UNIVERZITET U SARAJEVU

GRAĐEVINSKI FAKULTET

SARAJEVO

HEMIJA U GRAĐEVINARSTVU

(skripta)

Muhić-Šarac Tidža

Memić Mustafa

Sarajevo, novembar 2006. godine

2

ZNAČAJ I ULOGA HEMIJE U GRAĐEVINARSTVU

Analitička hemija ima značajno mjesto u svim granama hemije i u životu uopšte. Moglo bi se čak reći

da je čitava struktura hemije izgrađena na rezultatima dobijenim analitičkim mjerenjima. Tako su npr. uspješno

objašnjenje procesa sagorijevanja i Lavoasieovo postavljanje jednog od fundamentalnih zakona (Zakona o

očuvanju mase) bili omogućeni primjenom vage u njegovim istraživanjima. Isto tako, npr. Daltonov doprinos

razvoju atomskog koncepta materije (koji inače potiče još od starih Grka) bio je, prije svega, u tome što je unio

kvantitativni pristup tom pojmu, koji se zatim mogao eksperimentalno provjeriti. Slično je i u čitavom kasnijem

razvoju hemije. Analiza, naime, predstavlja osnovni metod istraživanja, pa je u više ili manje očiglednom

obliku prisutna u svim hemijskim istraživanjima, bilo da se radi o sintezi novih hemijskih jedinjenja,

istraživanju mehanizma hemijskih reakcija, ispitivanju hemijskih ravnoteža u rastvorima, istraživanju brzine

reakcije, reakcija u proizvodnji i primjeni građevinskih materijala i sl.

Analitičke metode predstavljaju osnov naučnih istraživanja ne samo u hemiji nego i u drugim prirodnim

naukama kao što su biohemija, medicina, biologija, geologija, geohemija, pedologija, građevina i dr., pa čak i u

humanističkim naukama kao što su istorija i arheologija, gdje primjena metoda analitičke hemije otvara nove

mogućnosti saznanja i razvoja.

U pogledu značaja analitičke hemije u svakodnevnom životu, treba prvenstveno spomenuti značaj koji

ona ima u cjelokupnoj materijalnoj proizvodnji. Sa sigurnošću se, naime, može reći da nema grane proizvodnje

u kojoj se ne primjenjuje analitička kontrola praktično svih sirovina i gotovih proizvoda ili analitička kontrola

procesa proizvodnje u čitavom njegovom toku radi pravovremene korekcije i pravilnog vođenja proizvodnog

procesa. Primjera radi navodimo ovdje hemijsku, farmaceutsku, prehrambenu, tekstilnu industriju, metalurgiju,

poljoprivrednu proizvodnju, građevinarstvo, istraživanja i korištenje rudnih ležišta itd.

Ne manje značajno mjesto analitička hemija ima i u kontroli i u očuvanju kvaliteta naše životne sredine

(vode koju pijemo, vazduha koji dišemo, tla koje obrađujemo, hrane koju jedemo, mjesto gdje stanujemo itd.).

Moglo bi se čak reći da ispitivanje zagađenja naše životne sredine i efikasnost borbe za njeno očuvanje zavise,

takođe, i od mogućnosti i dostignuća kvantitativne analize.

Zahtjevi koji se postavljaju pred analitičku hemiju danas neprekidno rastu onako kako se povećava i

složenost problema koji se rješavaju. Tako se npr. u posljednje vrijeme sve veća pažnja poklanja ulozi

mikrokomponenti i njihovom velikom uticaju na mnoge osobine žive i nežive prirode, pa je razvoj molekularne

biologije, poluprovodnika, nuklearne hemije, raketne tehnike i drugih novijih grana nauke i proizvodnje

zahtijevao određivanje niza komponenti masenog udjela od 10-6

-10-8

%, a nekad čak i 10-10

%. Sve veći zahtjevi

se postavljaju i u pogledu mase uzorka koji se analizira, pa analitičar mora često da radi i sa uzorkom od 1 mg,

0,1 mg ili i manje. Isto tako rastu zahtjevi i za sve bržim dobijanjem rezultata analize, što predstavlja razvijanje

i primjenu sve bržih metoda. Zbog ovako velike potrebe za sve većim brojem analiza i zbog sve većih zahtjeva

u pogledu njihove brzine, pred analitičare se sve više postavlja i zadatak automatizacije analitičkih metoda, što

može da obezbijedi njihovu i brzinu i ekonomičnost. To je posebno značajno tamo gdje se radi o velikom broju

analiza istog tipa, npr. pri analitičkoj kontroli kontinuiranih proizvodnih procesa, kod kliničkih analiza,

geoloških istraživanja, istraživanja u građevinarstvu i sl.

3

OPŠTI POJMOVI

Tvar ili Supstanca je bilo koji stupanj organizacije (sređenosti) materije.

Tvari se u prirodi dijele:

a) homogene tvari - koje su u svakom svom dijelu iste po sastavu - željezo, bakar, sumpor...

b) heterogene tvari - koje su sastavljene od međusobno odjeljenih djelića homogenih tvari (heterogeni

sistemi) – sivo željezo, mlijeko, dim...

Homogene tvari dijelimo na:

a) čiste tvari ili čiste supstancije – su homogene tvari tačno određenog i stalnog hemijskog sastava i drugih

karakterističnih konstantnih svojstava (Fe, NaCl)

b) homogene smjese ili otopine – su homogene tvari sastavljene od smjese čistih tvari – otopine (rastvori)

NaCl u vodi.

Svojstvo čistih tvari se dijele:

a) fizička svojstva – očituju se pri njihovim fizičkim promjenama:

1. gustoća

2. tvrdoća

3. talište i vrelište

4. kristalni oblik

5. topljivost

6. električna i toplinska vodljivost

b) hemijska svojstva – očituju se prilikom njihovih hemijskih promjena (kada pri hemijskim reakcijama

prelaze u druge tvari) – NaCl prevodimo elektrolizom u Na i Cl; Fe se rastvara u kiselini.

Vrste čistih tvari:

a) elementarne čiste tvari (jednostavne) – koje se ne mogu hemijskim postupcima rastaviti na druge čiste

tvari drugog hemijskog sastava – Na, Cl, O, Hg...

b) složene čiste tvari – koje se mogu hemijskom reskcijom rastaviti na elementarne tvari, odnosno mogu

nastati hemijskom reakcijom iz tih elementarnih tvari – NaCl, HgO, HCl....

Analiza je hemijska reakcija rastavljanja hemijskog spoja na elementarne tvari.

Sinteza je hemijska reakcija nastajanja hemijskog spoja iz elementarnih tvari.

Hemijska elemenat – je skup svih istovrsnih atoma u prirodi. Drugim riječima, hemijski elemenat je vrsta

atoma. Do danas ih je poznato 110 vrsta i milioni njihovih hemijskih spojeva. Prirodni sistem elemenata

započinje sa H i završava sa 110-im (90 je nađeno u prirodi, a ostali su dobiveni u laboratoriju).

Elementi su poredani po rastućim masama njihovih atoma. Njih 11 su plinovi, 2 tekućine, a ostali su čvrste tvari

(pri sobnoj temperaturi i normalnom pritisku).

Hemijski simboli – su kratice latinskog imena elemenata (Berzelius predložio početkom 19 stoljeća) -C, S, Fe,

Cu, Pb...

Hemijska formula je kratica za predstavljanje hemijskih spojeva kao što je NaCl - kuhinjska so, CaSO4 x

2H2O - gips itd.

Hemijske jednačine su jednačine kojima se pomoću simbola u kratkom i jasnom obliku predstavljaju hemijske

reakcije kao npr:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

4

1. HEMIJSKE VEZE

5

1.1. JONSKA, KOVALENTNA I METALNA VEZA

Hemijska (kemijska) veza je privlačna sila između dva atoma nastala interakcijom njihovih perifernih

elektrona. Sila je mnogo jača od energije toplotnog kretanja tako da su atomi trajno vezani obrazujući stabilnu

grupu – molekul.

Elektroni su istog naelektrisanja pa bi trebalo da se odbijaju, međutim, u elektronskim orbitalama sparivanje

njihovih spinova stabilizuje elektronske parove i ukupan efekat je obrazovanje stabilnih veza.

Dva osnovna tipa hemijskih veza su jonska i kovalentna ali se u prirodi sreću i „mješane“ veze, tj. one koje

imaju djelimično jonski i djelimično kovalentni karakter.

Jonska veza se ostvaruje između atoma sa izrazito različitim afinitetom za elektron (različitim

elektronegativnostima), recimo između alkalnih metala (koji lahko otpuštaju elektron) i halogenih atoma (koji

lahko primaju elektron). Kažemo da se takva veza gradi između izrazitih metala i izrazitih nemetala. Tada atom

koji otpusti elektron postaje pozitivni jon a onaj koji ga prima negativni. Jonska je veza između natrijuma i

hlora u kuhinjskoj soli, Na+Cl

-.

Na(g) → Na+(g) + e

-

Cl(g) + e- → Cl

-(g)

_____________________________________

Sumarno: Na+(g) + Cl

-(g) → Na

+Cl

-(g)

Kovalentna veza nastaje između atoma koji imaju slične afinitete prema elektronu pa elektron koji učestvuje u

stvaranju veze ostaje između atoma. Pošto svaki atom daje po jedan elektron (nekada može i više) onda dolazi

do obrazovanja elektronskog para. Kovalentna veza može biti polarna i nepolarna. Ako su atomi baš isti (ili

veoma slični) onda je nepolarna jer se centar elektronskog para nalazi na sredini između dva atoma. Ako su

atomi različiti veza je polarna jer se središte elektronskog para pomjera ka atomu sa većim afinitetom pa negdje

ima malo više pozitivnog a negdje više negativnog naelektrisanja. U polarnoj vezi dolazi do razmicanja centara

pozitivnog i negativnog naelektrisanja, dakle, dolazi do polarizacije. Nepolarna kovalentna veza je, u molekulu

kiseonika, O2 i H2, a polarna u molekulu ugljenmonoksida, CO.

H* + H

* → H

**H → H2

Metalna veza je zastupljena kod metala i čine je slobodni (nelokalizovani) elektroni u međuatomskom prostoru

atoma metala, odnosno u kristalnoj rešetki metala. To su lahkopokretljivi elektroni koji povezuju u kristalnoj

rešetki nastale pozitivne metalne jone. Otuda metalima pripadaju posebna svojstva kao što su: velika električna

i toplinska vodljivost, metalni sjaj i kovnost, mogućnost apsorpcije i emitovanja svjetlosti vidljivih valnih

dužina.

1.2. RASTVARANJE SUPSTANCI

Rastvori su homogene smjese čistih supstanci tj. rastvori sadrže dvije ili više supstanci pomješanih u

stanju molekulske disperzije. Supstance koje čine rastvor nazivaju se komponenatama, pa tako razlikujemo:

a) rastvarač – komponenta koja se u rastvoru nalazi u većoj količini od drugih komponenti i

b) rastvorene supstance.

Sastav nekog rastvora možemo izraziti odnosom količine rastvorene supstance prema količini

rastvarača. Taj odnos može se izraziti na razne načine i naziva se Koncentracijom rastvora. Tako

razlikujemo: količinsku, masenu i zapreminsku koncentraciju kao i molni udio, maseni udio i volumni udio

rastvorene supstance.

Rastvaranje supstanci (čvrstih, tečnih ili gasovitih) u tečnim rastvaračima predstavlja proces u kojem se

joni ili molekule rastvorene supstance moraju smjestiti, odnosno dispergovati među molekule rastvarača.

Pri rastvaranju moraju biti savladane dvije vrste sila:

a) međujonske ili međumolekulske privlačne sile između jona ili molekula Rastvorene supstance,

b) privlačne sile između molekula Rastvarača.

Energija potrebna za proces rastvaranja dobija se uzajamnim djelovanjem jona ili molekula rastvorene

supstance sa molekulima rastvarača (poznatim kao solvatacija, odnosno hidratacija ako se radi o vodi kao

rastvaraču). Ako je ova energija dovoljna, supstanca će se rastvarati, a ako nije, supstanca se neće rastvarati.

Razlika između potrebne energije i energije koja se pri rastvaranju dobija određuje rastvoljivost supstanci.

6

Prema tome da li je pri rastvaranju supstanci u rastvaračima energija ∆ Hrast (entalpija rastvaranja)

negativna ili pozitivna razlikujemo:

a) egzotermni proces - ∆ Hrast negativna

b) endotermni proces - ∆ Hrast pozitivna.

Ako je rastvaranje egzotermni proces, rastvorljivost supstanci opada sa porastom temperature.

Ako je pak rastvaranje supstanci endoterman proces, rastvorljivost supstanci raste sa porastom temperature.

Prema karakteru sila koje pri rastvaranju treba savladati, Rastvarače možemo podijeli na:

a) Polarne – to su jonska i polarna kovalentna jedinjenja (tj. molekule sa vrlo izraženim dipolnim

karakterom), kao što su voda i tečni amonijak

b) Nepolarne – to su nepolarna kovalentna jedinjenja, kao što su ugljen-tetra hlorid, benzin i benzen.

Supstance koje rastvaramo možemo podijeli na:

a) elektrolite – to su jedinjenja koja pri rastvaranju daju jone, (tj. podliježu elektrolitičkoj disocijaciji) a

njihove taljevine i vodeni rastvori provode električnu struju

b) neelektrolite – to su jedinjenja čije molekule pri rastvaranju ne disosuju već se samo međusobno

razdvajaju.

Koliko će se neke supstance rastvoriti u nekom rastvaraču zavisi od prirode supstance i rastvarača, kao i

od temperature rastvora i ne može se unaprijed znati. Ipak približno vrijedi sljedeće pravilo: neka supstanca se

rastvara u rastvaraču koji je hemijski sličan toj supstanci. Kažemo da se „slično rastvara u sličnom“, odnosno

polarno se rastvara u polarnom, nepolarno u nepolarnom, ali i to jednostavno pravilo o rastvorljivosti ne vrijedi

uvijek. Uopšte uzeto problem rastvorljivosti supstanci nije jednostavan i teorijski se ne može smatrati riješenim.

Povećanjem temperature, rastvoljivost čvrstih supstanci se obično povećava, a gasova smanjuje, dok se

pri povećanju pritiska, rastvorljivost gasova povećava.

Kvantitativni sastav rastvora iskazujemo preko koncentracija rastvora. U upotrebi su najčešće količinska

koncentracija i masena koncentracija.

1.3. AKTIVITET JONA. KOEFICIJENAT AKTIVITETA

Rastvore za koje vrijedi Raoultov (Raulov) zakon nazivamo Idealnim rastvorima. To su vrlo

razblaženi rastvori gdje se molekule rastvorene supstance vladaju kao molekule idealnog gasa, između kojih ne

postoji interakcija (privlačenje ili odbijanje). Samo kod takvih rastvora Efektivne (dejstvujuće) koncentracije

jona su jednake njihovim Stvarnim koncentracijama. U svim drugim slučajevima efektivne koncentracije su

(zbog interakcije jona) niže od stvarne koncentracije. Da bi se napravila razlika između njih, efektivne

koncentracije se definišu kao Relativni aktivitet (Aktivitet jona).

ab = Yb * Cb

gdje je: ab – aktivitet jona B

Yb – koeficijent aktiviteta jona B

Cb – koncentracija jona B u mol/dm3

U vrlo razblaženim rastvorima c < 10-3

mol/dm3 aktivitet je približno jednak koncentraciji, a koeficijent

se približava jedinici (ai ≈ Ci, Yi → 1). Povećanjem koncentracije rastvora (povećava se interakcija jona) razlika

između aktiviteta i koncentracije se povećava. Aktivitet jona postaje manji od koncentracije, a koeficijent

aktiviteta poprima vrijednost manju od 1, (ai < Ci, Yi < 1).

1.3.1. JONSKA SILA (JAKOST) RASTVORA

Jonska sila rastvora je zavisna od naboja i koncentracije svih u rastvoru prisutnih jona. Ona na

izvjestan način karakteriše „jonsku atmosferu“ u kojoj se posmatrani jon nalazi i jednaka je polovini zbira

umnožaka, koncentracije (C) svakog jona sa kvadratom njegovog naboja

I =

(C1Z1

2 + C2Z1

2 + ... + CnZn

2) =

i

2 (1)

gdje je : I - jonska sila rastvora

7

C1, C2,...Cn – koncentracija jona u rastvoru (mol/dm3)

Z1, Z2....Zn – naboji jona u rastvoru.

Jednačinu (1) nazivamo Debye-Huckleova (tzv. proširena) jednačina. Ona važi za relativno

razblažene rastvore sa jonskom silom rastvora I = 0,1 mol/dm3.

U vrlo razblaženim rastvorima sa jonskom silom rastvora I ≤ 0,01 mol/dm3 proširena jednačina se može

pojednostaviti (jer u tom slučaju vrijednost 3,29 * αi * biva vrlo malena – pa se može zanemariti) pa poprima

sljedeći oblik:

log Yi = -0,512 * Zi2

*

U koncentrovanim rastvorima sa jonskom silom rastvora I ˃ 0,1 mol/dm3, proširena Debye-Huckelova

jednačina ne zadovoljava, pa se moraju koristiti eksperimentalno određene vrijednosti srednjih koeficijenata

aktiviteta.

1.3.2. IZRAČUNAVANJE KOEFICIJENTA AKTIVITETA

Koeficijenti aktiviteta jona u rastvoru mogu se izračunati pomoću jednačina izvedenih na osnovu

Debye-Huckelove teorije jakih elektrolita. Prema ovoj teoriji koeficijenat aktiviteta Yi nekog jona u

razblaženom rastvoru zavisi od:

a) naboja jona

b) veličine jona

c) jonske sile (jakosti) rastvora.

log Yi = -

, I = 0,1 mol/dm

3 (25°C)

gdje je:

A (konstanta) – ima vrijednost 0,512, u vodenim rastvorima pri temperaturi od 25°C

B (konstanta) – ima vrijednost 3,29, u vodenim rastvorima pri temperaturi od 25°C

αi – efektivni prečnik hidratisanog jona i (izraženog u nanometrima), 1 nm = 10-9

m

I – jonska sila rastvora

8

2. HEMIJSKE REAKCIJE

9

2.1. HEMIJSKA RAVNOTEŽA

Pretpostavimo da imamo hemijsku reakciju opšteg tipa

aA + bB + ... ↔ cC + dD + ...

gdje velika slova A, B, C, D itd. predstavljaju formule reagujućih supstanci (jona, molekula, atoma), dok su

mala slova a, b, c, d, itd. koeficijenti potrebni da se izbalansira jednačina. Gornja jednačina pokazuje da a

jedinki (jona, molekula, atoma) supstance A reaguje sa b jedinki supstance B itd. dajući c jedinki supstance C, d

jedinki supstance D itd. Kako je broj jedinki proporcionalan količini supstance (konstanta proporcionalnosti je

Avogadrova konstanta, a jedinica količine supstance je mol), to a molova supstance A reaguje sa b molova

supstance B itd. dajući c molova supstance C, d molova supstance D itd. Ispitivanja su pokazala da se kod

mnogih hemijskih reakcija brzo postiže stanje pri kome je brzina kojom proizvodi reakcije nastaju tačno

jednaka brzini kojom ovi proizvodi međusobno reaguju dajući ponovo reaktante iz kojih su i nastali. U takvim

uslovima, koncentracije svih učesnika hemijske reakcije postaju konstante, i za sistem kažemo da je postigao

stanje hemijske ravnoteže. To ne znači, međutim, da hemijska reakcija prestaje nakon što je stanje ravnoteže

postignuto, jer reaktanti i dalje reaguju dajući proizvode reakcije, i obrnuto, proizvodi reakcije, takođe,

međusobno reaguju dajući reaktante, ali zbog jednakosti brzina ovih dviju reakcija sastav sistema ostaje

konstantan. Kažemo zato da se radi o dinamičkoj ravnoteži.

