

0,90

0

30

130

130

 

 

M n 2+

40

0,55

10

40

150

200

 

 

 

 

 

 

I

57

абсолютным, этиловым спиртом и титрованием спиртовым раство­ ром бензойной кислоты, так как исходная соль и продукты взаи­ модействия нерастворимы в спирте. В качестве регистрирующей части схемы использовали лабораторный pH-метр марки pH-340, подключенный к самописцу [49].

Было обнаружено, что исследованные системы характери­

зуются

быстрым

связыванием щелочи,

и

рост прочности струк­

 

 

 

 

 

туры происходит в случае,

 

 

 

 

 

когда в системе нет свобод­

 

 

 

 

 

ной

щелочи.

Установлено

 

 

 

 

 

также,

что

концентрация

 

 

 

 

 

щелочи, природа соли, соот­

 

 

 

 

 

ношение Ж :Т, в пределах

 

 

 

 

 

которого возможно

отверде­

 

 

 

 

 

вание, на общий характер

 

 

 

 

 

кривых не влияют. Это сви­

 

 

 

 

 

детельствует о взаимосвязи

 

 

 

 

 

твердеющих систем, объ­

 

 

 

 

 

единенных

общими

физико­

 

 

 

 

 

химическими

процессами.

 

 

 

 

 

Совместное

рассмотрение

 

 

 

 

 

этих кривых показало, что

 

 

 

 

 

падение

емкости

соответ­

 

 

 

 

 

ствует

концу

схватывания

 

 

 

 

 

системы, увеличение проч­

 

 

 

 

 

ности происходит в усло­

 

 

 

 

 

виях роста значений диэлек­

 

 

 

 

 

трической

проницаемости и

Рис. 10.

Зависи м ость сопротивления

R

отсутствия

свободной

ще­

(кри вая

1), pH (кри вая 2), емкости

С

лочи.

Подъем

на

кривой

(к р и вая

3),

степени

связы ван и я а (кри­

R — т

авторы

работы

[43]

в а я 4)

и

пластической прочности

р т

(кри вая 5)

систем ы

F e 20 3- 3 S i0 2-H 20

объясняют

потерей

частица­

 

50% КО Н

от времени.

 

ми

подвижности в

резуль­

 

 

 

 

 

тате

усиливающегося

меж­

частичного взаимодействия. При превышении некоторого крити­ ческого значения Ж :Т, когда твердения не наблюдается, отсут­

ствует и подъем на

кривых, поскольку при таких условиях

в системе (сильное

разбавление)

взаимодействие невоз­

можно.

 

 

Сравнительный анализ вяжущих свойств исследуемых систем оказался полезным и позволил сделать в качественной форме некоторые выводы о влиянии природы катиона и аниона исход­ ной соли на вяжущие свойства композиции. Ранее была отме­ чена полезность применения поляризационных характеристик элементов для анализа процессов твердения с учетом того, что величина энергии связи в гидрате тем выше, чем больше поля­ ризующее действие катиона и поляризуемость аниона. Кисло­ родсодержащие анионы по величине эффективного заряда кис­ лорода в е-единицах (сумма полярностей связей) располагаются

58

в следующий ряд, характеризующий их способность к поляри­ зации:

SiO ]~ >

SiO j- > РО ]_ > С О \ ~

> SO^- > N 03_

- 0 ,9 8

—0,88 - 0 ,6 7 - 0 ,5 0

—0,40 - 0 ,1 0

С учетом особенности строения электронной оболочки для оценки поляризующей способности катиона был привлечен по­ тенциал поляризации / = E//Z, где 2 / — сумма потенциалов ионизации, отвечающих образованию данного иона из нейтраль­ ного атома, Z — атомный номер элемента [50, с. 96]. Если эту ве­ личину / для водорода принять за единицу, то образуется срав­ нительная шкала относительных потенциалов поляризации (ПП) катионов (табл. 13).

 

 

 

Таблица 13

Катион

Относительный

Катион

Относительный

потенциал

потенциал

 

поляризации

 

поляризации

M g2+

0,83

Со2-

0,92

С а 2+

0,66

Ni2+

0,95

S r 2+

0,61

C u 2+

1,03

В а 2+

0,56

A l3+

1,31

S n 2+

0,81

B i3+

1,21

Pb2+

0,83

C r3+

1,33

Zn2+

1,01

F e3+

1,34

М п 2+

0,85

Zr4+

1,42

Следует отметить, что максимумы значений ПП для двух­

зарядных катионов приходятся на Си2+ и

для трехзарядных —

на Fe3+.

 

Прочностные свойства отвердевшего

цемента-клея изме­

няются в ряду клеев на основе силикатов больше, чем на основе фосфатов и сульфатов. Таким образом, видна связь между спо­ собностью аниона к поляризации и прочностными свойствами. Влияние характера аниона на указанные свойства можно на­ глядно проследить на элементах переходного ряда (рис. 11). При этом следует подчеркнуть, что самыми прочными полу­ чаются цементы на основе соединений Fe(III) и Си(II). Таким образом, обнаружено соответствие между периодичностью в из­ менениях ПП и прочности камня на основе силикатов, фосфа­ тов и сульфатов — элементов переходного ряда (рис. 12). Это происходит потому, что элементы с высоким значением ПП яв­ ляются более сильными комплексообразователями со значитель­ ной величиной энергии связи в комплексе, что и сказывается на увеличении прочности структур, в которых такие комплексы формируются.

Полученные результаты при исследовании щелочно-солевых систем элементов переходного ряда хорошо укладываются в

59

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