Естественные и научные основы строительства

Современное строительство использует великое множество самых разнообразных строительных материалов, из которых при помощи определенных строительных технологий и строится здание или сооружение. Так же как и в остальных отраслях жизнедеятельности человека, в строительстве основой являются физические, химические и электрические законы природы. Поэтому при возведении здания учитываются самые разнообразные химические и физические процессы, которые проистекают в материалах при строительстве, сразу же после него или в процессе эксплуатации здания. Строительный проект будущего здания или сооружения должен быть ориентирован, в том числе и на использование материалов, наиболее подходящих для данного климата, для данной местности, а также максимально ориентированного на экологическую чистоту и безопасность. Обеспечить это сочетание качества строительства и высокого уровня безопасности и долговечности можно, только принимая во внимание основные химически свойства различных строительных материалов, что невозможно сделать без хорошего знания этих предметов.

ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬСТВА

Химические процессы играют важную роль в современном строительстве. Это состав, приготовление, а также преобразования веществ и происходящие при этом процессы.

Каждое тело, будь оно твердым, жидким или даже газообразным, занимает определенное пространство и вытесняет из него другие вещества. Каждое тело состоит из вещества, материи. В свою очередь вещество, занимая определенное пространство, также является телом. Свойства тел включают в себя форму агрегатного состояния, объем и энергетическое состояние.

Свойства веществ включают в себя способность реакции с другими веществами, запах, вкус, устойчивость к коррозии, устойчивость к теплу и холоду. Строительная химия занимается составом и химическими свойствами веществ, а также изменениями этих свойств при химических процессах.

 

ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Химический процесс подразумевает соединение нескольких веществ с целью получения нового вещества, по своим химическим свойствам отличного из химических свойств каждого отдельного исходного компонента, который входит в состав. Таким образом, при помощи химических процессов возникает новое вещество, обладающее заданными свойствами.

При физических процессах новых веществ не образуется, но изменяется одно из физических свойств вещества – агрегатное состояние, положение или размер. Как правило, при физическом изменении вещества его химический состав остается без изменений.

 

ВИДЫ МАТЕРИАЛОВ

 

По своему составу вещества делятся на несколько видов. Это основные вещества, смеси, химические соединения и элементы.

Смеси состоят из совокупности различных веществ и отдельных материалов. Также смеси позволяют при помощи физико-механической технологии разложить себя на отдельные вещества. Физико-механические методы разделения смесей – это дистилляция, выпаривание, фильтрование и отстаивание.

Химические соединения состоят как минимум из двух разных основных веществ или химических элементов. Химическое соединение не может быть разложено на составляющие вещества при помощи физико-механических процессов, как, например, смеси. Такое разложение возможно только лишь при помощи химических процессов.

Химические элементы – это основные вещества, которые не могут быть разложены на составляющие в принципе, ни при помощи физико-механических методов, ни посредством химической реакции.

 

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

 

В природе существует 92 химических элемента. Из этих элементов в различных пропорциях и состоят все вещества на нашей планете. Семнадцать элементов из них получены искусственным путем, то есть не встречаются в природе в чистом виде.

Природные элементы состоят из 66 металлов, 16 неметаллов и 6 полуметаллов. Металлы имеют выраженный металлический блеск, хорошо проводят электрический ток и тепло. Неметаллы, среди которых преобладают газообразные и летучие элементы, преимущественно не проводят электрический ток, то есть являются диэлектриками. Также неметаллы, как правило, плохо проводят тепло.

Полуметаллы могут обладать как металлическими, так и не металлическими свойствами. Яркий пример таких элементов – это селен и кремний. Элементы обозначают, помимо их названий на разных языках, Буквенными сокращениями от названия элемента на греческом или латинском языках. Чаще всего для определения удельной массы, плотности и других свойств вещества пользуются периодической таблицей элементов, где химические элементы размещены в порядке возрастания физических и химических свойств и разделяются на группы и подгруппы. Химические элементы состоят из атомов. Определенные атомы определенных элементов имеют сходное или идентичное строение.