Relativne koncentracije produkata prema koncentracijama reaktanata kada se postigne stanje ravnoteže

različite su od reakcije do reakcije i zavise prvenstveno od prirode reaktanata, ali i od takvih promjenljivih

veličina koje se mogu kontrolisati, kao što su temperatura, pritisak i početne koncentracije. Za mnoge reakcije

koje se koriste u hemijskoj analizi poznavanje položaja ravnoteže je od najvećeg značaja, jer mogućnost

primjene jedne hemijske reakcije direktno zavisi upravo od položaja ravnoteže reakcije. Obično je potrebno da

odnos koncentracija produkata prema koncentracijama reaktanata bude što veći, pa je položaj ravnoteže tada

pomaknut više desno, što znači da je posmatrana reakcija kvantitativnija. Zato se u hemijskoj praksi ovaj uslov

uvijek nastoji ostvariti odgovarajućom kontrolom reakcionih promjenljivih. Uticaj reakcionih promjenljivih,

kao što su temperatura, pritisak ili koncentracija, na položaj ravnoteže hemijske reakcije kvalitativno se može

predvidjeti na osnovu Le Chatelierovog principa. Prema ovom principu, ako se uslovi u kojima se sistem

nalazi u stanju ravnoteže promjene, ravnoteža u sistemu će se pomjerati u pravcu koji potpomaže uspostavljanje

prvobitnih uslova. Tako će povećanje temperature dovoditi do pomjeranja ravnoteže u pravcu apsorpcije

toplote, povećanje pritiska pomjeraće ravnotežu u pravcu nastajanja onih učesnika koji zauzimaju najmanju

zapreminu, dok će dodavanje ili uklanjanje jednog od učesnika reakcije (bilo reaktanta ili produkta reakcije)

dovoditi do takvog pomjeranja ravnoteže koje teži da se suprostavi povećanju ili smanjenju koncentracije te

komponente.

Uticaj koncentracije i pritiska na položaj hemijske ravnoteže kvantitativno se obrađuje pomoću zakona

o djelovanju masa.

2.2. ZAKON O DJELOVANJU MASA (ZDM)

Posmatrajmo ponovo hemijsku reakciju opšteg tipa

aA + bB + ... ↔ cC + dD + ...

Eksperimentalna zapažanja su pokazala da su za takvu reakciju u stanju dinamičke ravnoteže koncentracije svih

učesnika određene odnosom:

K =

gdje A, B, C, D, itd. predstavljaju koncentraciju rastvorenih supstanci A, B, C, D, itd. ili parcijalne pritiske ako

su reagujuće supstance gasovi, a K je konstanta zavisna od temperature, koja se naziva konstantom ravnoteže

reakcije.

Ovakav izraz se primjenjuje na sve hemijske ravnoteže i predstavlja matematički izraz zakona

hemijske ravnoteže ili zakona o djelovanju masa (Guldberg-Waage, 1867. god.). Po konvenciji, kod pisanja

ovog izraza produkti reakcije se uvijek stavljaju u brojitelj, a reaktanti u imenitelj. Velika vrijednost konstante

ravnoteže znači da reakcija onako kako je napisana teče daleko udesno, a vrijednost mnogo manja od jedinice

ukazuje da je položaj ravnoteže pomjeren ulijevo. Ako se koncentracija jednog od učesnika reakcije jednim

10

nezavisnim postupkom (npr. dodavanjem spolja ili odvođenjem iz sistema) promijeni, koncentracije ostalih

reagujućih supstanci će se takođe promijeniti, ali na takav način da se održi konstantna vrijednost konstante K.

Kažemo, položaj ravnoteže se tada promjenio, ali je konstanta K ostala ista. Ako npr. posmatranom sistemu u

stanju ravnoteže dodajemo reaktant B, dolaziće do daljnje reakcije između A i B, a time do smanjivanja

koncentracije supstance A i odgovarajućeg povećanja koncentracije produkta C i D, sve dok se ponovo ne

uspostavi ravnoteža. Nove ravnotežne koncentracije A, B, C, D itd. biće takve da uvrštene u izraz za konstantu

ravnoteže daju istu konstantu K. Obrnuto, ako se nekim nezavisnim postupkom reaktant B uklanja iz ravnoteže,

reagovaće supstance C i D, pa će se položaj ravnoteže pomjeriti prema lijevo, uz smanjenje koncentracije C i D

i povećanje koncentracije A i B, sve dok se ponovo ne uspostavi ravnoteža. I opet, ravnotežne koncentracije

svih učesnika reakcije u trenutku kada se uspostavi ravnoteža biće takve da zadovoljavaju istu konstantu

ravnoteže K.

Potrebno je, međutim, naglasiti da je kod ovih razmatranja pretpostavljeno da je svaki jon koji učestvuje

u reakciji potpuno slobodan od uticaja svih ostalih jona, odnosno čestica u rastvoru. Ovom uslovu se

približavamo samo u ekstremno razblaženim rastvorima, dok se u slučajevima kada su koncentracije elektrolita

u rastvoru primjetne, moraju uzeti u obzir odstupanja od idealnog ponašanja.

2.3. REAKCIJE IZMEĐU KISELINA I BAZA (PROTOLITIČKE REAKCIJE)

Za hemijska jedinjenja, kiseline i baze, postoji više definicija:

1) ARRHENIUS-ova DEFINICIJA

Kiseline su jedinjenja koja u vodenom rastvoru disocijacijom kao katjon daju samo H+ jone, dok su baze

jedinjenja koja u vodenom rastvoru disocijacijom, kao anjon daju samo (OH)- jone. Treba istaći da su slobodni

protoni (H+) u vodenim rastvorima nepostojani, te se vežu sa molekulom vode, dajući hidronijum jon (H3O

+) po

sljedećoj reakciji:

H+ + H2O → (H3O)

+

U anhidrovanim (bezvodnim) organskim rastvaračima slobodni protoni (H+) se jedine sa molekulama

rastvarača.

2) BRŐNSTED-LOWRY-eva DEFINICIJA

Kiseline su svaka supstanca koja može da daje protone (proton-donori), dok su baze svaka supstanca

koja može da primi protone (proton-akceptori). Predstavimo to sljedećom hemijskom ravnotežom:

k ↔ b + H+

kiselina ↔ baza + proton

Gubeći proton kiselina prelazi u oblik koji je potencijalni primalac protona, tj. u bazu. Primajući proton

baza prelazi u kiselinu. Takva baza se naziva Konjugovanom bazom kiseline iz koje je nastala. I suprotno,

primajući proton baza prelazi u svoju Konjugovanu kiselinu.

Po ovoj definiciji u konjugovanom paru (kiselina - baza), kiselina uvijek mora biti pozitivnija od baze za

jednu jedinicu naelektrisanja i pri tome mogu biti neutralni molekuli ili joni, npr.

kiselina baza proton

CH3COOH ↔ CH3COO- + H

+

NH4+

↔ NH3 + H+

2.3.1. KISELINSKO-BAZNE REAKCIJE

Ravnoteža

kiselina ↔ baza + H+

predstavlja samo jednu „polureakciju“, jer smo ranije redli da je slobodni proton (H+) u rastvorima nepostojan.

Jedna kiselina može dati (donirati) svoj proton samo tada ako postoji neka baza koja će ga primiti (akceptirati) i

obratno. Zaključujemo da u jednoj kiselinsko-baznoj reakciji uvijek imamo dva kiselinsko-bazna (konjugovana)

para, tj.

11

kiselina1 ↔ baza1 + H+

baza2 + H+ ↔ kiselina2

______________________________________________________

SUMARNO: kiselina1 + baza2 ↔ baza1 + kiselina2

konjugovani par Pošto se kiselinsko-bazne reakcije zasnivaju na izmjeni protona (H

+), te reakcije nazivamo

Protolitičkim reakcijama, a kiseline i baze koje u tim reakcijama učestvuju, Protolitima.

2.3.2. AUTOPROTOLIZA VODE. JONSKI PROIZVOD VODE

Voda kao rastvarač može djelovati i kao kiselina i kao baza što predstavljamo „polureakcijama“:

H2O ↔ H+ + OH

-

H2O + H+ ↔ H3O

+

___________________________________________

SUMARNO: H2O + H2O ↔ H3O + OH-

kis1 + baza2 ↔ kis2 + baza1

Sumarnu reakciju koja predstavlja ravnotežu u čistim vodenim rastvorima, nazivamo Autoprotolizom

vode (ravnotežom disocijacije vode).

Primjenom zakona o djelovanju masa (ZDM) na ravnotežu disocijacije vode dobija se konstanta

ravnoteže (iskazana preko aktiviteta jona)

K - =

=

Kako je aktivitet čiste vode ( ) jednak jedinici dobija se dalje konstanta poznata kao Jonski

proizvod vode:

Kw = = 1 * 10-14

(t = 25°C)

Ako umjesto aktiviteta uvrstimo vrijednosti koncentracije dobijemo izraz:

Kw = = 1 * 10-14

mol2/dm

6

2.3.3. KISELOST RASTVORA, pH-VRIJEDNOST

Često koncentraciju iskazujemo kao negativni logoritam, pa govorimo o pH vrijednosti; odnosno

koncentraciju iskazujemo kao negativni logoritam pa govorimo o pOH vrijednosti.

pH = - log pOH = - log

Tada možemo konstantu jonskog proizvoda vode pisati u formi:

pKw = pH + pOH = 14

a odatle

pH = 14 – pOH

pOH = 14 – pH

Ako je:

a) pH < 7 kažemo da je rastvor kiseo

b) pH = 7 kažemo da je rastvor neutralan

c) pH ˃ 7 kažemo da je rastvor bazičan

2.3.4. PROTOLIZA KISELINA I BAZA U VODI

Protoliza kiseline HB u vodenim rastvorima se vrši po sljedećoj reakciji:

12

HB + H2O ↔ B + H3O+

kis1 + baza2 ↔ baza1 + kis2

Ako primjenimo zakon o djelovanju masa na datu ravnotežu dobijemo vrijednost konstante Disocijacije

ili aciditeta, odnosno konstantu Protolize kiseline:

Ka =

pošto je = 1 jednačina poprima sljedeći oblik:

Ka =

ili

Ka =

mol/dm

3

Analogno kiselinama u vodenim rastvorima vrši se protoliza i baze B po sljedećoj reakciji:

B + H2O ↔ BH + OH-

baza1 + kis2 ↔ kis1 + baza2

Ako primjenimo zakon o djelovanju masa na datu ravnotežu dobijemo vrijednost konstante Disocijacije

baze ili alkaliteta, odnosno konstantu Protolize baze.

Kb =

pošto je = 1 dobijemo sljedeći oblik jednačine:

Kb =

ili

Ka =

mol/dm

3

Ako se konstante Ka i Kb odnose na konjugovani par kiselina-baza, onda vrijedi:

Ka * Kb = * = Kw

gdje je:

Ka – konstanta disocijacije kiseline

Kb – konstanta disocijacije baze

Kw – konstanta disocijacije vode (jonski proizvod vode)

Ako negativne logoritme ovih konstanti: Ka, Kb i Kw označimo sa pKa, pKb i pKw važi relacija:

pKa + pKb = pKw , pošto je pKw = 14 (25°C)

imamo pKa + pKb = 14

Kod protolize poliprotonskih kiselina i baza, svaki stepen protolize se kontroliše svojom konstantom

protolize (disocijacije) kao npr. K1, K2, K3 a ukupno konstanta je proizvod pojedinačnih

K = K1 * K2 * K3

Protolitičke reakcije kiselina i baza sa vodom često nazivamo Hidrolizom, ali ih prema BRŐNSTED-

ovoj teoriji nema potrebe izučavati kao posebnu vrstu reakcija.

2.3.5. METALNI JONI U VODENIM RASTVORIMA

Svi metalni joni u vodi su hidratisani. Takvi hidratisani joni su: Ag(H2O)2-, Na(H2O)4

+, Ba(H2O)4

+,

Al(H2O)63+

, itd. Svi se hidratisani metalni joni, prema protoličkoj teoriji, u vodenim rastvorima vladaju kao

kiseline, jer imaju svojstvo da odaju protone npr.:

Al(H2O)63+

+ H2O ↔ Al(H2O)3-OH2+

+ H3O+

Težnja hidratisanih metalnih jona da odaju protone raste sa porastom naboja jona, a opada sa kvadratom

radijusa jona (rastojanje između jezgre metala i protona).

13

2.4. REAKCIJE GRAĐENJA KOMPLEKSA

Kompleksna jedinjenja su jedinjenja koja nastaju u reakciji metalnog jona sa molekulama ili jonima

koji sadrže slobodan elektronski par. Metalni jon se naziva Centralni jon, a molekuli ili joni vezani na njega

nazivaju se Ligandima. Veza između centralnog jona i liganada je Koordinativna polarna veza (polarna

kovalentna veza), pa tako kompleksna jedinjenja često nazivamo i Koordinativnim jedinjenjima.

Koordinativna veza nastaje ulaganjem slobodnog elektronskog para od strane liganda (elektron donor) i

primanjem tog elektronskog para od strane centralnog jona (elektron akceptora). Reakcija između metalnog

jona i liganda može se prikazati opštom jednačinom pri čemu naboj metalnog jona nije uzet u obzir.

M + :L ↔ M : L

Kako metalni joni u rastvorima postoje samo kao hidratisani joni forme M(H2O)n, tako reakcija građenja

kompleksa, praktično predstavlja reakciju supstitucije molekula vode sa odgovarajućim ligandima. Tu reakciju

možemo predstaviti jednačinom

M(H2O)n + L ↔ ML(H2O)n-1 + H2O

Prema ovoj jednačini sukcesivna zamjena (supstitucija) molekula vode, sa ligandima, vrši se dok se ne

nagradi kompleks MLn, gdje je n – koordinacijski broj metalnog jona, a on označava maksimalan broj liganada

koji mogu biti kovalentno vezani za centralni atom (jon). Taj sukcesivni proces možemo prikazati sljedećim

ravnotežnim reakcijama, gdje svaku od njih karakteriše odgovarajuća Parcijalna konstanta nastajanja ili

stabilnosti kompleksa (nastalog) u tom stepenu.

1 M + L ↔ ML K1 =

2 ML + L ↔ ML2 K2 =

3 MLn-1 + L ↔ MLn K3 =

Konstante K1, K2 i K3 u ovim jednačinama su parcijalne konstante nastojanja ili stabilnosti kompleksa.

Ukupna ili kumulativna konstanta stabilnosti kompleksa označava se sa β i definiše se obrascem:

βn =

Iz toga slijedi da je: β1 = K1

β2 = K1 * K2

β3 = K1 * K2 * Kn

Mjera stabilnosti kompleksa je Ukupna konstanta stabilnosti.

2.4.1. HELATI, HELATNA STABILNOST

Neki jednostavni ligandi kao što su amonijak, halogenidi, cijanidi i voda mogu se na metalni jon vezati

samo na jedno koordinacijsko mjesto, preko jedne elektron-donorske grupe. Takvi ligandi se nazivaju

jednozupčastim ili monodentatnim. Drugi ligandi (obično organski molekuli ili joni) koji u jednom istom

molekulu sadrže dva ili više vezujućih elektron-donorskih atoma mogu djelovati kao dva ili više monodentatnih

liganada. Takvi ligandi se uopšteno nazivaju polidentatnim ligandima i njihovim vezivanjem na metalni jon

pomoću dva ili više „zuba“ nastaju kompleksi prstenaste strukture – Helatni kompleksi ili jednostavno Helati.

Helatni kompleksi se odlikuju velikom stabilnošću (tzv. „helatni efekat“), što je učinilo da postanu

vanredno značajni ili da nađu veliku primjenu u hemiji. Jednu od najvažnijih grupa helatnih kompleksa,

pretežno anjona, predstavljaju kompleksi metalnih jona sa aminopolikarbonskim kiselinama. Najzančajniji

predstavnik ove grupe liganada jeste etilen-diamino-tetra sirćetna kiselina ili EDTA.

HOOC – H2C CH2 - COOH

N – CH2 – CH2 – N

HOOC – H2C CH2 - COOH

14

U hemijskim jednačinama kao četverobazna kiselina označava se sa H4Y. EDTA je heksadentatni ligand, jer u

jednom molekulu posjeduje četiri donorska oksigenova atoma iz karboksilnih grupa i dva donorska nitrogenova

atoma. Zbog toga metalni helati nastali sa ovim ligandom imaju stehiometrijski sastav 1:1.

Mn+

+ Y4-

↔ MY(n-4)+

Vrlo su stabilni i rastvorni u vodi i nalaze veliku primjenu u volumetriji prilikom određivanja niza metalnih

jona.

2.5. REAKCIJE TALOŽENJA (PROIZVOD RASTVORLJIVOSTI)

Pod taloženjem podrazumijevamo izdvajanje neke komponente iz rastvora u formi malo rastvorenog

jedinjenja. Taloženje je suprotan proces rastvaranju. Ovu vrstu procesa razmatraćemo u heterogenom sistemu

čvrsto-tekuće, gdje se većina hemijskih reakcija u vodenim rastvorima odvija između jona.

2.5.1. PROIZVOD RASTVORLJIVOSTI

Pri rastvaranju neke malo rastvorene soli, opšte formule MmAn u vodi, u trenutku kada nastaje zasićena

otopina te soli, uspostavlja se ravnoteža između čvrste faze i hidratisanih jona.

