Gipsz- rétegek porozitásának és szerkezetének vizsgálata,
avagy
"A Gipsz Akták"

 

I)  Elméleti bevezető

1)   A  gipszről általában

Egy fontos kalcium vegyület az ásványi gipsz. Ez egy kalcium-szulfát hidrát,. A gipszet a cementkészítésnél, falburkolatkor, és kerámiák készítésére használják. Egyéb felhasználásai a gipsz hevítésekor történő reakciótól függnek, amikor is kristályvizének háromnegyed részét elveszíti:

.

A termék neve alabástromgipsz, vagy egyszerűen alabástrom. Ha finom porrá őrlik, és vízzel keverik, az alabástrom visszaalakul gipsszé:

Ez a folyamat egy térfogat-növekedéssel jár együtt. Ennélfogva az anyag kitágul, és betölt minden rendelkezésre álló teret. Ez magyarázza, hogy használják szobrok öntésére, falakon lévő lyukak betömésére és törött csontok begipszelésére.

Neve

Gipsz

Vegyjele

CaSO4·2H2O

Rendszere

monoklin

Kristályai

táblásak, prizmásak, tûsek, ikerkristályai gyakoriak

Színe

fehér

Karcszíne

fehér

Mohs kem.

2

Hasadása

tökéletes

Törése

szilánkos

Sûrûsége

2,3-2,4

Kémiája

savakban oldódik

Keletkezés

tengerek vizébõl válik ki, de másodlagos is lehet

Fontosabb lelõhely

Gánt, Perkupa, Gyöngyösoroszi

Vizsgálati módszer

termikus, polarizációs mikroszkópia

Neve

Mária-üveg

Vegyjele

CaSO4·2H2O

Rendszere

monoklin

Kristályai

táblásak, prizmásak, tûsek, ikerkristályai gyakoriak

Színe

színtelen

Karcszíne

fehér

Mohs kem.

2

Hasadása

tökéletes

Törése

szilánkos

Sûrûsége

2,3-2,4

Kémiája

savakban oldódik

Keletkezés

tengerek vizébõl válik ki, de másodlagos is lehet

Fontosabb lelõhely

Gánt, Perkupa, Gyöngyösoroszi

Vizsgálati módszer

termikus, polarizációs mikroszkópia

 

2)   A levegőben lévő molekulák diffúziója porózus falon keresztül

 

A levegő kiszívásakor a henger belsejében a nyomás a külső légnyomáshoz képest lecsökken. A csapot elzárva ez a nyomáskülönbség fokozatosan megszűnik, az egyensúly visszaáll. A leolvasható nyomáskülönbség arányos a hengerben ill. a külső környezetben a levegőmolekulák koncentrációjának különbségével. A nyomás változása jelzi a koncentráció kiegyenlítődését eredményező diffúziós anyagáramlást. A nyomásváltozás-idő függvényt elemezve leolvasható, hogy a nyomásváltozás sebessége kezdetben a legnagyobb, majd az egyensúlyhoz közeledve rohamosan csökken. A vizsgált folyamatban a nyomáskülönbség ill. a gázmolekulák koncentrációjának különbsége a diffúzió következtében exponenciálisan csökken.

Ahol t az időt, a az egyensúlytól mért nyomáseltérés pillanatnyi értékét, a  állandó az egyensúlytól mért nyomáseltérés kezdeti értékét jelöli. A képletben szereplő A állandó értéke a hőmérséklettől, a gipszfal porozitásától ill. a „levegőmolekulák” nagyságától, tömegétől függ. Megmutatható, hogy az egyensúlytól mért bármely pillanathoz tartozó nyomáseltérés feleződéséhez szükséges időtartam a folyamat során állandó. Az exponenciális függvénykapcsolat igazolásához a mért értékek logaritmusát az idő függvényében ábrázolva a mérési pontok egyenesre illeszkednek.

 

 

II)  A mérés kivitelezése

 

1)  Mikroszkópos megfigyelések:

Kevés gipszpor segítségével híg gipszoldatot készítettünk. Ebből tárgylemezre cseppentettünk, majd mikroszkóppal vizsgáltuk. A gipsz megkötési folyamatáról 10 percenként videofelvételt készítettünk. A digitalizált képek a mellékletben találhatók.