АТОМЫ

Атом, как известно из школьного курса химии, является наименьшей частицей вещества. Увидеть атом невооруженным глазом невозможно, да и для оптического созерцания атомов понадобится довольно мощный микроскоп. Поэтому вид, структуру атомов и происходящие с ними процессы чаще всего представляют при помощи моделей. Разработал модели атомов датский химик и естествоиспытатель Нильс Бор (1885-1962). Согласно общепринятой модели, атом состоит из оболочки и атомного ядра и имеет круглую форму. Диаметр атомной оболочки составляет 0,0000001 мм. Диаметр атомного ядра – 0,000000001 мм.

Атомное ядро, как следует из его названия, расположено в центре атома. Масса атомного ядра составляет практически всю массу атома. Состав атомного ядра – так называемые нуклоны, или кирпичики атомного ядра. Нуклоны в свободном виде не встречаются в природе и существуют только в составе атома. Нуклоны не однородны, а подразделяются между собой на протоны, положительно заряженные частицы, и нейтроны, которые остаются нейтральными. Ядро атома может состоять из нескольких протонов и нескольких нейтронов. Именно количество и соотношение протонов и электронов определяют физические и химические качества элемента, состоящего из данных атомов. Некоторые же физические законы неизменны во всех ядрах атомов. Так, массовое число или число нуклонов равняется массовому числу суммы нейтронов и протонов в атоме, порядковое число или величина заряда ядра равны числу протонов в атомном ядре.

Оболочка атома образована электронами. Они вращаются с большой скоростью в шарообразной области вокруг атомного ядра. Эту область называют электронной оболочкой атома. Электроны имеют отрицательный электрический заряд и обладают очень малой массой. Отрицательный заряд электронов соответствует по величине положительному заряду протонов в ядре атома.

Число протонов и нейтронов в атоме одинаково, поэтому атом является электрически нейтральным к окружающей среде. Благодаря разности потенциалов электроны удерживаются на своих орбитах. Электроны группируются в электронные оболочки, которых вокруг ядра может быть до семи. Они находятся на определенном расстоянии от ядра. Число электронов в каждой оболочке ограничено определенным количеством.

Атомная масса – это масса атомного ядра. При определении атомной массы малая масса оболочки не учитывается. Атомная масса атома водорода равна массе протона, в численном выражении это 1,008. Другие атомные массы во много раз больше этого числа. Поэтому эту массу называют относительной атомной массой. Например, относительная атомная масса атома кислорода составляет 15,999 или 16.

Атомы некоторых элементов имеют одинаковое число протонов. Однако, несмотря на это, чисто нейтронов может быть разным. Атомы одного и того же элемента с разным количеством нейтронов называют изотопами. Изотопы имеют одинаковые химические свойства, но разную массу. Изотопы образуют все элементы, но количество их у всех элементов разное и большей частью ограниченное.

 

РАДИОАКТИВНОСТЬ

Изотопы некоторых элементов излучают энергию. Атомные ядра при этом распадаются. Это свойство называют радиоактивностью. Различают альфа, бета и гамма лучи. Альфа-лучи состоят из ядер гелия. Бета-лучи состоят из электронов и пронизывают даже свинцовые пластины толщиной до 1 мм.

Гамма-лучи имеют очень малую длину волны и возникают в основном при превращениях ядра. Они способны проникать через метровые бетонные стены и могут задерживаться только очень толстым слоем свинца. Самые опасные для человека, гамма-лучи приводят к разрушению тканей и поражению внутренних органов.

Несмотря на опасность, применение радиоактивных материалов постоянно развивается, поскольку они являются самой дешевым и долговечным источником энергии.

Применение радиоактивных материалов в строительной технике очень широко. Их используют, например, для контроля толщины материалов при изготовлении бумаги, фольги, пленки и листовых металлических материалов.