(s) ↔ (aq) ↔ mMn+

+ nAm-

gdje je: (s) - čvrsta faza soli

(aq) - označava rastvorene, ali nedisosovane molekule soli

mMn+

i nAm-

- hidratisani joni

Primjenom zakona o djelovanju masa na uspostavljenu dinamičku ravnotežu, dobijamo konstantu

ravnoteže, koju možemo iskazati preko koncentracija ili aktiviteta jona:

K =

=

Pošto je aktivitet čvrste faze = 1, dobija se nova konstanta poznata kao Proizvod rastvorljivosti:

Ksp =

Ako aktivitete hidratisanih jona zamijenimo vrijednostima njihovih koncentracija dobijemo Koncentracijski

proizvod rastvorljivosti.

Kc = =

Što je proizvod rastvorljivosti veći i rastvorljivost taloga je veća, i obrnuto. Međutim, što je rastvorljivost veća

taloženje je manje kvantitativno i obrnuto. Tako za konstantu ravnoteže taloženja važi odnos:

K =

Kažemo da je konstanta ravnoteže taloženja recipročna vrijednosti proizvoda rastvorljivosti.

Rastvorljivost se u analitičkoj hemiji najčešće izražava količinom supstance (mol/dm3), tj. koncentracijom

njenog zasićenog rastvora. Ovako izraženu rastvorljivost nazivamo Količinskom rastvorljivošću i

obilježavamo je sa (S).

Razmotrimo rastvaranje jonskog taloga sastava MmAn

MmAn ↔ mMn+

+ nAm-

S ↔ mS + nS

Svaki molekul (mol) taloga koji se rastvori daje m molova jona Mn+

i n molova jona Am-

, pa je ukupna

koncentracija jona Mn+

:

= m * S, odnosno S =

a ukupna koncentracija jona Am-

:

15

= n * S, odnosno S =

Kako je koncentracijskih proizvod rastvorljivosti:

Kc =

uvrštanjem prethodnih izraza dobijemo:

Kc = (m*S)m

* (n*S)n = S

(m+n) * m

m * n

n

odavde slijedi: S(m+n)

=

S =

, ako je m = n = 1

S =

Znači, pomoću poznatog proizvoda rastvorljivosti Kc može se izračunati rastvorljivost kao i

koncentracije jona u zasićenom rastvoru.

2.6. REDOKS REAKCIJE

Redoks-reakcije (oksido-redukcione reakcije) su hemijske reakcije u kojima se vrši razmjena (primo-

predaja) elektrona u rastvoru. Zbog primo-predaje elektrona atomima i jonima se mijenja valentnost, odnosno

oksidacijski stupanj. Materija koja prima elektrone (e-) naziva se Oksidacionim sredstvom (pri čemu se sama

redukuje), a materija koja odaje elektrone (e-) naziva se Redukciono sredstvo (pri čemu se sama oksiduje).

Redoks-reakcije u rastvoru prikazujemo sa sljedeće dvije polureakcije:

Oks1 + ze- ↔ Red1

Red2 ↔ Oks2 + ze-

što sumarno daje redoks-reakciju:

Oks1 + Red2 ↔ Red1 + Oks2 konjugovani par

Kako elektroni ne mogu postojati u rastvorima slobodni, potrebna su najmanje dva redoks-sistema od

kojih jedan ima ulogu donora, a drugi ulogu akceptora elektrona. Broj primljenih i otpuštenih elektrona u

obadvije polureakcije mora biti jednak.

Npr. 2Fe2+

↔ 2Fe3+

+ 2e-

Cl20 + 2e

- ↔ 2Cl

-

__________________________________________________________

2Fe2+

+ Cl20 + 2e

- ↔ 2Fe

3+ + 2Cl

- + 2e

-

2.6.1. ELEKTROHEMIJSKE REAKCIJE

Redoks-reakcije kod kojih dolazi do razmjene elektrona (e-) između elektroda i oksidansa, odnosno

reduktora u rastvoru nazivamo Elektrohemijskim reakcijama. One se ostvaruju kada se dvije metalne

elektrode urone u rastvor korespondentnih jona. Nastaje spontan prelazak katjona iz kristalne rešetke elektrode

u rastvor ili prelazak jona iz rastvora u sastav kristalne rešetke elektrode. Na graničnoj površini između

elektrode i rastvora, na jednoj od elektroda (na katodi) imamo redukciju, a na drugoj (anodi) imamo oksidaciju:

KATODA: Oks1 + ze- ↔ Red1

ANODA: Red2 ↔ Oks2 + ze-

__________________________________________________________

SUMARNO Oks1 + Red2 ↔ Red1 + Oks2

Kako se na katodi odvija proces redukcije (ona akceptira elektrone) a elektroda se naelektriše negativno. Anoda

je pak elektroda na kojoj se vrši oksidacija (otpušta elektrone) ta elektroda se naelektriše pozitivno.

16

2.6.2. ELEKTRODNI POTENCIJAL I NERNSTOVA JEDNAČINA

Pri odvijanju elektrohemijskih reakcija oko uronjenih metalnih elektroda u elektrolit, formiraju se dvojni

električni naboji. Dvojni električni sloj potiče od naelektrisanja elektrode i naelektrisanja elektrolita u

neposrednoj blizini elektrode (u difuznom dijelu). Izvan granične površine difuznog dijela koncentracija

katjona i anjona je izjednačena i elektrolit je električno neutralan, pa se između elektrode i elektrolita

uspostavlja određeni električni potencijal.

Potencijal koji elektroda poprima kada se na njoj uspostavi ravnoteža odgovarajuće redoks-reakcije

naziva se Elektrodnim potencijalom.

Električni potencijal jedne elektrode se ne može mjeriti, ali se može mjeriti razlika električnog

potencijala između dvije elektrode. Granična vrijednost razlike električnih potencijala dvije elektrode (kada

kroz ćeliju ne teče struja) naziva se Elektromotornom silom i označava se velikim slovom E.

U principu mjeri se razlika potencijala između elektrode koja nas interesuje i Standardne hidrogenove

elektrode (SHE) (kojoj se međunarodnim dogovorom pripisuje potencijal „nula volta“). Tako imamo

elektrodni potencijal elektrode koja nas interesuje

E = E1 – E(SHE)

E = E1 – 0

Matematički izraz za elektrodni potencijal se naziva Nernstovom jednačinom (uz oznaku redoks-para

na koji se odnosi) i za polureakciju.

Oks + ze- ↔ Red

ima oblik:

E = E - +

ln

gdje je:

E - –Standardni elektrodni potencijal , za određeni redoks - par. To je elektrodni potencijal E kada su

aktiviteti oksidansa i reduktora jednaki jedinici.

R - gasna konstanta (=8,314 JK-1

mol-1

)

T - temperatura elektrolita (=stepen Kelvina, K)

F - Faradej-eva konstanta (=96485 Cmol-1

)

Z - broj elektrona (e-) koji se izmjenjuju u redoks - reakciji.

Uvrštavanjem: numeričkih vrijednosti za pojedine konstante, koncentracije umjesto aktiviteta i

prelaskom na dekadni logoritam Nernstova jednačina (na t = 25°C) poprima sljedeći oblik:

E = E - +

log

Standardni potencijali različitih redoks - sistema na kvantitativan način izražavaju afinitet učesnika u

reakciji prema elektronima. Što je vrijednost potencijala pozitivnija, utoliko je sistem jače oksidaciono sredstvo

i obrnuto.

Potencijal Ukupne redoks - reakcije odražava u suštini konstantu ravnoteže date reakcije. Ako iznova

posmatramo dvije polureakcije vidimo da njima pripadaju odgovarajući potencijali E1- i E2

-, a potencijal ukupne

redoks-reakcije E- je razlika potencijala te dvije polureakcije

Oks1 + 2e- ↔ Red1 E1

-

Red2 ↔ Oks2 + 2e- E2

-

__________________________________________________________

SUMARNO: Oks1 + Red2 ↔ Red1 + Oks1 E -

E - =E2

- + E1

-

Konstanta ravnoteže redoks-reakcije iskazana preko dekadnog logoritma je:

logK - =

odnosno

K - =10

ZE - 0,0591

17

Konstanta ravnoteže korisno može da posluži za ocjenu stepena potpunosti odigravanja redoks-reakcija,

kao i za izračunavanje minimalne potencijalne razlike dvije polureakcije, za uspješno odvijanje ukupne redoks-

reakcije.

2.7. REAKCIJE SA IZMJENJIVAČIMA JONA

Pod reakcijama sa izmjenjivačima jona podrazumijevamo reverzibilne procese u kojima se joni istog

predznaka izmjenjuju između jedne čvrste nerastvorene supstance i rastvora. Da bi ovakva izmjena bila

moguća, čvrsta supstanca mora sadržavati jone koje može izmjenjivati sa rastvorom, a da bi izmjena proticala

dovoljno brzo i dovoljno kvantitativno čvrsta supstanca mora imati otvorenu propusnu strukturu kroz koju joni i

molekuli rastvarača mogu difundirati. Ovakve čvrste supstance koje sadrže jone jedne određene vrste koji se

mogu reverzibilno izmjenjivati s drugim jonima iz rastvora nazivamo izmjenjivačima jona.

Poznate su mnoge prirodne i vještačke supstance koje posjeduju jonoizmjenjivačke osobine, a neke od

najznačajnijih za naš život su gline i huminske kiseline tla. U analitičkom radu, međutim, danas se prvenstveno

primjenjuju sintetički organski jonizmjenjivači, poznati kao „smola“. Upoređene s prirodnim

jonoizmjenjivačima, sintetičke smole su superiornije. One posjeduju bolje osobine u pogledu mehaničke

čvrstine, hemijske stabilnosti, izmjenjivačkog kapaciteta i brzine izmjene jona, pa ćemo ovdje uglavnom samo

o njima i govoriti.

2.7.1. JONOIZMJENJIVAČKE SMOLE, IZMJENJIVAČI KATJONA I IZMJENJIVAČI ANJONA

Prema vrsti jona koje izmjenjuju, jonoizmjenjivačke smole možemo podijeliti u dvije glavne grupe:

izmjenjivače katjona (ili katjonite) i izmjenjivače anjona (ili anjonite). Međutim, bez obzira na njihov tip,

sve jonoizmjenjivačke smole imaju nešto zajedničko, a to je:

1. U osnovi se sastoje od jednog hidrogenkarbonskog polimera mrežaste strukture, čiji atomi ne učestvuju u

reakciji izmjene. Ovaj organski polimer predstavlja „skelet“ izmjenjivača.

2. Na neke od ugljenikovih atoma ovog poroznog skeleta fiksirane su odgovarajuće funkcionalne grupe koje

imaju sposobnost da izmjenjuju jone s rastvorom. Funkcionalne grupe se sastoje od jednog pozitivnog ili

negativnog dijela čvrsto fiksiranog na kostur na koji su, dalje, labavije vezani suprotno nabijeni joni koji se

izmjenjuju s drugim jonima istog naboja iz rastvora i koji zapravo i čine aktivni dio izmjenjivača.

Izmjenjivači katjona imaju kisele funkcionalne grupe kao što je npr. sulfonska grupa–SO-3H

+, dok

izmjenjivači anjona imaju bazne funkcionalne grupe kakva je npr. kvaternerna amonijumska grupa –

N(CH3)+

3OH-.

Skelet jonoizmjenjivača je sam po sebi hidrofoban, ali prisustvo jonskih grupa mu daje hidrofilne

osobine. Zato izmjenjivači jona u vodenoj sredini primaju dosta vode i bubre.

Kod izmjenjivača katjona, katjoni iz rastvora difundiraju u molekule smole i izmjenjuju se s katjonima

smole, dok anjoni iz rastvora ne mogu difundirati u takvu smolu zbog elektrostatičkog odbijanja fiksiranih

negativnih grupa. Ako izmjenjivač sadrži kisele sulfonske grupe, a rastvor npr. Na+-jone, reakcije izmjene se

može predstaviti jednačinom:

R-SO3-H

+ + Na

+ ↔ R-SO3

-Na

+ + H

+

gdje je R-dio molekula izmjenjivača. Na isti način se mogu izmjenjivati i drugi katjoni iz rastvora, a razmjena

se vrši na ekvivalentnoj osnovi. Reakcija izmjena je reverzibilna, tako da se dostiže stanje dinamičke

ravnoteže, u kome su različite vrste prisutnih pozitivnih jona raspodjeljene između izmjenjivača i rastvora.

Raspodjela raznih vrsta jona nije slučajna, nego su izvjesni joni privučeni izmjenjivaču jače nego drugi, što se

koristi kod analitičke primjene jonoizmjenjivača, i posebno je značajno kod nekih analitičkih separacija

(jonoizmjenjivačka hromatografija).

Analogno ovome, kod izmjenjivača anjona, anjoni difundiraju u molekule smole i izmjenjuju se s

anjonima smole, dok katjone odbijaju pozitivne fiksirane grupe izmjenjivača. Reakcija izmjene npr. Cl--jona iz

rastvora sa OH--jonima baznog izmjenjivača s funkcionalnom grupom tetraalkilamonijumskom grupom može

se prikazati jednačinom:

R-N(CH3)3+OH

- + Cl

- ↔ R-N(CH3)3

-Cl

- + OH

-

18

gdje je R-dio molekula izmjenjivača. Na isti način se mogu izmjenjivati i drugi anjoni iz rastvora, a položaj

ravnoteže koji se vrlo brzo uspostavlja zavisiće od afiniteta smole prema pojedinim anjonima koji učestvuju u

reakciji izmjene, tj. od selektivnosti jonoizmjenjivačke smole.

2.7.2. KAPACITET JONOIZMJENJIVAČKIH SMOLA

Pod kapacitetom jonoizmjenjivačke smole podrazumjevamo količinu jednovalentnih jona koji se

mogu izmjeniti po jednom gramu suhe smole ili po cm3 vlažene smole. Kapacitet smole uglavnom je određen

brojem funkcionalnih grupa u smoli. Kod jako kiselih izmjenjivača katjona kapacitet obično iznosi oko 5 m mol

jona M+ po gramu suhe smole (ili oko 1,2 m mol jona M

+ po cm

3 vlažne smole), a kod jako baznih izmjenjivača

anjona oko 3 - 3,5 m mol jona A- po gramu suhe smole (ili oko 1,2 m mol jona A

- po cm

3 vlažne smole).

NEKI ZNAČAJNIJI JONOIZMJENJIVAČI

Izmjenjivač, tip Skelet Aktivna grupa Trgovačko ime

Katjonit jako kiseli

Stiren/DVB kopolimer

-SO3H Amberlit IR-120 Dowex 50 i Dowex 50W

Ionenaustauscher I

Katjonit slabo kiseli

Metakrilna kis. DVB, kopolimer

-COOH Amberlite IRC-50 Ionenaustauscher IV

Anjonit

jako bazni

Stiren/DVB Kvaternerna amonijum

grupa

Amberlite IRA-400

Dowex I i Dowex 2

Ionenaustauscher II

Anjonit

slabo bazni

Stiren/DVB Primarne, sekundarne i

tercijarne amino grupe

Amberlite IR-45

Dowex 3

Ionenaustauscher II

Helatni Stiren/DVB Aminodiacetatna grupa Chelex 100 Dowex A-I

19

3. KVALITATIVNA HEMIJSKA ANALIZA

20

3.1. OPŠTI POJMOVI KVALITATIVNE HEMIJSKE ANALIZE

Kvalitativna hemijska analiza se bavi određivanjem komponenti od kojih je sastavljen ispitivani

uzorak. Može se podijeliti na:

1. potpunu (kompletnu) – ispitivanje svih komponenti

2. djelimičnu (parcijalnu) – ispitivanje nekoliko komponenti.

Prema komponentama koje se dokazuju, kvalitativna analiza se može podjeliti na:

1. elementarnu – određuju se elementi od kojih je uzorak igrađen (K, Ca, Mn, Cu, itd.)

2. funkcionalnu – određuju se prisutne funkcionalne grupe u uzorku (-OH, -COOH, -CHO, itd.)

3. molekularnu – određuje se potpuni sastav jedinjenja (CaCO3, H2SO4, itd.)

Zbog postojanja dvije velike skupine jedinjenja koja se među sobom razlikuju, hemijsku kvalitativnu

analizu možemo podjeliti na:

1. organsku kvalitativnu analizu

2. anorgansku kvalitativnu analizu

Princip utvrđivanja kvalitativnog sastava ispitivanog uzorka bazira na različitim hemijskim i fizičkim

svojstvima komponenti od kojih je izgrađen.

Hemijske reakcije koje se primjenjuju za dokazivanje prisutnih komponenti nazivamo Analitičkim

reakcijama, a dodavane supstance (poznatog sastava) sa kojima dolazi do reakcije sa komponentama

ispitivanog uzorka, nazivamo Reagensima.

Analitičke reakcije se odlikuju sljedećim svojstvima:

1. Osjetljivost – minimalna količina tvari koja se može dokazati,

2. Specifičnost – u datim uslovima reakcija je karakteristična samo za posmatrani jon ili molekul i

može se dokazati u prisustvu drugih supstanci.

Uopšteno, broj specifičnih analitičkih reakcija je mali, a apsolutno specifičnih reakcija praktično nema.

Mnogo su brojnije Selektivne reakcije koje su karakteristične za skupinu jona sa sličnim (bliskim) svojstvima.

Ako se nekim primjenjenim reagensom reaguje veća skupina jona govorimo o Grupnim analitičkim

reakcijama. Na takvim reakcijama bazira sistematska analiza katjona i anjona, kao i njihova podjela u

analitičke grupe. Analogno analitičkim reakcijama i reagensi mogu biti: osjetljivi, specifični, selektivni i

grupni.

3.2. SISTEMATSKA KVALITATIVNA ANORGANSKA ANALIZA

Kako za većinu jona ne postoje specifične analitičke reakcije za njihovo dokazivanje, skoro uvijek se

primjenjuje sistematska kvalitativna analiza ispitivanih uzoraka. Ona se sastoji od sljedećih faza:

1. prethodna ispitivanja

2. analiza katjona u rastvoru

3. analiza anjona u rastvoru

Ispitivani uzorci mogu biti u sva tri agregatna stanja:

1. tečnom (rastvori)

2. čvrstom (nemetali i metali – legure)

3. gasovitom.

Prethodna ispitivanja uzorka obuhvataju sljedeće:

a) definisanje izgleda, boje i mirisa

b) žarenje u staklenoj cjevčici

c) ispitivanje bojenja plamena

d) žarenje sa Na2CO3 na ugljenu

e) ispitivanje pomoću boraksove i fosforne đinđuve u oksidacionom i redukcionom plamenu

f) ispitivanje pomoću razblažene H2SO4

21

g) ispitivanje pomoću koncentrovane H2SO4

h) ispitivanje rastvorljivosti i potpuno razlaganje.

3.2.1. RASTVARANJE ISPITIVANOG UZORKA

Većina analitičkih reakcija se izvodi u rastvorima, pa kako je većina anorganskih uzoraka u čvrstom

agregatnom stanju, oni se moraju prethodno rastvoriti.