 

A mikroszkóp

A mikroszkóp képe TV-re kivetítve

 

2)  Porozitás vizsgálat:

 

a)  Technikai megoldások

 

A porozitás vizsgálathoz kétféle gipszet használtunk, modell- és glettgipszet. Az ötletünk az volt, hogy belül üres hengereket készítünk gipszből, majd kiszivattyúzzuk belőlük a levegőt és vizsgáljuk a külső és belső légnyomás kiegyenlítődését.

A gipszhengerhez szükséges öntőformát először gyurmából alakítottuk ki, később tejfölösdobozt használtunk. Az üreget egy pezsgőtablettás doboz alakította ki. A mérőeszköz gumicsövéhez való csatlakozást egy (kék) toll biztosította.

 

 

A nyomásvizsgálatokat egy kéziszivattyúval ellátott adiabatikus gázkészülékkel végeztük. Az adatok felvételét, és a grafikon megjelenítését a készülékhez tartozó „Data Monitor” software készítette.

 

Nehézségek:

Egyes hengerek lyukasak voltak. A lyukakat úgy kerestük meg, hogy víz alá tettük rövid időre, és belefújtunk. Ettől persze néhány henger tönkrement, másoknál nagyobbak lettek a lyukak, és ami megmaradt, azoknál a lyukat viasszal és ragasztóval betömködtük.

 

A gumicsőre csatlakoztatott gipszhenger

A teljes mérőberendezés

A kéziszivattyú

A henger mérés alatt

A kezdeti lelkesedés

A fárasztó kísérletek után…

Valahol van egy lyuk…

…most lebukott

A viasz majd eltömít!

Végre működik!

 

b) A mérési adatok kiértékelése

 

A mért grafikonokra szoftveresen exponenciális függvényeket illesztettünk, majd a nyomáskülönbség-idő függvény logaritmusát ábrázoltattuk. A logaritmusgörbék különböző meredeksége jelzi a nyomáskülönbség-kiegyenlítődésének eltérő sebességváltozását. Ennek lehetséges okai a vizsgált minta eltérő porozitása és a kezdeti nyomáskülönbség.

 

 

A grafikon és a rá illesztett exponernciális függvény

A nyomáskülönbség függvény logaritmusa

Y= -50.425*0.99553 ^ x+100

 

Y= -29.519*0.99496 ^ x+100

 

Y= -52.210*0.99496 ^ x+100

 

Y= -52.777*0.99483 ^ x+100

 

Y= -110.97*0.98821 ^ x+100

 

Y= -106.2*0.98961 ^ x+100

 

 

 

III)           Felhasznált irodalom

 

Dr. Juhász András: Fizikai kísérletek gyűjteménye III

Dr. Juhász A. Zoltán: Általános és szilikátkémiai kolloidika I, III

William L. Masterton & Cecile N. Hurley: Chemistry

Nyilasi János: Szervetlen kémia

 

IV)           Köszönetnyilvánítás

 

Köszönetünket fejezzük ki iskolánk, a bajai Szent László ÁMK vezetésének, amiért biztosították számunkra a korszerű eszközöket dolgozatunk elkészítéséhez. Köszönjük fizika tanárunknak, Jaloveczki Józsefnek a sok hasznos elméleti és gyakorlati tanácsot.

 

V)       Mellékletek: mikroszkópos vizsgálatok

1. minta: 1cm3 por, 9 cm3 víz

Friss oldat

10 perc száradás után

20 perc száradás után

30 perc száradás után

 

 

2. minta: 0.8 cm3 por, 9.2 cm3 víz

Friss oldat

10 perc száradás után

20 perc száradás után

30 perc száradás után

 

 

3. minta: 0.3 cm3 por, 9.7 cm3 víz

Friss oldat

10 perc száradás után

20 perc száradás után

30 perc száradás után

4. minta: 0.5 cm3 por, 10 cm3 50°C víz

Friss oldat

10 perc száradás után

20 perc száradás után

30 perc száradás után

© Készítette:     Bustya Áron 10.B – Békéssy László 10.B

2003. 03. 15.