Rastvorljivost se ispituje redom na hladno i toplo u vodi, a zatim u mineralnim kiselinama, prvo

neoksidirajućim pa oksidirajućim. Najprije se rastvaranje vrši u razblaženim, a zatim koncentrovanim

kiselinama, takođe prvo na hladno pa na toplo. Često se koriste i smjese kiselina kao što je HCl : HNO3 = 1 : 3

tzv. „zlatotopka“ ili „carska voda“.

Međutim, mnogi anorganski uzorci se u potpunosti ne otapaju u kiselinama. Zaostali nerastvoreni dio

uzorka se raščinjava taljenjem u Pt-lončiću sa anhidrovanim Na2CO3 ili smjesom Na2CO3 i K2CO3 ili taljenjem

u Ni-lončiću sa NaOH ili KOH. Nastale taljevine se zatim iznova rastvaraju u vodi ili nekoj mineralnoj kiselini.

3.3. ANALIZA KATJONA U RASTVORU

Za sistemsku analizu katjona najpogodnija je tzv. Hidrogen-Sulfidna-metoda, koja se ogleda u

razdvajanju katjona u šest analitičkih grupa.

PODJELA KATJONA U ANALITIČKE GRUPE

GRUPA GRUPNI REAGENS KATJONI

I Razblažena HCl Ag(I), Hg(I), Pb(II)

Cu(I), Au(I), Pt(II)

II H2S Iz rastvora HCl koncentracije

0,3 mol dm-3

IIa: Hg(II), Pb(II), Bi(III),

Cu(II), Cd(II)

IIb: As(III, V), Sb(III, V),

Sn(II, IV), Au(III), Se(IV)

III NH3 + NH4Cl Al(III), Fe(III), Cr(III), Be(II),

Ti(IV), Ta(V)

IV (NH4)2S + NH4Cl + NH3 Ni(II), Co(II), Mn(II), Zn(II)

V (NH4)2CO3 + NH4Cl + NH2 Ca(II), Sn(II), Ba(II)

VI nema Na(I), K(I), Mg(II)

3.4. ANALIZA ANJONA U RASTVORU

Analiza anjona se po pravilu, vrši poslije analize katjona. U toku analize katjona obično se dobivaju

određene indikacije ili dokazi za prisustvo pojedinih anjona. Ako se pri tretiranju uzorka razblaženom HCl ili

H2SO4 razvijaju karakteristični gasovi, moguće je indicirati prisustvo karbonata (ili H-karbonata), sulfita,

tiosulfata, sulfida, nitrata, hipohlorita, cijanida i cijanata. Ako se pri tretiranju konc. H2SO4 razvijaju kisele pare

i gasovi, moguće je indicirati i prisustvo sljedećih anjona: hersacijanoferata (II), heksacijanoferata (III),

tiocijanata, formijata, acetata, oksalata, tartarata i citrata.

Pri ispitivanju anjona korisne indikacije pruža proba oksidacije, odnosno proba redukcije prisutnih

anjona.

Analiza anjona se olakšava izvjesnim grupnim reagensima, koji omogućavaju klasifikaciju i odvajanje

anjona u manji ili veći broj arbitrarnih grupa, u kojima se pojedini anjoni posebno dokazuju karakterističnim

reakcijama. Klasifikacija anjona se najčešće zasniva na različitoj rastvorljivosti Ag, Ba, Ca i Zn soli u

neutralnoj i kiseloj sredini.

22

PODJELA ANJONA U ANALITIČKE GRUPE

GRUPA GRUPNI REAGENS ANJONI

I Ca(NO3)2 C2O42-, F-, C4H4O6

2-, SO32-,

B(OH)4-, AsO3

3-, PO43-, CO3

2-

II Ba(NO3)2 SO42-, CrO4

2-, JO3-

III Zn(NO3)2 S2-, CN-, Fe(CN)63-, Fe(CN)6

4-

IV AgNO3 SCN-, S2O32-, Cl-, Br-, J-

V nema NO2-, NO3

-, ClO3

-, ClO4

-,

CH3COO-, BrO3-

Za analizu anjona moraju se prethodno odvojiti prisutni katjoni. Radi toga se priprema sodni ekstrakt

tako što se supstanca prokuha konc. rastvorom N2CO3 i procijedi. U filtratu se tada nalaze svi anjoni čije su soli

rastvorne u vodi. Anjoni se iz sodnog ekstrakta dokazuju u neutralnoj ili slabo kiseloj sredini. Zbog toga se

ekstrakt neutrališe kiselinom koja ne ometa daljna ispitivanja.

23

4. KVANTITATIVNA HEMIJSKA ANALIZA

24

4.1. OSNOVI KVANTITATIVNE HEMIJSKE ANALIZE

Zadatak kvantitativne analize je da odredi sadržaj pojedinih komponenti u nekom uzorku. U osnovi

kvantitativne analize je mjerenje neke fizičke veličine (mase, volumena, provodljivosti, ekstinkcije, transmisije)

koja je poznatom funkcionalnom zavisnošću vezana s masom komponente koja se određuje.

Treba, međutim, imati u vidu da je krajnje mjerenje samo jedan korak u nizu operacija koje je potrebno

izvesti da bi se došlo do rezultata o sadržaju neke komponente u uzorku. Tako se pri kvantitativnoj analizi

susrećemo sa sljedećim osnovnim operacijama:

1. uzimanje uzoraka

2. vaganje

3. prevođenje uzoraka u rastvor

4. odvajanje komponenti

5. određivanje.

Uspješnost kvantitativne analize nekog uzorka uslovljena je korektno izvedenim operacijama koje su

navedene.

4.2. UZIMANJE UZORAKA

Kada treba analizirati veću količinu nekog materijala (npr. uglja, rude i sl.), očigledno je da se za analizu

ne može uzeti cjelokupna količina, pa se postavlja pitanje kako od ispitivanog materijala uzeti jednu manju

količinu koja se naziva uzorak i koja će po svom hemijskom sastavu što tačnije odgovarati sastavu čitave mase

materijala. Drugim riječima, uzeti uzorak treba da bude „reprezentativan“, što znači da treba da karakteriše

ispitivani materijal kao cjelinu. Ako je uzorak nepravilno odabran pa ne karakteriše ispitivani materijal kao

cjelinu, analitičko određivanje gubi svoju svrhu, ber obzira na to što može biti izvedeno vrlo pažljivo i tačno.

Operacija uzimanja uzorka može se podijeliti u tri glavna stupnja:

(1) uzimanje „primarnog uzorka“,

(2) smanjenje veličine primarnog uzorka na veličinu pogodnu za laboratorijski rad i

(3) priprema laboratorijskog uzorka za analizu.

Kod pojedinih materijala neki od ovih stupnjeva može biti ne potreban, što zavisi od fizičkog karaktera

materijala. Tako npr. nekad primarni uzorak po svojoj veličini odmah odgovara za laboratorijski rad, pa drugi

stupanj potpuno otpada, dok je u drugim slučajevima potreban znatan rad da se veličina uzetog primarnog

uzorka svede na veličinu pogodnu za laboratorijsku obradu.

Primarni uzorak se dobija usrednjenjem velikog broja pojedinačnih proba ili inkremenata uzetih od

ispitivanog materijala sa raznih mjesta i iz različitih slojeva po dubini, na potpuno slučajan način, tj. tako da

svaki dio cjeline ima istu vjerovatnoću da bude uključen u uzorak.

Ako je materijal nehomogen, za primarni uzorak se moraju uzimati čestice različitih dimenzija, od

najkrupnijih komada do najfinijeg praha, u odnosima približno jednakim onima u ukupnoj masi analiziranog

materijala. Što je ispitivani materijal više heterogen, broj inkremenata mora biti veći pa će i količina primarnog

uzorka biti veća. Za jako heterogene materijale masa primarnog uzorka može iznositi 1/100-ti, pa čak i 1/50-ti

dio ukupne mase materijala i može dostizati nekoliko desetina pa čak i stotina kilograma.

Od velikih količina rastresitog materijala uzorak je najbolje uzimati kada je materijal u pokretu (najbolje

pri vertikalnom padu, kod istovara iz transportnih sredstava i sl.). Prilikom analize kompaktnih materijala ili

metala koji se obično nalaze u obliku poluga, šipki, odlivaka i sl. i kod kojih zbog postepene kristalizacije

metala može doći do razlika u sastavu materijala na različitim dubinama, uzorci se uzimaju bušenjem sa raznih

mjesta (bušotine se raspoređuju po površini objekta kao šahovska polja ili spiralno) i sa raznih dubina.

Da bi se nakon uzimanja primarnog uzorka njegova veličina svela na veličinu dovoljnu za laboratorijski

rad, kod čvrstih nehomogenih materijala se mora istovremeno sa smanjivanjem veličine uzorka smanjivati i

veličina čestica u primarnom uzorku. Za tu svrhu postoji čitav niz uređaja za drobljenje, mljevenje, miješanje i

dijeljenje uzorka na jednake i sve manje dijelove. Ranije se, a često i danas, smanjivanje uzorka obično

obavljalo pravljenjem zaravnjenih kupa materijala i njihovim tzv. četvrtanjem. Najprije se na jednom čistom

mjestu napravi hrpa u obliku zaravnjene kupe. Kupa se zatim dijeli na 4 jednaka dijela, od kojih se dva suprotna

25

sklanjaju, a dva preostala skupljaju i operacija ponavlja dok se ne dobije odgovarajuća veličina uzorka. Jasno, i

postupak četvrtanja mora pratiti usitnjavanje materijala, tako da na kraju materijal mora biti usitnjen toliko da u

njemu ne bude čestica većih od 1-2 mm, od koga se najzad uzima laboratorijski uzorak.

Veličina laboratorijskog uzorka zavisi od broja i veličine tzv. analitičkih uzoraka koji se moraju uzimati

za pojedina određivanja, kao i za ponovljena određivanja, tako da veličina laboratorijskog uzorka može iznositi

i 15 - 30 g, pa i do 1 kg.

Laboratorijski uzorak se mora dobro homogenizirati. On se melje i sije kroz fina sita s odgovarajućim

razmjerama očica pri čemu se krupnije čestice koje zaostaju na situ vraćaju i ponovo melju. Na kraju se uzorak

usitnjava u fini prah u ahatnim avanima i čuva u dobro zatvorenim staklenim ili plastičnim bocama da bi se

zaštitio od uticaja svjetla, vlage, oksigena ili ugljendioksida iz atmosfere, koji bi eventualno mogli dovesti do

promjene njegovog sastava.

Prilikom uzimanja uzorka tečnosti mogućnost greške je vrlo mala, jer se tečnosti odlikuju velikom

homogenošću. Ipak, u velikim zapreminama tečnosti (kao npr. u rezervoarima) homogenost nije apsolutna, a

pored toga, moguće je da tečnosti sadrže dispergovane čvrste čestice ili emulgirane druge tečnosti tako da se i

kod analiza tečnosti uzorak uzima kao srednja vrijednost pojedinačnih proba uzetih na raznim mjestima i na

raznim dubinama. Od tečnosti u rezervoaru uzorak se uzima pomoću cijevi čiji se kraj može zatvoriti, a od

tečnosti koje se transportuju cjevovodima uzorak se obično uzima pomoću slavine ugrađene u cjevovod.

Uzorci gasa uzimaju se usisavanjem pomoću pipete sa dvije slavine ili se gas uvodi u odgovarajuću

posudu uz istiskivanje vode ili neke druge zaporne tečnosti kojom je posuda bila sasvim napunjena.

4.3. VAGANJE

Mjerenje mase supstance uz primjenu analitičke vage predstavlja jednu od osnovnih i najtačnijih

operacija u kvantitativnoj analizi. U principu, analitička vaga je poluga prve vrste, s tačkom oslonca između

tačaka djelovanja sila. Tačka oslonca poluge jeste tačka u kojoj se brid centralne prizme oslanja na jednu ravnu

noseću površinu.

Razlikujemo dva najčešća tipa analitičkih vaga. Kod vaga jednakih krakova brid centralne prizme se

nalazi tačno u sredini poluge, tako da su dužine dva kraka poluge l1 i l2 jednake.

Kod vaga s jednim tasom dužine krakova poluge nisu međusobno jednake, tj. raspodjela poluge oko

tačke oslonca je nesimetrična.

Kod oba tipa vaga, kada je poluga vaga u horizontalnom položaju, momenti sila F1 i F2 na krakovima

poluge su identični, a pošto je odnos između sile (težine) i mase F = m * g, gdje je m - masa, a g - ubrzanje

slobodnog pada, gornja relacija se može pisati i kao

m1 * l1 = m2 * l2

U ovoj jednačini m1 je masa koja djeluje na udaljenosti l1 lijevo od tačke oslonca poluge, a m2 masa koja

djeluje na udaljenosti l2 desno od tačke oslonca poluge.

Kod vaga jednakih krakova je l1 = l2, tako da je kod ovakvih vaga i m1 = m2, gdje je m1 i m2 obuhvataju

mase tasova i krakova poluge s lijeve i desne strane tačke oslonca. Kada se, međutim predmet nepoznate mase

mx stavi na lijevi tas vage s jednakim krakovima, poluga će se pomjeriti u pravcu suprotnom kazaljci na satu, a

njen ravnotežni horizontalni položaj se postiže kada se na desni tas vage stave standardni tegovi mase ms tako

da će biti

mx * l1 = ms * l2 odnosno (kako je l1 = l2) mx = ms

Kod vaga s jednim tasom, kako je već rečeno, dužine l1 i l2 nisu jednake, tako da i mase m1 i m2 moraju

biti različite kada je poluga u horizontalnom položaju. Kod ovih vaga m1 predstavlja sumu masa tasa, lijevog

kraka poluge i ukupne mase svih tegova obješenih iznad tasa, lijevog kraka poluge i ukupne mase svih tegova

obješenih iznad tasa, dok m2 obuhvata masu desnog kraka poluge i masu fiksnog protutega koji na rastojanju l2

od tačke oslonca poluge djeluje na ovaj krak. Kada se predmet mase mx stavi na tas ovakve vage, poluga se,

takođe, pomjera u pravcu suprotnom kazaljci na satu, a njen horizontalni položaj se postiže oduzimanjem

odgovarajuće mase ms utega koji vise iznad tasa. Ovakav način vaganja je poznat kao vaganje supstitucijom, i

26

u prednosti je nad prvom metodom, jer je ukupno opterećenje poluge u ravnotežnom položaju uvijek isto, bez

obzira na masu predmeta koji se vaga.

Analitičke vage su obično predviđene za opterećenja od 200 g, a osjetljivost im mora biti ±0,0001 g. Za

semimikroanalitička određivanja upotrebljavaju se semimikroanalitičke vage kod kojih opterećenja iznose do

100 g, a osjetljivost ±0,00001 g. Za mikroanalitičke metode moraju se primjenjivati mikroanalitičke vage čije je

maksimalno opterećenje 10 – 20 g i osjetljivost ±0,000001 g.

4.3. PREVOĐENJE UZORAKA U RASTVOR(RASTVARANJE I RAŠČINJAVANJE)

Kod primjene mnogih hemijskih metoda analize potrebno je da se analizirani uzorak nalazi u rastvoru. U

praksi se, međutim, relativno malo uzoraka rastvara u vodi, i mnogi od njih zahtijevaju posebnu i često vrlo

energičnu hemijsku obradu da bi se preveli u rastvor. Tako je npr. kod prevođenja silikatnih materijala u rastvor

obično neophodno naprije razoriti njihovu silikatnu strukturu obradom odgovarajućim hemijskim reagensima,

kod određivanja neorganskih komponenti u organskim materijalima potrebno je energičnom oksidacijom

prethodno razoriti organsku supstancu i sl.

Kod prevođenja uzoraka u rastvor treba voditi računa o nekoliko važnih momenata:

1. U odabranom sredstvu za rastvaranje uzorak treba da se rastvara potpuno, jer rastvaranje samo jedne

ili samo nekoliko komponenti uzorka i njihovo „izvlačenje“ ili „izlučivanje“ obično ne dovodi do

njihovog potpunog izdvajanja iz analiziranog uzorka.

2. Rastvarači ili sredstva upotrebljena za prevođenje uzoraka u rastvor treba da su vrlo čisti, naročito

kod analize komponenti prisutnih u malim količinama (analiza „tragova“). U takvim slučajevima pri

izboru rastvarača može biti presudna upravo njihova čistoća.

Za rastvaranje se najčešće upotrebljavaju:

1. Voda (destilirana),

2. Razblažene kiseline, njihove smjese, kao i smjese kiselina i oksidanasa i

3. Rastvori baza.

Ako se neki uzorak nepotpuno rastvara u tečnim reagensima ili se ne rastvara uopšte, za njegovo

prevođenje mora se primijeniti energičniji postupak kakav je taljenje, tj. proces kojim se uzorak uz dodatak

pogodnih čvrstih reagensa topi na visokoj temperaturi i tako prevodi u lahko rastvorljiva jedinjenja u vodi ili u

mineralnim kiselinama. Pošto su temperature raščinjenja visoke 300 – 1000°C obično se mijenja i struktura

analiziranog materijala.

27

5. HEMIJSKI SASTAV MINERALNIH VEZIVA

28

5.1. GRANIT

-Općenito o granitu

Granit je široko raspostranjena vrsta kamena koja se može naći u predjelima kontinentalnog dijela Zemljine

kore i koja se površinski iskorištava.

Granit je vrsta dubinske eruptivne stijene koja posjeduje masivnu, grubu i kristaliziranu strukturu. Sastoji se, s

obzirom na pojedinu vrstu, od minerala glinenca (20% - 40% na primjer biotit ili muskovit), plagioklasa, tinjca

i kvarcnog kamena. U granitnim stijenama mogu se pronaći cirkon, apatit, titanit, uran i rubidij. Proces

formiranja kamena granita usko je povezana sa zgrušnjavanjem i kristalizacijom same vulkanske lave u dubini

Zemljine kore.

-Osobine granita

S obzirom da granit u sebi sadrži određeni postotak urana i rubidija on pokazuje i neznatnu osobinu

radioaktivnosti. Slaba doza radioaktivnosti prisutna je i u glinencu i tinjcu.

Granit prije svega odlikuje izrazita tvrdoća i čvrstoća njegove strukture. Osim toga granitni elementi otporni su

na vanjske vremenske utjecaje, otporni su na niske remperature i smrzavanje kao i na utjecaj kiselina. Granitni

kamen posjeduje srednje do najviše grubu zrnatu strukturu.

-Vrste granita

Moramo spomenuti da postoji nekoliko tipova granitnih stijena i to:

1. I-tip ili prvu grupu čine graniti nastali od magme koja se stvrdnula u Zemljinoj kori.

2. S-tip ili grugu grupu čine granitne stijene formirane rastapanjem sedimentnih stijena.

3. A-tip ili treća grupa granitnih stijena formira se na mjestima Zemljine kore kad ova počinje lagano „pucati“.

4. M-tip granitnih stijena ili četvrta grupa nalazi se i formira na otocima nastalim u oceanima i to kao rezultat

tektonskih poremećaja velikih Zemljinih ploča.

Na domaćem tržištu mogu se naći proizvodi i elementi od granita svih vrsta. Nerijetko ovi graniti nose na sebi

ime ili oznaku s mjesta na kojem se proizvode i obrađuju. Od poznatijih uvoznih granitnih vrsta možemo

spomenuti finski balmoral, baltički crveni granit ili baltički smeđi granitni kamen. Iz Kine se uvozi granitni

kamen „padang žuti“ ili kristalni granitni padang-kamen. Od drugih proizvođača možemo spomenuti zemlje

kao što su indija, Brazil, Iran ili Italija. No kao vrsni proivođači granitnog kamena tu se nalaze i Poljska,

Švedska, Portugal, Španjolska, Vijetnam i USA.

-Boje granita

Granitni kamen može poprimiti gotovo sve prirodne boje. Koju će boju granitni kamen naposljetku najjasnije

pokazivati ponajprije zavisi od sadržaja glinenca u njemu. Najčešće su boje granita svijetlo siva i žućkasti

tonovi. No u Zemljinoj kori nerijetko možemo pronaći i crveni granit. Nešto rjeđe ali ipak se susreću i granitni

kameni plave boje pa sve do tonova crne boje.

-Nalazišta i iskorištavanje granita

Granitni kamen moguće je pronaći gotovo na cijelom području kontinentalnog dijela Zemljine kore. Hemijski

sastav a time i različite vrste i različitost boja granita razlikuje se upravo od nalazišta do nalazišta. I u našim se

geografskim širinama mogu pronaći nalazišta granitnog kamena.

Izrazito značajna nalazišta granitnog kamena je područje centralnih Alpa.

-Upotreba granita

S obzirom na svoje dobre osobine u pogledu otpornosti na vremenske (ne)orilike, na svoju tvrdoću i čvrstoću.

Granit predstavlja vrlo prihvatljiv građevinski materijal pa se iz tih razloga često i koristi u graditeljstvu. Granit

se lahko polira, brusi i daljnje obrađuje. Može se paliti, mlaznicama obrađivati i rezati.

U okvirima unutarnjeg uređenja granitni kameni koriste se za oblaganje stubišta ili kao zidne obloge. No granit

se može koristiti i kao stolna ploča, sanitarni proizvod ili radna ploha u kuhinji.

U vrtovima granitni kameni često se koriste kao ukrasni elementi za popločavanje, uređivanje stazica oko biljki

ili uređenje vrtnog bunara. Nerijtko granitne elemente u radnim i uredskim prostorijama koriste kao podne

obloge ili obloge za vanjske zidove.

Ponekad se granitne stijene koriste kao materijal u gradnji željezničkih pruga. U ovom slučaju ne koriste se kao

ukrasni elementi nego prije kao materijal koji se izlomljen na sitnije komade nasipa oko tračnica.

29

U cestogradnji granitni kamen se koristi za popločavanje ulica, rubnika ili pješačkih staza.

5.2. KAMEN

-Istorija kamena vapnenca

Kamen vapnenac formirao se kao sedimentni kamen (taložni kamen) u vrijeme geološkog razdoblja jure. On

može imati masu od oko 2,7 tona po kubnom metru. Tokom dugih godina kopno se postepeno slijegalo i bilo

prekrivano vodenom masom mora. U formiranoj plitkoj vodenoj morskoj masi ljušturni vapnenac lagano se

taložio. Godišnje se taložila masa vapnenca u vrijednosti od 1/10 mm tako da su se tokom drugih godina

pojavili slojevi vapnenca kojeg danas možemo vidjeti.

Na zidovima naslaga kamena vapnenca moguće je zamijetiti i slojeve lapora koji ukazuju da je tokom vremena

dolazilo do pojave oscilacija u razini mora ili promjeni klime. Pojedini zidovi naslaga vapnenca iznose od 100

do 130 cm visine. No ukupna visina kamene mase može iznositi i preko 100 metara.

-Vađenje kamena

S ciljem bržeg i jednostavnijeg dobivanja kamena formiraju se terase različite širine i dužine, pojedini se

kameni slojevi mogu odvajati pomoću teških strojeva. Ovako dobivene kamene plohe obrađuju se-režu, lome-

dalje s obzirom na činjenicu za što će se kamen koristiti odnosno gdje će se kamen upotrijebiti.

Kameni komadi mogu se već u kamenolomu detaljnije obrađivati kao što je npr. izrada pravokutnih elemenata.

Moguće je dobiti i relativno male kamene elemente koji imaju dimenzije 10 x 25 cm. Ovakvi se mali kameni

komadi u pravilu izdvajaju i sortiraju ručno, a prije slaganja na paletu ponekad se djelimično i ručno obrađuju.

U svakom slučaju moguće je izraditi najrazličitije kamene elemente i kreacije.

Tokom postupka dobivanja i obrade kamena nastaje otpadni materijal – ovaj se otpad miješa sa slojevima

lapora, odvozi do stroja za usitnjavanje materijala (drobilica kamena) gdje se usitnjava do željenih dimenzija a

zatim prosijava.

5.3. KVARC

Kvarc ili kremen (SiO2) čini vrlo važan dio našeg života, a u našem okolišu možemo ga svuda pronaći. Mnogi

naši građevinski objekti – kuće, ceste ili mostovi – nezamislivi su bez nazočnosti kvarca. No kvarc se nalazi i u

mnogim industrijskim proizvodima kao i proizvodima iz privatnog života – često upravo na onim mjestima i u

onim proizvodima za koje najmanje to pretpostavljamo.

Kvarc je podjednako važan za mnoge sfere ljudskog života kako u prošlosti tako i u budućnosti.

Kvarc su sadržavali prvi alati čovjeka u kamenom dobu. Kvarc sadrže mnoga dostignuća u doba ranog

građevinarstva: kako egipatske piramide tako i antički amfiteatri, srednjovjekovna crkvena zdanja i kraljevski

dvori, no kvarc sadrže i mnoge poznate visoke zgrade diljem cijelog svijeta. Zahvaljujući kvarcu uspjeli smo

uzdići našu kvalitetu življenja ali poboljšati i higijenske uvjete – od keramičkih proizvoda iz kamenog doba,

preko proizvodnje stakla u Starom Rimu sve do savremenih pogona za pripremu i proizvodnju vode (kvarc

odnosno kvarcni pijesak služi kao filter za vodu).

Kvarc u svojoj izvornosti istovremeno objedinjuje tradicionalno građevno sredstvo sa suvremenim načinima

upotrebe. Prozori kroz koje gledamo, čaše iz kojih pijemo, porculanski tanjuri i zdjele iz kojih jedemo – kvarc

je izuzetno važna sirovina: možemo ga pronaći u čistom obliku, kao sastavni mineral mnogih prirodnih

mineralnih proizvoda, možemo ga pronaći u lijekovima, gnojivima, automobilskim gumama i ljepilima, u

bojama i glazurama, u sintetičkim materijalima i podnim oblogama.

Kvarc se koristi u proizvodnji lijevanih metala, ulja, u farmaceutskoj industriji, u području medicine ili

industriji ukrasnih proizvoda. Čak i papir u svom sastavu sadrži kvarc.

Bez kvarca ne bismo mogli imati naočale ili mikroskope, ne bismo danas mogli proizvoditi kablove s optičkim

vlaknima ili mikro čipove za računala. Bez kvarca ne bismo mogli nositi sat na ruci, imati mobitel u džepu,

gledati televiziju ili kuhati na štednjaku.

Sve što svakodnevno oko nas dodirujemo – ili sadrži kvarc ili se proizvodi, obrađuje ili pokreće pomoću

kvarca: niti jedan drugi materijal nema tako svestranu primjenu, niti jedan drugi materijal nije tako fleksibilan,

niti jedan nema tako svijetlu budućnost kao kvarc.

I u prirodi oko nas kvarc je svugdje prisutan. Kvarc je drugi po redu (po učestalosti) mineral koji se pojavljuje u

prirodi i sam čini 12% Zemljine kore. Pojavljuje se ili u čistom obliku ili zajedno s drugim elementima kao

silikat. 90% svih minerala sadržava više od 0,1% kvarca – a mnogi minerali sadrže 30% i više udjela kvarca.

30

Stoga o kvarcu ne trebamo razmišljati samo kao o pijesku i šljunku. Kvarc možemo – u visokim

koncentracijama – pronaći i u ilovači i glini, u granitu i kamenu plovućcu, škriljcu i vapnencu. Svjedno na obali

mora ili visokim planinama, na našim njivama ili riječnim koritima – kvarc je svugdje prisutan.

Činjenica stoji: kvarc je izvorna priroda koja neposredno pomaže suvremenoj tehnici.

-Područja primjene kvarca

Ovaj mineral pronalazi svoje područje primjene u mnogim industrijskim granama. Najveće potrošače pijeska i

šljunka predstavlja područje građevinarstva. Pijesak i šljunak podjednako se koriste i u nisko – i u

visokogradnji kao i u gradnji i obnovi autocesta u magistralnih i lokalnih prometnica.

Ovi materijali koji u svom sastavu sadrže vrlo visoke koncentracije kvarca neophodni su u svim navedenim

područjima gradnje.

Pijesak i šljunak vade se iz šljunčara prekrivenih vodom ali mogu se dobivati i iz suhih iskopa, a zatim se kao

takvi obrađuju. Sirovi pijesak i šljunak sortiraju se s obzirom na veličinu zrna sirovih granulata ili čistoću

njihova sastava. Naravno, vrlo važnu ulogu ima i činjenica za što se pijesak odnosno šljunak koriste – mogu im

se dodjeljivati određene klase, mogu se sortirati, usitnjavati ili specijalno obrađivati.

Najčešće područje primjene kvarca ipak je u građevinarstvu: u proizvodnji kamena, u mortu i betonu, u

pločicama i pločama, u sastavu pokrovnih materijala i proizvodnji stakla.

U industriji proizvodnje i obrade prirodnog kamena dobivene sirovine u posebnim se pogonima obrađuju i od

njih se proizvodi drobljeni i tučeni kamen ili sitni pijesak.

U industriji vatrostalnih proizvoda kvarc se koristi za proizvodnju čelika, industrijskih peći kao i u cementnoj

industriji.

U području hemije kvarc s jedne strane predstavlja vrlo važno punilo za boje i lakove kao i mnoge druge

sintetičke proizvode, a s druge strane on je osnovni materijal koji se koristi u proizvodnji običnih čaša kojima

se koristimo dok pijemo vodu.

U industriji lijevanih proizvoda kvarc predstavlja osnovni sastojak u proizvodnji oblika i jezgre budući da je

vrlo otporan na visoke temperature pa stoga u sebe može primiti tekuće metale.

U industriji proizvodnje stakla čisti se kvarc koristi u proizvodnji optičkih i elektroničkih proizvoda. Ravno

staklo koristi se i u automobilskoj industriji i građevinarstvu a takozvano šupljikavo staklo izrađuje se iz jednog

komada i sadrži i do 75% kvarcnog pijeska.

U industriji keramičkih proizvoda – od običnih tanjura i zdjela, preko sanitarnih proizvoda pa sve do tehničke

keramike – kvarc je nemoguće izostaviti.

U papirnoj industriji kaolin koji u sebi sadži kvarc koristi se i kao mineralno punilo i kao oplemenjivač vanjskih

površina.

S jedne strane kvarc je tradicionalna sirovina s kojom čovjek posjeduje već tisućgodišnje radno iskustvo. S

druge strane kvarc posjeduje izniman potencijal koji se može iskoristiti u proizvodnji savremenih i

visokotehnoloških proizvoda – u proizvodnji čipova za računala, optičkih uređaja, tehničkoj keramici...

Kvarc svoju budućnost vidi i kao izvor energije – možemo uistinu reći da nam predstoji prava revolucija u

proizvodnji. Kvrc je u mnogim granama primjene vrlo teško ili uopće nije zamjenjiv. Na onim mjestima gdje ga

je moguće donekle zamijeniti uglavnom je zamjena povezana s vrlo visokim troškovima kao i kompliciranom

tehnologijom proizvodnje – osim toga konačan rezultat je često kvalitativno nezreo ili općenito daleko zaostaje

za kvarcom.

5.4. PIJESAK I ŠLJUNAK

-Povijest iskorištavanja pijeska i šljunka

Razmislimo li o činjenici da se jedan ogroman dio dobivenog pijeska i šljunka iskorištava u proizvodnji betona

biće nam sasvim jasno da je povijest iskorištavanja pijeska i šljunka vrlo usko povezana s poviješću

proizvodnje betona. Stoga pijesak i šljunak kroz povijest su uvijek prisutni kao materijal za građenje.

Ideja da se od pijeska, šljunka i nekog veziva proizvede novi materijal – sličan betonu – npr. za gradnju prometnica i sl., u

usporedbi je s poviješću iskorištavanja samog pijeska i šljunka relativno mlada.

Najstariji počeci proizvodnje kamena „kojeg je proizvela ljedska ruka“ prema dosadašnjim spoznajama sežu u

povijest oko 9 i 8 tisućljeća p.n.e. Ovdje se radi o velikim i širokim podnim učvršćenjima od pješčanih

dodataka, vapna kao veziva i vode – dakle radi se o estrihu na bazi vapna – koja potječu s područja današnjeg

Bliskog Istoka.

31

Stari su Rimljani u trećem stoljeću p.n.e. počeli koristiti kamenu masu i hidrauličko vapno u proizvodnji

„betona starih Rimljana“ koji se odlikovao relativno visokom čvrstoćom. Stari Rimljani kamene su komade

stavljali u oplate s vapnom – ovaj proizvod nazivao se „opus caementium“.

No stvarni veliki prodor upotrebe novog građevnog materijala koji se sastojao od pijeska i šljunka može se

zahvaliti izumu Josefa Aspdina iz godine 1824 koji je naime realizirao zamisao svog zemljaka, Britanca Johna

Smeatona – izum se zvao portland cement.

Na taj su način bili stvoreni temelji savremenog betona. S vremenom sve su se više poboljšavale osobine

betona u pogledu njegove čvrstoće, i kao materijal za primjenu u nisko – i visokogradnji. Posljedica ovakvog

silovitog razvoja betona bila je ekstremna potražnja visokovrijednijeg i kvalitetno obrađenog građevnog pijeska

i šljunka. Budući da se svaki kubični metar očvrslog betona sastoji od 82% dodataka a koji su uglavnom pijesak

i šljunak, onda je jasno da je industrija proizvodnje betona (svejedno rali li se o transportnom betonu, gotovim

betonskim elementima ili pripremi svježeg betona na samom mjestu gradnje) danas jedan od najvažnijih

područja upotrebe pijeska i šljunka.

Ne smijemo naravno zaboraviti da se pijesak različitih kvaliteta, pored današnje suvremene proizvodnje betona,

već tisućljećima koristio i za druge svrhe:

Još od bronzanog doba – a posebno željeznog doba – na području današnjeg Srednjeg Istoka proje otprilike

9000 godina a u Evropi već prije 4000 godina čovjek je poznavao kvarcni pijesak koji je sadržavao glinu i

koristio ga je u proizvodnji peći otpornih na visoke temperature kao i modela koji su služili za izradu proizvoda

od lijevanog metala.

Čovjek već sedam tisuća godina poznaje postupak proizvodnje (topljenjem) stakla i to od kvarcnog pijeska s

dodatkom vapna i alkalnog pepela.

Tokom mnogih stotina godina tehnička dostignuća su se i na ovom području brzo razvijala. No, glavni sastojci

– specijalne vrste pijeska – do danas su ostali isti a područje njihove upotrebe višestruko se proširilo tako da je

ove specijalne vrste pijeska danas moguće naći u mnoštvu različitih proizvoda.

Bez pijeska i šljunka jednostavno se ne može!

Svake se godine u svijetu potroše milijuni i milijuni tona pijeska i šljunka. Činjenica je da se i naš standard i

standard naše djece temelji na sirovinama kao što su pijesak i šljunak. Bez njih ne bismo mogli imati škole i

vrtiće, postrojenja za pročišćavanje vode i nasipa za obranu od poplava, prometnice i aerodrome. A budući da

za šljunak i pijesak ne postoji adekvatna alternativa moramo osigurati ispravno iskorištavanje ovih sirovina. Iz

tog je razloga bitno naglasiti važnost pijeska i šljunka u svakodnevnom životu svakog od nas.

Dobivanje pijeska i šljunka iz prirode samo po sebi predstavlja potpuno čist i ekološki prihvatljiv proces što je

za nas i za buduća pokoljenja posebno važna činjenica. U svezi načina zbrinjavanja i sanacije šljunčara i iskopa

pijeska uvijek je potrebno konsultirati se i s lokalnim vlastima i tijelima kao i udrugama za zaštitu prirode.

Zaštita prirode i iskorištavanje pijeska moraju ići ruku pod ruku jedno s drugim.

-Zalihe pijeska i šljunka

Zalihe pijeska i šljunka vrlo su rezličito podijeljene. Ove su se zalihe formirale uglavnom u bližoj geološkoj

prošlosti – 2 milijuna godina – i taj proces još uvijek teče.

Velike količine sirovina pijeska nastale su upravo u vrijeme ledenog doba i njegovih toplijih faza – posebno

kao rezultat kretanja velikih ledenjaka. Ledenjaci su sa sobom nosili velike količine kamene mase koja se

tokom vremena taložila u obliku grubog ili sitnog pijeska.

U vodenim masama mnogih rijeka nalaze se velike količine grubog i otopljenog pješčanog materijala koji se s

obzirom na stalne promjene toka i količine vode u rijeci taloži u tipičnim sedimentnim slojevima – a upravo ove

naslage mi iskorištavamo odnosno poznajemo kao naše šljunčare i iskope pijeska.

-O proizvodnji šljunka i pijeska

Šljunak i pijesak nije moguće svugdje proizvoditi jer ne postoje svugdje njihove zalihe. Ove je sirovine moguće

industrijski i ekonomski isplativo iskorištavati jedino na onim mjestima koja su pogodna za iskapanje kao i koja

raspolažu s određenim količinama zaliha pijeska i šljunka. Pijesak i šljunak su materijali koji imaju svoja

svojstva potrebna za prirodan način gradnje.

Način iskapanja u pravilu je određen mjesnim prilikama i pretpostavkama svakog pojedinog iskopa.

Šljunčani/pješčani materijal u pravilu se vadi pomoću specijalnih mehaničkih alata i posebnih strojeva. Budući

da se ove sirovine vade odnosno iskapaju često se kao rezultat takvog načina iskorištavanja formiraju prava

umjetna jezera.

32

Sirovi pješčani i šljunčani materijal potrebno je na određeni način obraditi prije nego on postane tržišno i

komercijalno dostupan. Sirovi pijesak i šljunak u pravilu se obrađuju posebnim strojnim i tehničkim

postupcima. Sirovi materijal na ovaj način se čisti od nečistoća – drveta ili jako sitnih čestica – a zatim se

sortira s obzirom na veličinu zrna sirovih granulata. Specijalni proizvodni postupci zahtijevaju još dodatne

korake u obradi materijala.

Tek nakon potpunog filtriranja i dovršene obrade pijesak/šljunak postaje tržišno dostupan i može se

upotrebljavati za različite svrhe.

Prije nego pijesak i šljunak mogu biti upotrijebljeni u daljnoj proizvodnji betona, silikatne opeke ili stakla

potrebno ih je izvaditi, pripremiti i na određeni način obraditi.

-Dobivanje sirovog pijeska i šljunka

Prvi korak je dobivanje smjese sirovog pijeska/šljunka iz tla. U ovom slučaju sirovine se pomoću lopatica na

posebnim strojevima vade iz suhog iskopa ili iskopa pod vodom. Najčešća varijanta iskapanja je iskop pod

vodom i na taj način nastaju prava manja ili veća umjetna jezera.

Kod dobivanja u pravilu se koriste posebni strojevi kao što su plutajući strojevi odnosno sirovine se vade:

1. plutajućim hvataljkama

2. plutajućim grabilicama

3. usisnim pumpama odnosno strojevima koji takoreći usisavaju pijesak i šljunak s dna iskopa.

Kod plutajućih hvataljki na dno se na debelim čeličnim žicama spuštaju hvataljke, zatim se one hidraulički ili

mehanički zatvaraju i onda se podižu na površinu. Tek izvađeni sirovi materijal prolazi kroz takozvani postupak

predčišćenja u kojem se uklanjaju velike i grube nečistoće i tek se tada materijal dalje transportira. Plutajućim

hvataljkama moguće je dosegnuti vrlo visoke dubine od više 10-aka metara.

Plutajuće grabilice koriste se na mjestima na kojima se naslage pijeska i šljunka ne nalaze na velikim

dubinama. Grabilice su na ovim strojevima tako posložene da čine jedan lanac odnosno niz i pokreću se kao na

pokretnoj traci. Ovaj niz grabilica spušta se na dno, one zatim stružu po dnu kupeći pijesak i šljunak, zatim se

podižu na površinu gdje se prazne i postupak počinje iznova.

Usisni strojevi predstavljaju postupak tehnike vađenja pijeska i šljunka prije svega kad se radi o dubinama do

30 metara. Usisne pumpe usisavaju smjesu pijeska, šljunka i vode s dna. Veliki postotak usisane količine

materijala s dna predstavlja upravo voda. Preostala smjesa sirovog materijala ispumpava se u postrojenju za

obradu sirovog materijala. Problemi kod ovakvog načina iskorištavanja mogu se pojaviti ako se radi o vrlo

grubom šljunku ili smjesi šljunka/pijeska i ilovače. Probleme mogu stvarati i veliki i grubi komadi nečistoća

kao što su komadi stabala i sl. i tada može doći u pitanje vađenje odnosno usisne pumpe dostižu maksimalnu

granicu svoje učinkovitosti.

-Transport sirovog materijala od mjesta vađenja do pogona za obradu

U pravilu možemo reći da postoje dva načina transportiranja sirovog pješčanog i šljunčanog materijala. Prvi je

način transport materijala na plutajućim transportnim vrpcama, a drugi je način transport sirovine posebnim

teretnim strojevima za prijevoz pijeska/šljunka direktno do pogona za obradu. Dobro je reći da su ponekad (u

nekim šljunčarama) pogoni za obradu sirovog materijala već instalirani na platformama koje vade pijesak i

šljunak pa je zbog toga dodatni prijevoz između mjesta vađenja i mjesta za obradu suvišan.

-Finalna obrada pijeska i šljunka

U pogonima za obradu ispire se smjesa pijeska i šljunka, čisti se od primjesa kao što su drvo, ilovača i glina,

sortira se u različite frakcije i različite veličine zrna i tek se tada transportira do skladišta (odlagališta, silosa)

kako bi bila dostupna za potrebe tržišta.

Dakle, vidimo da sirovi materijal mora proći različite korake obrade. Sirovi materijal najprije se čisti na način

da ga ispire vodom na pomičnom situ kako bi se postigle pojedine frakcije zrna, npr. međusobno odvojile

veličine 0/2, 2/8, 8/16, 16/32 i 32/X.

Kako bi se postigle što čišće frakcije pijeska i šljunka mogu se koristiti posebni uređaji (aqua – motori) sa

neprekidnom vrpcom (hidrovrpcom). U ovom slučaju materijal dospijeva na hidrovrpcu pri čemu lakše dijelove

kao što su drvo ili sastojci slični drvenom ugljenu ispire voda i gura prema krajevima vrpce. Voda za ispiranje

na ovaj način u stanju je ukloniti i primjese gline.

33

Ukoliko se u sirovom materijalu nalaze velike količine gline onda ih je potrebno ukloniti pomoću posebnog

stroja koji se sastoji od odvojenog spremnika u koji se doprema sirova smjesa vode, pijeska i šljunka. U sredini

spremnika rotiraju dva metalna elementa koji pomoću vode odvajaju od šljunka primjese gline ili druge laganije

sastojke.

Ukoliko je potrebno proizvesti pijesak ili ga dobiti iz vode za ispiranje koja se koristi u pogonu za obradu često

se koriste takozvani cikloni. Način rada ovih uređaja temelji se na određenim fizikalnim zakonitostima koje

vrijede za neko centrifugalno polje.

Voda koja sadrži velike količine pijeska i finog materijala pod tlakom se dovodi u spremnik koničnog oblika.

Voda u spremniku rotira i na taj se način odvajaju fine i grube čestice pijeska, pri dnu ostaju grublje čestice dok

ciklon u spremniku laganije čestice podiže prema vrhu. Posebnim mlaznicama u spremniku moguće je postići

vrlo precizno sortiranje grubog od finog pijeska.

U pravilu obrađeni pijesak sadrži veliku količinu vode tako da ga je potrebno dodatno „osloboditi“ od suvišne

vode. U ovu svrhu koriste se posebna sita za odvajanje vode na kojima se voda praktički „prosijava“ od pijeska.

Odvojena voda u pravilu ispušta se u poseban dio iskopa u formiranom „jezeru“. Na taj način preostale čestice

pijeska se talože na dnu i tako se događa prirodno prečišćavanje upotrijebljene vode.

Onaj šljunak koji je zbog svojih dimenzija pregrub za tržište moguće je usitnjavati pomoću posebnih strojeva

(drobilica). Zdrobljeni materijal tada se ponovo sortira, odnosno formiraju se pojedine frakcije različitih

veličina zrna ili se obrađuju u standardnom postupku obrade.

Nakon dovršenog postupka obrade pojedini se finalni proizvodi odvojeno skladište i to s obzirom na veličinu

zrna granulata. Proizvodi se skladište na odlagalištima pijeska i šljunka, u velikim skladišnim spremnicima ili

silosima.

Za transport gotovog obrađenog pijeska i šljunka do betonara ili drugih pogona za proizvodnju gotovih

betonskih elemenata, pogona za proizvodnju asfalta, izgradnju objekata i sl. u pravilu se koriste teretni kamioni.

Kao transportno sredstvo do udaljenih ciljeva mogu se koristiti i teretni vozovi i brodovi.

Kamioni se gotovim pijeskom i šljunkom pune pomoću posebnih strojeva ili se punjenje obavlja automatskim

putem pomoću pokretnih vrpci. Ako je riječ o silosima onda se pijesak na kamione odvodi posebnim odvodima

ispod kojih se dovoze teretni kamioni. Kod utovarivanja pijeska i šljunka na brodove odnosno vozove koriste se

posebni strojevi za utovar tereta (dizalice, teretne vrpce za utovar).

5.5. CEMENT

-Dobivanje sirovina za proizvodnju cementa

Sirovine za proizvodnju cementa dobivaju se u kamenolomima odnosno u gliništima. Nakon vađenja veliki

komadi sirovina strojevima se prevoze do lokacije gdje se sirovine usitnjavaju (drobe), zatim se tako obrađene

sirovine transportiraju do cementare i tamo skladište.

Za proizvodnju cementa koriste se sirovine vapno i glina i to kao smjesa. Miješaju se u omjeru otprilike 2:1.

Lapor koji je prirodna mješavina ovih dviju komponenti koristi se u proizvodnji cementa.

-Proizvodnja sirovog cementnog brašna

Sirovina za dobivanje sirovog cementnog brašna naprije se suši a zatim se melje u posebnom mlinu. Na ovaj

način dobivamo sirovo cementno brašno kojemu se prema potrebi mogu dodavati sredstva za dodatnu

korekciju.

Na ovaj se način olakšava kasniji postupak obrade i ujedno se osigurava precizan sastav portland cementa.

Dobro promiješano i korigirano cementno brašno skladišti se u posebnom silosu i priprema za obradu na

visokim temperaturama. Štetni i otpadni plinovi koji se formiraju tokom obrade pročišćavaju se u posebnom

elektro-uređaju.

-Mljevenje cementnog brašna

Cementni klinker koji se u međuvremenu ohladio melje se u okruglom ili cjevastom mlinu skupa s gipsom i

dodacima cementnom brašnu kao što su leteći pepeo ili granulirana troska. Gips sprječava trenutno ukrućivanje

cementa.

Potrebno je odmah istaknuti da željene fizikalne i tehnološke osobine finalnog proizvoda (gotovog cementa)

ponajprije zavise od vrste i količine dodataka cementnom brašnu kao i od finoće obrade samog cementnog

brašna.

34

Na ovaj način nastaju različite vrste cementa za rezličite potrebe svakog gradilišta.

-Obrada cementnog brašna u peći

Iz silosa za skladištenje cementno brašno dospijeva do prostora za izmjenu topline. U ovom prostoru cementno

brašno obrađuje se na temperaturi od 800 – 900 °C i tokom ove obrade iz vapnenca se izdvaja CO2. Iz ovog

prostora cementni materijal dospijeva do cjevaste peći koja rotira oko svoje uzdužne osi i u njoj se cementni

materijal još snažnije zagrijava.

Toplina dostiže temperaturu od 1200 °C i na taj način cementni materijal poprima kašastu konzistenciju.

Tokom procesa obrade u cjevastoj peći i laganoj nakošenosti cijevi peći cementni materijal ravnomjerno se

zagrijava i poprima kugličasti oblik. Na temperaturi od oko 1450 °C klinker se vadi iz peći, brzo hladi i zatim

propisno skladišti.

-Cement kao sirovina

Možemo reći da je cement bez imalo pretjerivanja jedan od najvažnijih građevnih materijala uopće. Svejedno

gradimo li kuće, mostove ili tunele, bez cementa danas takve projekte ne možemo ni zamisliti. Cement je svuda

oko nas.

Pridružite nam se stoga na ovom kratkom putovanju kroz svijet cementa od početka proizvodnje sirovina do

gotovog proizvoda.

Najvažnije sirovine za proizvodnju cementa su vapnenac, glina i cementni lapor.

Sirovine za proizvodnju cementa dobivaju se u kamenolomima koristeći se pri tome eksplozivom ili kopajući

teškim strojevima.

Nakon toga teški bageri i kamioni transportiraju sirovine do pogona za mljevenje odnosno usitnjavanje. U ovim

pogonima sirovine se ugrubo usitnjavaju do veličine kao što je šljunak za gradnju cesta.

Ovaj se zdrobljeni i usitnjeni materijal transportnim trakama a ponekad i drugom pokretnom mehanizacijom

prevozi u prostorije cementare, zatim se skladišti u posebnim bazenima i na kraju se homogenizira.

Sirovi usitnjeni materijal miješa se s odgovarajućim dodacima kako bismo dobili željenu vrstu cementa. Kao

dodaci koriste se sirovine kao npr. kvarcni pijesak ili željezna rudača a dodaju se pomoću posebnih uređaja za

doziranje.

Ovako pripremljena smjesa usitnjava se do najfinijeg materijala takozvanog „cementnog brašna“. Paralelno s

procesom usitnjavanja i doziranja cementno se brašno suši. Nakon ovog miješanja i sušenja dobivena smjesa

prolazi postupak dodatne homogenizacije u silosima cementare.

Obrada cementnog brašna nastavlja se u pećina /Lepol peć ili specijalne peći za izmjenu topline) na visokoj

temperaturi (na oko 1450 °C).

Peći u kojima se smjesa obrađuje funkcioniraju na različitim principima a razlika među njima najvidljivija je u

postupku pripreme i početnom zagrijavanju sirovina za peć. U pećima zahvaljujući hemijskim promjenama,

takozvanoj sinterizaciji, nastaje novi proizvod: klinker cement.

-Fino usitnjavanje

Nakon pečenja cementni materijal se hladi i odlaže u cementnim silosima dok se ne dostigne određena količina.

Nakon toga cementni materijal dospijeva u prostor tj. „mlin“ za valjanje odnosno usitnjavanje cementa.

U ovom mlinu cementnom materijalu dodaje se gips i anhidrid – a po potrebi odnosno u zavisnosti od toga

kakv cement želimo – dodaju se i drugi dodaci.

Po izlasku iz mlina cementni materijal je fino usitnjen i obogaćen određenim dodacima. On se tada s obzirom

na različite vrste i klase čvrstoće skladišti u odvojenim silosima a odavde se u pravilu dalje transportira preko

različitih terminala cestovnim i željezničkim putevima ili se tovari i transportira brodovima.

Samo jedan mali dio cementa pakira se roto strojevima, slaže na palete i prodaje izravno pojedinim potrošačima

u vrećama od 25 kg.

Kvaliteta na prvom mjestu. Kvaliteta cementa je razlog zašto se cijeli proizvodni proces treba permanentno

nadgledati i zašto se njime treba oprezno upravljati.

Svi podaci iz proizvodnog procesa odnosno podaci koji se prikupljaju iz cementa dok prolazi kroz proces

proizvodnje trebaju se obrađivati s laboratorijskim podacima.

35

Vrlo je važno rekultivirati i sanirati kamenolome kad se više jednog dana ne budu koristili za proizvodnju

sirovina, važno je omogućiti lokalnom stanovništvu normalnu kvalitetu življenja odnosno na minimum smanjiti

vibracije i buku koja dolazi iz proizvodnih pogona, važno je na vrijeme poduzeti učinkovite mjere i korake s

ciljem što većeg smanjenja štetnih emisija, npr. ugradnjom kvalitetnih filtera protiv prašine.

Stalnim mjerenjem štetnih emisija, poduzeća i nadležna državna tijela imaće potpunu kontrolu nad cijelom

proizvodnjom. Važno je i u proizvodnom procesu u svakom trenutku nastojati što je moguće više smanjiti

iskorištavanje prirodnih resursa odnosno koristiti se sekundarnim izvorima.

-Vrste cementa

S obzirom na tehnička svojstva kao i na zahtjeve koji se odnose na krajnju namjenu razlikujemo sljedeće vrste

cementa:

a) cement opće namjene

b) cement sa zgurom niskih početnih čvrstoća

c) cement opće namjene niske toplinske hidratacije

d) posebni cement vrlo niske toplinske hidratacije

e) bijeli cement

f) sulfatno otporni cement

g) aluminatni cement

No cement bismo mogli podijeliti i s obzirom na neke generalne norme, prije svega mislimo ovdje na udio

dodatnih sastojaka u ukupnom sastavu pojedine vrste cementa, pa tako razlikujemo:

1. Portland cement: osim klinkera portland cementa ova vrsta može sadržavati najviše do 5% dodatnih

sastojaka kao što su granulirana troska, leteći pepeo, vapnenac ili smjesu ovih dodataka.

2. Kompozitni portland cement: smije sadržavati između 6 i 35% drugih sastojaka. S obzirom na određeni

dodatak u svom sastavu koji je najviše zastupljen moguće je u ovoj grupi razlikovati još i dodatne podgrupe:

Dodatni sastojci koji se koriste su:

-granulirana troska -silikatni/vapnenac bogat letećim pepelom

-mikroslika (6 – 10%)

-vapnenac

Smjesa ovih sastojaka s posebnom oznakom najprisutnijeg sastojka.

3. Metalurški cement može sadržavati od 36 do 80% granulirane troske.

5.6. BETON

Kad Čujete Francuza kako govori „c´est beton“ možete biti sigurni da želi reći da u nešto možete imati puno

povjerenje. Namjena kao i zahtjevi koje određena građevina mora ispuniti uvelike određuju karakterist ike

odnosno sastav betona.

U tome se naime nalazi snaga betona.

Određujući njegov sastav moguće je proizvesti beton koji će ispunjavati sve zahtjeve koji se postavljaju pred

nekom građevinom: normalni beton predstavlja provjerenu kvalitetu i igra vrlo važnu ulogu u gradnji.

Laki beton svoju primjenu pronalazi u onim situacijama i onim mjestima gdje su izraženi zahtjevi za

komforom, npr. kad je riječ o toplinskoj izolaciji.

Zahvaljujući njegovoj mnogostrukoj varijabilnosti u procesu obrade ali i oblikovanju njegova sastava beton je

univerzalno primjenjivo građevno sredstvo koje ispunjava ekološke kriterije kao što ispunjava i standarde i

potrebe za ekonomski i financijski prihvatljivom gradnjom.

Ovdje mislimo na sljedeće elemente:

-komfor

-sigurnost

-postojanost

-otpornost na vatru

-akumulacija energije

-zvučna izolacija

36

-oblikovna sloboda

-dobre termičke osobine.

Beton danas predstavlja high-tech proizvod koji iza sebe ima dugu povijest. Princip proizvodnje betona bio je

poznat još u Starom Vijeku a posebice su ga razvijali Stari Rimljani. Mnogi su posjetitelji zadivljeni izgledom

Panteona u Rimu, no znaju li da je još tada izgrađena od – betona.

-Montažni betonski elementi

Suvremena proizvodnja montažnih betonskih elemenata ciljano je orijentirana na potrošače i to prije svega

ispunjavajući njihove individualne potrebe i dostavljajući im potrebne dijelove na lice mjesta – gradilišta.

Prednosti gotovih montažnih elemenata vidljive na gradilištu, neovisno o veličini i namjeni građevine, više

su nego eklatantne:

-brzina i visoka kvaliteta

-mogućnost gradnje neovisno o vremenskim prilikama

-proces od planiranja do proizvodnje odvija se „pod jednim krovom“

-potencijalne pogreške i nesporazumi koji se nerijetko pojavljuju kad na projektu sudjeluje više poduzeća

ovdje su eliminirani u samom početku

-gradnja se odvija brzo i precizno s uštedom vremena i do 70%

-jednostavna gradnja – suvremeni montažni betonski elementi u visokogradnji opremljeni su „kabelskim

kanalima“ odnosno djelomice su povezani kabelima

-montažni betonski elementi ne samo da se unaprijed izrađuju kao gotovi elementi u oblikovnom i tehničkom

pogledu nego se na njih može već unaprijed nanijeti i odgovarajuća boja

-ekološki savršeno rješenje kad je riječ o odvodnim cijevima

-visoko otporni beton kojeg odlikuje postojana kvaliteta i neosjetljivost na otpadne vode i utjecaje na

snažne hemijske reakcije.

-Beton prema receptu

Pripravljanje betona bez provjere sastava

S obzirom na vrlo visoke standarde suvremene gradnje svaki beton prije upotrebe zahtijeva određenu provjeru

kvaliteta koja poprilično stoji i vremena i novaca. Upravo su to razlozi što onemogućavaju primjenu betona na

manjim gradilištima odnosno čine ga nerentabilnim i neisplativim.

Stoga se u takvim situacijama, kad nije riječ o vrlo visokim zahtjevima za kvalitetom betona (npr. mala

čvrstoća betona), primjenjuje jednostavan postupak proizvodnje koji ne zahtijeva dodatnu provjeru.

Beton spravljen prema receptu može se koristiti na onim gradilištima na kojima se koriste smjese različitih

granulata, s niskim sadržajem nečistoća i bez provjere kvaliteta, kao i bez provjere sadržaja i vlage od strane

mjerodavnih tijela.

Način pripravljanja ovakvog betona razlikuje se od onih vrsta betona koji moraju ispuniti vrlo precizne

zahtjeve. Postupak pripravljanja: najprije se cementno ljepilo miješa s otprilike jednom polovicom potrebnih

granulata.

Nakon toga betonskoj smjesi cementa i granulata dodaje se druga polovica odnosno ostatak sastojaka sve dotle

dok ne postignemo željeni cilj.

-Proizvodnja i kontrola betona

Beton je plastičan građevni materijal kojemu se tokom pripreme dodaju granulati (sastojci) i čija je unutarnja i

vanjska struktura zahvaljujući određenom vezivu (vezivno sredstvo)trajno povezana i čvrsta. Iz ovog dijela

vidljivo je da u pravilu beton čine dvije komponente.

Beton je moguće pripravljati koristeći se različitim vezivima (vezivnim sredstvima): cement (+ voda), bitumen

(za asfaltni beton) ili umjetni materijal (polimerni beton). Općenito kad govorimo o betonu uglavnom mislimo

na najvažniju vrstu betona a to je cementni beton.

Cementni beton pripravlja se od cementa, vode i drugih granulata kao što su šljunak, pijesak ili drugi lagani

materijali, a mogu se dodavati i drugi sastojci u zavisnosti od toga kakve tačno karakteristike betona želimo

postići.

37

Vezivo koje tako usko i čvrsto povezuje sve sastojke nazivamo cementnim ljepilom a ono je sastavljeno od

vode i cementa. Cementno ljepilo očvrsne i na zraku i u vodi i trajno veže sve sastavne materijale betona.

Svježi beton pripravlja se na licu mjesta odnosno dostupan je kao transportni beton i kao takav stavlja se u već

pripremljene oplate gdje se zbija i gdje je zaštićen od isušivanja. Nakon očvršćivanja betona oplate se skidaju.

-High-tech proizvod u zemlji

Visoko kvalitetni betonski elementi odnosno betonski elementi prevučeni slojem zaštite do sada su pokazali

izvanredne rezultate kad je riječ o gotovim montažnim elementima za geadnju cijevnih vodova.

Zahvaljujući napretku tehnologije koja se bavi razvojem i proizvodnjom betona velike koristi su imali i

proizvođači koji razvijaju gotova montažna betonska rješenja za gradnju ispod zemlje.

Posebno mislimo ovdje na specijalni beton za gradnju pod zemljom koji pruža vrlo veliku otpornost na utjecaje

kemikalija i utjecaje otrovnih koncentracija koje se često sadržane u otpadnim vodama i kanalizaciji.

Osim toga betonske cijevi proizvode se od materijala koji su bez daljnjega ekološki vrlo prihvatljivi.

5.7. ŽBUKA ZA ZIDANJE

Žbuka za zidanje predstavlja mješavinu pijeska, vezivnog materijala (cement, vapno) i vode. Danas se

uglavnom tvornički miješaju dodaci.

Žbuka za zidanje se iz razloga sigurnosti kvaliteta, ali i zbog uštede vremena danas jedva izrađuje na gradilištu.

Za žbuku za lahke i tanke posteljice gotove da ne postoji receptura. Njena struktura i svojstva definirani su

ispitivanjima prilagođenosti i građevinsko-nadzornim dopuštenjima.

Tvornička žbuka se razlikuje prema sljedećim formulama isporuke:

-tvornička suha žbuka – gotova mješavina, kojoj se na gradilištu dodaje samo voda

-tvornička svježa žbuka – isporučuje se već gotova za namjenu, može se obrađivati do 36 sati

-tvornička predžbuka – mješavina vapna i pijeska, u datim slučajevima s dodacima, na gradilištu se dodaje

cement i voda

-silo-žbuka s više komora – sistem komora sa zasebnim baznim materijalima žbuke, koji se dodavanjem vode –

već unaprijed programirano i kontrolirano – doziraju i miješaju.

-Vrste žbuke

1. Normalna žbuka – ima specifičnu težinu u suhom agregatu najmanje 1,5 kg/dm3, s mineralnim dodacima i

gustom strukturom. Već prema rastućoj najmanjoj tlačnoj čvrstoći klasificira se u grupe žbuke I, II, III i IIIa.

2. Lahka žbuka – takođe služi za smanjenje toplinske provodljivosti zidova. To se postiže dodavanjem lahkih

dodatnih tvari, kao što su prirodni plovućac, ekspandirana glina ili perlit (specifična gustoća u suhom stanju

manja od 1,5 kg/dm3). Lahka žbuka se isporučuje kao LM 21 (0,21 W/mK) i LM 36 (0,36 W/mK), toplinska

provodljivost normalnog betona iznosi 1,0 W/mK (kod opeke se postižu npr. vrijednosti od 0,14 W/mK).

Razlika potiče poboljšanje kod zidova za jednu do dvije grupe sposobnosti toplinske provodljivosti.

Debljina ležaja fuge odgovara normalnoj žbuki. Nema zahtjeva u pogledu točnosti mjera kamena. Laka

žbuka pod opterećenjem pokazuje nepovoljno ponašanje na deformacije za razliku od normalne žbuke i

žbuke za tanke posteljice.

Zidovi od opeke, KS-a i normalne betonske opeke pokazuju opadanje čvrstoće u odnosu na zidove od

porozne i lahke betonske opeke. Razlike u deformacijama se ne moraju uzimati u obzir kod statičkih

proračuna zidova zbog malog udjela fuga.

3. Vanjska i unutrašnja žbuka – zadatak vanjske žbuke jeste oblikovanje fasade kao i zaštita zidova od vlage:

i više od toga, žbuka može doprinijeti termičkoj zaštiti.

Za vanjsku žbuku stoje na raspolaganju dvije vrste morta za žbuku: žbuka od mineralnih vezivnih materijala

i žbuka od umjetnih smola. U DIN 18550 dio 1 postoje tri grupe zahtjeva u pogledu zaštite od tuče, koji se

razlikuju prema vanjskoj žbuki bez posebnih zahtjeva, dakle žbuki koja sprečava prodor vode i odbija vodu.

Već prema tome se može birati sastav proizvoda odnosno dokazivati pomoću normi i građevno-nadzornih

dopuštenja. Kao mort za žbuku se danas koristi uglavnom tvornički mort.

38

4. Gipsana žbuka – svejedno radi li se o strojnoj žbuci, ručnoj žbuci ili žbuci za posebne namjene – gipsana

žbuka već se u svim ovim aspektima snažno dokazala.

Danas možemo birati između različitih vrsta žbuka i različitog područja primjene, možemo se odlučiti za

različit način dostave, sastav žbuke, možemo kreirati nove ili ispunjavati već postojeće zahtjeve – sve nam to

omogućava gips.

Već je nekolicina zapadnoevropskih instituta potvrdila nedvojbenu mogućnost korištenja gipsane žbuke kao

podloge za pločice u kuhinjama i kupaonicama.

Sinteza svih dobrih osobina, pri tome mislimo na jednostavnu, sigurnu i racionalnu obradu kao i na iznimno

široku paletu proizvoda koji su u stanju ispuniti različite potrebe i zahtjeve – ove činjenice gips predstavljaju

kao materijal koji je financijski isplativ i mnogostruko primjenjiv građevni materijal.

S obzirom na svoje vrlo dobre fizikalne osobine gipsana žbuka regulira klimu u prostoru i u stanju je

zahvaljujući svojoj neznatnoj provodljivosti topline stvoriti vrlo ugodnu atmosferu življenja u stanu.

Kad je riječ o zakonskim kontrolnim odredbama koje se tiču ovog materijala možemo reći sljedeće: u nekim

zemljama članicama EU građevinski gips spada u grupu posebnih proizvoda.

Nadležna tijela u svakoj zemlji određuju koji se proizvodi smiju prodavati. Gipsane zidne ploče spadaju u onu

grupu proizvoda koji imaju regulirane standarde. Odredba koja se tiče proizvođača da kontroliraju vlastitu

proizvodnju i testiranje proizvoda valjano i dokumentiraju rezultirala je stvaranjem CE-oznake koja se nalazi na

pakiranjima ili dokumentu proizvoda. U EU smiju se prodavati samo proizvodi koji na sebi nose CE-oznaku.

Na taj način nastoji se uskladiti nacionalne standarde zemalja članica sa standardima na nivou EU.

-Gips – stvara nove prostore

Mnogi od nas svakodnevno su u kontaktu s gipsom, no samo mali broj ljudi svjestan je koliko je ovaj materijal

učinkovit i koliko ga odlikuju dobre i svestrane osobine.

Svejedno radi li se o unutarnjem uređenju, pregradnim zidovima, vanjskoj ili unutarnjoj žbuci, skulpturama,

medicini – svojom nazočnošću gips pred nama otvara nove vidike. Koristi se kao pomoćni i sporedni materijal

ili osnovni.

Pojavljuje se u prirodi, ali je vrlo onečišćen sa glinom, krečnjakom, pijeskom, oksidima željeza...

U pravilu moguće je razlikovati dva načina proizvodnje gipsa kao materijala koji se koristi u građevinskim

radovima:

-Prvi način proizvodnje: pečenjem prirodnog gipsanog kamena u pećima.

Obrada gipsanog kamena koji se kao takav pojavljuje u prirodi (hemijska oznaka: CaSO4 x 2H2O) odvija se u

velikim tehničkim pogonima.

Sirovi gipsani kamen iz prirode usitnjava se i melje i zatim stavlja u peć. Na ovaj način – pečenjem –

djelomično ili potpuno sagorijevaju kristali vode koji se nalaze u strukturi prirodnog gipsa.

S obzirom na visinu temperature na kojoj se gipsani materijal u peći obrađuje moguće je proizvesti vrste gipsa

koje se mogu koristiti u različitim područjima.

-Drugi način proizvodnje: kao nus – proizvod sagorijevanja ugljena u elektranama na ugljen

Na ovaj način gips nastaje kao posljedica određenih hemijskih reakcija tokom kontakta između plina koji se

oslobađa tokom sagorijevanja ugljena i otopine vapnenca ili vapnenačkog mlijeka.

Tokom sagorijevanja ugljena oslobađa se određeni plin – sumporni dioksid (SO2) – a kako bi se spriječilo

njegovo izravno dospijevanje u atmosferu on se u prostorima elektrane sadržava i njemu se onda dodaje

suspenzija vepnenca (CaCO3) ili vapnenačkog mlijeka (Ca(OH)2) – u pravilu finim prskanjem iz mlaznica.

Kao posljedica hemijske reakcije kalcijev karbonat na sebe veže sumporni dioksid koji je u sastavu

oslobođenog plina koji onda ponovo oksidira u kontaktu s kisikom iz zraka u dihidrat kalcijum-sulfata.

Tokom ovog postupka formiraju se gipsani kristali veličine od oko 0,03 – 0,07 mm. Naknadnim pranjem i

filtriranjem dobijemo finalni proizvod – gips visoke finoće.

-Proizvodi od gipsa

Tekući estrih na bazi kalcij-sulfata.

Kalcij-sulfat (CaSO4) predstavlja ekološki vrlo prihvatljiv građevni materijal koji se već stoljećima skrivao

ispod imena gips. Kalcij-sulfat posjeduje sposobnost vezanja pa se stoga i koristi kao vezivo u proizvodnji

tekućih estriha. U kontaktu s vodom kalcij-sulfat formira stabilne kristale koji gotovo zatvaraju pridodane

39

mineralne sastojke u smjesi estriha. Kalcij-sulfat dobro se ponaša kao vezivo i postiže visoku tlačnu čvrstoću i

čvrstoću na savijanje.

Vrste gipsa:

1. Štuk-gips (od sirovog gipsa t = 135 – 200 °C; mora sadržavati 70% CaSO4 x 0,5H2O)

2. Alabaster gips (čisti bijeli fino mljeveni Štuk-gips)

3. Modelarski gips (peče se sirovi gips, 90% čistoće isto kao i Štuk-gips, ali se od njega razlikuje po finoći

zrna, vremenu vezivanja i čvrstoći)

4. Malterski gips (sadrži 70% poluhidrata i 30% anhidrida)

5. Estrih-gips (od sirovog gipsa t = 900 – 1100 °C, sadrži samo CaSO4, CaO i malo primjesa)

Tekući estrih na bazi kalcij-sulfata postojan je s obzirom na volumen, na rubovima se ne „osipa“ i može se

postavljati bez korištenja fuga.

Tekući estrih predstavlja sistem gradnje koji nedvojbeno ima puno toga za ponuditi:

1. Kratko vrijeme gradnje

2. Zdrav način gradnje

3. Mogućnost brzog korištenja nakon postavljanja

4. Mogućnost postavljanja na velike površine bez fugiranja

5. Odlikuje ga ravnoća preko cijele površine

6. Odlikuje ga visoka čvrstoća i dobra toplinska provodljivost i

7. Predstavlja idealnu podlogu za sve vrste podnih obloga.

Zahvaljujući gipsanim pločama arhitekti svoje ideje i kreativnost mogu na najrazličitije načine realizirati kad je

riječ o oblikovanju prostora: plastično oblikovani stropovi sa različitim funkcionalnim zahtjevima – kosi zidovi

ili izbočeni dijelovi zida – zahvaljujući inteligentnim sistemima gradnje pomoću gipsanih ploča pred nama se

širom otvaraju vrata uređivanja i planiranja prostora.

5.8. VEZIVNI GRAĐEVINSKI MATERIJAL

Pod vezivnim građevinskim materijalima podrazumijevamo prirodne ili vještačke materijale koji zamiješani sa

vodom obrazuju tijesto koje se nakon određenog vremena stvrdne i dobije čvrstoću kamena, usljed fizičkih i

hemijskih promjena.

Prvo vezivo koje je čpvjek poznavao bila je glina, zatim kreč i gips, i na kraju najvažniji – cement.

-Kreč

Po hemijskom sastavu to je CaO. Dobija se pečenjem krečnjaka, krede ili dolomita. Krečnjak ne smije

sadržavati više od 10% primjesa jer se dobija živi kreč koji ima hidraulična svojstva. Pečenje kreča vrši se u

jamastim pećima na temperaturi od 1200 °C.

Krečnjak se razlaže po jednačini:

CaCO3 ↔ CaO + CO2

Iz 100 kg krečnjaka dobije se 45 – 50 kg živog kreča.

Živi kreč se dijeli na:

-živi kreč u komadu

-živi kreč u prahu.

Građevinski kreč dijelimo na:

1. Živi kreč (CaO)

2. Hidratisani kreč (CaO + H2O ↔ Ca(OH)2 ostvaruje se sa minimalnim količinama vode)

3. Krečno tijesto

Koristi se za dobijanje vapnene žbuke – maltera. Malter se dobiva miješanjem gašenog kreča sa pijeskom i

vodom. Pijesak ne sudjeluje u samom stvrdnjavanju, ali omogućava pristup zraku.

Pri sušenju odvija se reakcija:

Ca(OH)2 + CO2 ↔ CaCO3 + H2O

Kreč na zraku gubi plastičnost nakon nekoliko sati, ali samo stvrdnjavanje može trajati godinama.

40

6. HEMIJSKA KOROZIJA BETONA

41

6.1. KOROZIJA BETONA

Gusti i nepropusni beton posjeduje snažniju zaštitu i otporniji je na štetni utjecaj korozije od poroznog betona

(podliježe snažnoj koroziji). Stoga je u proizvodnji betona potrebno posvetiti veliku pažnju samom sastavu i

dodacima betonu.

Vapnenac i vrste kamena pješčenjaka relativno su slabo otporne na utjecaj agresivnih sredstava, npr. na utjecaj

kiselih voda.

Korozija betona može se razvijati u različitim pravcima a to ponajprije zavisi od vrste upotrijebljenog cementa i

vrste dodataka betonu. Prije svega spojeve kalcija kao što su npr.: CaCO3, 3CaO, SiO2, Al2O3, CaO i Ca(OH)2

napadaju kiseline i spojevi soli s pH vrijednosti 6 i hemijski ih mijenjaju.

Procesi koji dovode do korozije:

1. Voda koja prodire u unutrašnjost, mekana voda sa malim sadžajem kalcija u svom sastavu ima veliku

sposobnost rastapanja i omekšavanja; ona rastapa cementni kamen prije svega Ca(OH)2 i ispire ga prema

vani.

2. Između agresivnih sredstava i cementnog kamena stvara se hemijska reakcija a rezultat i proizvod ovih

reakcija dijelom ostaje na mjestu odvijanja hemijske reakcije ili se u hemijskoj reakciji razloženi materijal

ispire vani. Ove hemijske reakcije prije svega obilježava utjecaj MgCl2, MgSO4 ili slobodnih ugljičnih

kiselina (CO2) na beton. Tokom hemijskih reakcija mogu se formirati vodootapajući spojevi kao što su

CaCl2, CaSO4 x 2H2O (gips).

3. Proizvodi koji nastaju kao rezultat hemijskih reakcija između agresivnih sredstava i betona, ne otapaju se

nego se talože u šupljikavim mjestima i prostorima unutrašnjosti. Time dolazi do naprezanja (agresivna

korozija) i beton se oštećuje. Tako se u unutrašnjim porama i šupljinama može formirati kalcij-aluminij-

sulfat (3CaAl2O3 x 3CaSO4 x 32H2O).

-Životni vijek armatura i armiranog betona

Kao što je armatura postala najnormalnijim sastavnim dijelom betona i betonske industrije tako je i armirani

beton postao općeprisutnim konstrukcijskim i građevnim materijalom savremenog društva. Armirani beton je

svestran građevni materijal, pred nama otvara mogućnosti vrlo široke primjene i široke mogućnosti

oblikovanja. Stoga je potpuno razumljivo da ga se koristi u svim područjima graditeljstva i gradnje.

Ranijih godina nije se pridavala velika pažnja dugotrajnosti betona pa stoga je danas društvo često

konfrontirano s problemima održavanja takvih građevina. Ekspertne skupine građevinskih stručnjaka u nekim

zemljama EU nastojale su razviti model prema kojem bi se mogla predvidjeti eventualna pojava korozije koja

inače uzrokuje oštećenja u unutrašnjoj strukturi građevine.

4. Korozija armiranog betona (željezne armature), korozija se može pojaviti kao rezultat različitih razloga.

Potrebno je reći da alkalno okruženje u unutrašnjoj strukturi betona štiti armaturu od štetnog utjecaja

korozije. No vanjski utjecaji mogu oslabiti ovu zaštitu. Ako je beton izložen karbonizaciji odnosno utjecaju

ugljičnog dioksida iz atmosfere, pH vrijednost će padati, a rezultat toga je uglavnom ravnomjerna i

površinska pojava korozije.

Ukoliko s površine građevine dođe do prodora klorid jona u unutrašnju strukturu građevne materije može se

nagraditi hloridna kiselina.

6.2. HEMIJSKI SPOJEVI KOJI UZROKUJU KOROZIJU

Hemijski sastojci u zraku-cijeli niz hemijskih spojeva mogu prouzročiti nastajanje korozije. Pored sumpornog

dioksida u atmosferi mnogih industrijskih područja postoje i mnogi drugi spojevi koji uzrokuju nastajanje

korozije a koji mogu biti u plinovitom stanju ili egzistiraju kao izdvojene čestice u atmosferi.

Vrlo važnu ulogu u procesu nastajanja korozije ima i prašina, a nju ćemo pokušati malo više definirati u

nastavku teksta.

Prašina se djelomice pojavljuje u vrlo visokim koncentracijama tako da možemo slobodno govoriti o

oslobađanju oko 45 tona prašine mjesečno na 1 km2 u atmosferi i područjima industrijskih zemalja. Na stvorenu

prašinu često se adsorbuju („prilijepe“) spojevi koji izazivaju koroziju, kao što su metalni oksidi, soli npr.

(NH3)2SO4 ili mikroorganizmi. Stupanj zagađenosti atmosfere presudan je činilac koji definira količinu klica u

zraku.

42

Izrazito visoki udio agresivnih hemijskih spojeva ili mikroba u zraku zasigurno pospješuje koroziju. Stoga

možemo reći betonski objekti u gradskim područjima u kojima je koncentracija prašine u granicama od oko 2

mg po m3 zasigurno su manje ugroženi od korozije od onih objekata u području industrijske atmosfere u kojima

se koncentracija prašine kreće oko 1000 mg/m3.

Danas sumporni dioksid predstavlja najvažniji korozivni element u sastavu atmosfere. On se u pravilu formira

kao rezultat izgaranja ugljena (1 tona briketa mrkog ugljena sa udjelom sumpora od 1,8 do 2,4 % stvara oko 32

do 43 kg SO2 oslobađajući tokom izgaranja i plinove), nafte i savremenih pogonskih goriva.

U Americi u gradu New York-u godišnje se prema procjeni izgaranjem ugljena i nafte oslobodi emisija od oko

1,5 milijuna tona SO2.

SO2 + NO2 → SO3 + NO

SO3 + H2O → H2SO4

CO2 + H2O → H2CO3

Visoki udio oštećenja korozije, od oko 80 do 90 % otpada upravo na koroziju koja je prisutna u atmosferi – a taj

korozivni udio uglavnom sačinjava sumporni dioksid. Koncentracije SO2 u industrijskim područjima su vrlo

visoke i s udaljenošću od takvih područja one opadaju što se vidi na nekim primjerima koje navodimo:

Grad Udaljenost u km

0 – 8 6 – 16 16 - 24

Detroit 0,023 ppm 0,012 ppm 0,006 ppm

Philadelphia-Camden 0,030 ppm 0,018 ppm 0,016 ppm

Pittsburg 0,060 ppm 0,030 ppm 0,015 ppm

U industrijskim područjima, prije svega iz hemijskih i hemijsko-prerađivačkih postrojenja, nerijetko u kontakt s

atmosferom dolaze i vrlo agresivni mikroorganizmi.

Vrlo visoki pozitivan učinak u smanjenju gradske atmosfere postignut je u Moskvi i to dislokacijom

industrijskih pogona iz grada. S obzirom na takve korake moguće je u sljedećih 20 godina smanjiti

koncentraciju SO2 za 66 do 75 % mg/m3.

-Posljedice i gubici koje izaziva korozija

Preciznu granicu i okvir štetnog djelovanja i posljedica korozije vrlo je teško definisati jer bi to zahtijevalo

izradu vrlo široke i sveobuhvatne analize koja bi sasvim izrazila brojke i činjenice koje govore o utjecaju i

posljedicama koje korozija ostavlja na objekte, okoliš kao i gospodarstvo u cjelini a takva analiza nije dio ove

teme. Ovdje prije svega nastojimo u sažetom pregledu definirati okvir direktnih i indirektnih gubitaka koje

uzrokuje korozije na armaturi i armiranom betonu.

-Direktni gubici i troškovi prouzrokovani djelovanjem i utjecajem korozije:

1. Oštećenja na materijalima, npr. željezu, betonu...nastala razaranjem i štetnim djelovanjem korozije

2. Materijali koje je u cjelosti potrebno zamijeniti zbog velikih oštećenja

3. Rad i radno vrijemepotrebno za sanaciju i popravak objekata

4. Radno vrijeme potrebno za projektovanje objekata s adekvatnom zaštitom protiv korozije

5. Izdaci za materijale i dodatke koji beton štite od pogubnog hemijskog djelovanja korozije

6. Izdaci za zaštitne premaze i pokrovne paste koje korozivne medije drže podalje od zaštitnog betonskog sloja

7. Smanjena čvrstoća betona

-Indirektni gubici prouročeni korozijom:

1. Zastoj ili prestanak proizvodnje ili druge produktivne aktivnosti u objektima, pogonima, na strojevima ili u

radnoj okolini zbog popravke ili sanacije a kojemu je uzrok negativno i štetno djelovanje korozije (sanacija

objekata, spremnika, cijevnih instalacija...)

2. Toplinski gubici kroz zidove objekata koje je počela „nagrizati“ korozija

3. Drugi posredni gubici koji nastaju zatvaranjem ili prestankom funkcionisanja nekog objekta u njegovoj

izvornoj funkciji, npr. zatvaranjem mosta čije dijelove ili cijelu konstrukciju treba sanirati zbog korozije

javljaju se dodatni troškovi svima onima koji su do tog trenutka koristili most kao najbliži put do svog

odredišta – sad to više nije moguće i moraju koristiti dalje alternativne i obilazne putove a to znači veću

potrošnju pogonskog goriva

43

4. U jednoj analizi stoji podatak da bi ukupni godišnji troškovi svih zemalja u svijetu, a koji su rezultat štetnog

djelovanja korozije, njezina izravnog i neizravnog djelovanja na objekte i radnu okolinu kao i poduzetih

mjera za zaštitu korozije, mogli iznositi oko 25 milijardi Eura.

-Aktivne zaštitne mjere protiv korozije

Kad je riječ o preventivnim i zaštitnim mjerama protiv korozije možemo reći da postoji vrlo široka paleta

mjera, koje doduše nisu sve navedene u ovom tekstu ali koje ćemo u ovom tekstu ipak spomenuti i o njima

donijeti jedan opći pregled.

Možemo reći sljedeće: u aktivne zaštitne mjere protiv korozije ubrajamo sve one mjere i postupke koji aktivno

sudjeluju u usporavanju djelovanja korozije odnosno aktivno sprječavaju nastajanje korozije i njezina

djelovanja.

Između ostalog u ove mjere možemo ubrojiti i nastojanje općenitog smanjenja i emitiranja štetnih tvari u

okološ. Projektiranjem pojedinih pogona uzimajući u obzir smjer djelovanja vjetra ili dislokacijom izravnih

proizvođača štetnih tvari u neka druga područja, kao što je bio slučaj u Moskvi, moguće je također aktivno

sudjelovati u zaštiti protiv utjecaja korozije.

Vrlo značajna mjera aktivne zaštite protiv korozije je i ciljana upotreba određenih vrsta cementa i ciljana

proizvodnja određenih vrsta betona.

Kao vrlo učinkoviti aktivni zaštitni materijali u borbi protiv korozije pokazali su se:

-Portland cement

-Cement troske

-Aluminatni cement

Možemo reći da su napadi sulfata i ovih tvari na beton preko podzemnih voda izrazito pojačani u industrijskim

područjima posebno onim područjima gdje je razvijena hemijska industrija. U ovakvim područjima preporučuje

se upotreba određenih vrsta cementa siromašnih trikalcij-aluminatom, odnosno upotrebom vrsta cementa koje

su otporne na tačno određene koncentracija sulfata. U daljnje metode zaštite možemo ubrojiti odvođenje

korozivnih medija od objekata, a ovdje se misli prije svega na zaštitu od vlage i odvodnju oborinskih voda.

Uklanjanjem agresivnih tvari i njihovih sastavnih dijelova uređajima za provjetravanje, pročišćavanje ili

odvodnju mogu se također provoditi aktivne mjere zaštite od korozije. Zasigurno vrlo veliku ulogu igra i

nastojanje zadržavanja određene pH – vrijednosti betona.

-Pasivne mjere zaštite protiv korozije

U pasivne mjere zaštite ubrajamo one postupke preventive odnosno nanošenja zaštite na materijale koje

ugrožava korozija i koji predstavljaju djeljivi i zaštitni sloj između medija koji izaziva koroziju i materijala

kojeg želimo zaštiti od korozije.

Postoji cijeli niz zaštitnih mjera koje možemo okarakterizirati kao pasivnu zaštitu od korozije. Tako

impregnacija materijala može značiti zatvaranje pora i formiranje hemijske postojanosti tih istih materijala

naspram štetnih tvari kao što je SO2. Ili oblaganjem ugroženih mjesta klinkerom ili keramičkim pločicama

može materijalima omogućiti znatno veći stupanj zaštite od korozije. Daljnje moguće je u borbi protiv korozije

koristiti zaštitne paste, elastične premaze, zaštitne boje i slična sredstva...

U posebnu kategoriju zaštitnih mjera protiv korozije ubraja se zaštita od kiselina. Ove mjere sadržavaju obloge,

premaze i navlake na objekte ili dijelove pogona i zgrada snažno izložene utjecaju korozije.

-Mikrobiološka korozija – ponašanje betona i željeza pod djelovanjem mikroorganizama

Često se mogu vidjeti pojave korozije koje se ne identificiraju odmah kao rezultat mikroorganizama. Bakterije,

gljivice, alge, lišajevi ili sitne praživotinjice mogu gotovo sve prirodne i industrijske proizvode napasti, oštetiti i

razložiti. Energija koja se pri tome stvara troši se za izgradnju staničnog tkiva. Ovi procesi su s obzirom na

svaku pojedinu vrstu mikroba vrlo različiti. U svakom slučaju mikroorganizmi napadaju drvo, papir, kožu,

celulozna vlakna, gumu, tekstil, vunu, ulje, parafin, vosak, goriva, ulja i maziva, kosti, staklo, kamen, građevne

materijale, ljepila, boje i lakove, bitumen, umjetne i plastične materijale i metale.

Određene vrste mikroorganizama (bakterije, gljivice...) nastanjuju i šire se samo na određenim mjestima

(staništima). Mikroorganizmu su za razvoj potrebni određeni životni uvjeti, kao što je okoliš s određenom pH –

vrijednošću, određena temperatura i aerobni i anaerobni milje. Ukoliko su ove pretpostavke ispunjene odnosno

zahtjevi zadovoljeni onda napad mikroorganizma na materijal može početi – potrebno je istaknuti: mjesto koje

44

mikroorganizam napada njemu istovremeno predstavlja životni i hranidbeni okoliš. Mikroorganizmi mogu

materijal napasti direktno ili indirektno. Direktni napad definiran je kao čisto mehaničko djelovanje na metal, a

indirektni predstavlja lučenje i izmjenu tvari i proizvode razgradnje mikroorganizama – na taj način mogu se

stvoriti agresivni plinovi, kiseline...

Posljednjih godina upravo se ovoj vrsti korozije poklanja osobita pažnja. Struka nekih zapadnih zemalja

stvorila je posebno znanstveno područje pod imenom „Organizmi i materijali“, a ovo se znanstveno područje u

prvom redu bavi pojavama i problemima koji se pojavljuju kao rezultat utjecaja živih organizama na određene

materijale.

Mikrobiološka industrija u budućnosti će imati sve veću ulogu. Postojeći objekti i pogoni će se rekonstruirati i

proširiti a izgradit će se i potpuno novi pogoni. Ovi pogoni u prvom redu slični su s pogonima hemijske

industrije jer u određenim procesima (fermentacija) koriste hranjive otopine sastavljene od različitih kemikalija

i supstrata (npr. alkanola, sulfata i sl.). Biološki su procesi prije svega potrebni u proizvodnji bjelančevina,

dobivanja ili pročišćavanja željeza, mangana, bakra... iz siromašnih ruda, zatim u industriji i proizvodnji

namirnica (npr. sir, pekarski proizvodi), zatim farmaciji za npr. proizvodnju penicilina...

Tokom uzgoja mikroorganizama može se usljed povoljnih uvjeta pojaviti velika koncentracija ovih

mikroorganizama i izvan pogona. U kontaktu s kemikalijama mikroorganizmi mogu na betonskim građevinama

prouzrokovati pojavu korozije. Ovakve pojave nije moguće odmah primjetiti nego tek nakon nekoliko godina.

Tako je betonski pod jednog pogona za fermentaciju (Seelow) bio tokom samo jedne godine u tolikoj mjeri

oštećen da su ga morali prevući dodatnim slojem zaštite.

Materijali kao što su bitumen, premazi, umjetne tvari i plastika i staklo mogu se uspješno koristiti u zaštiti od

kiselina, no i ove materijale mogu nastanjivati i razgrađivati određeni mikroorganizmi.

-Beton – mikroorganizmi i pH – vrijednost

Općenito možemo kazati da je porozni beton izloženiji štetnom utjecaju od betona koji je po svom sastavu

gušći. Bakterije posjeduju vrlo široki životni prostor kad je riječ o pH – vrijednosti, tako da u slučaju nestanka

jedne kulture isti taj prostor vrlo brzo nastani neka druga kultura mikroorganizama. U slučaju da neka mjesta na

betonu nastanjuje kultura čiji životni prostor nosi pH – vrijednost od oko 4, moguće je na takva mjesta izvršiti

„pH – šok“ i tako usporiti ili u potpunosti uništiti kulturu mikroorganizama.

Druga mogućnost je stvaranje određene za mikroorganizme odbojne zone koja ima pH – vrijednost od 12,6 – na

ovaj način sigurno ćemo betonsku površinu zaštiti od kiselina i mikroorganizama.

Daljnja mogućnost u borbi predstavlja direktni napad na bakterije virusima. No ovakva je mogućnost iako

učinkovita donekle i ograničena. Određeni virusi mogu inficirati i uništiti samo određene vrste bakterija. No

ovakav način zaštite od bakterija garantuje jednostavnu i dugotrajnu zaštitu betona od korozije jer su virusi vrlo

otporni i izdržljivi organizmi koji bi svojom nazočnošću sprječavali pojavu bakterioloških kultura koje

izazivaju koroziju.

Korozija betona u stvari predstavlja hemijsku reakciju u kojoj se netgijom bogati sojevi pretvaraju u spojeve

siromašne energijom.

Kod mikrobiološke korozije hemijski se spojevi iskorištavaju za dobivanje enrgije potrebne mikroorganiumima

za izmjenu tvari u organizmu i njihov hranidbeni proces. U svakom slučaju bakterijama je i mikroorganizmima

potrebno određeno pH – okružje, isto tako određena temperatura i aerobni ili anaerobni milje kako bi se

nastanili i normalno razvijali.

No, ukoliko se mokroorganizmi u jednom trenutku nastane i nesmetano počnu razvijati na nekoj betonskoj

površini onda oni mogu za beton i druge građevne materijale predstavljati vrlo veliku opasnost.

Osim toga neke kulture mikroorganizama svojim prisustvom mijenjaju aktualnu pH – vrijednost i ostacima

svoje razgradnje omogućavaju drugim kulturama stvaranje klime, okoline i uvjeta za razvoj – dolaskom nove

kulture mikroorganizama nastavlja se daljnja biohemijska razgradnja betona i betonskih površina.

Beton će i u budućnosti pronaći svoje mjesto u mnogim područjima života savremenog čovjeka.

Kombinacijom različitih dodataka i vrsta cementa moguće je proizvesti vrlo čvrste ali i vrlo mekane betone. U

pogledu proizvodnje, primjene i zaštite betona do sada zasigurno nisu iscrpljene sve mogućnosti.

-Korozivni hemijski spojevi u tlu i vodi

Sastavni hemijski sastojci tla koji mogu izazvati koroziju armiranog betona uvelike se razlikuju s obziram na

„stanište“ i vlastiti hemijski sastav. Isto tako je međusobno različit hemijski sastav podzemnih voda, oborinskih

voda ili voda u otvorenim prirodnim bazenima.

45

Kako bi se ovdje stvorila jasna definicija svake od ovih voda i njezina hemijskog sastava potrebno je provesti

mnogobrojna ispitivanja koja bi u okvirima ove teme bila bespredmetna. U znaku prisutne koncentracije štetnih

spojeva, npr. SO2 otapaju se u oborinskoj vodi i tako dospijevaju u tlo putem takozvanih kiselih kiša. Ove

kisele kiše izazivaju promjenu pH – vrijednosti u tlu u korist kiselih hemijskih reakcija.

Osim toga kiša rastvara i znatne količine gnojiva (npr. fosfata, dušika) i transportuje ih u tlo a ove tvari dalje

dospijevaju do rijeka i jezera. Na taj način mogu se pojaviti vrlo snažna oštećenja objekata koji se nalaze u

neposrednom kontaktu s vodom. Kad je riječ o koroziji betona najvažniju ulogu igraju sljedeći čimbenici: pH –

vrijednost, kisik i prisutna koncentracija iona. Razaranje betona na površini predstavlja prvu i najvažniju

pretpostavku za prodor štetnih elemenata sve do armature u betonu. Kad u jednom trenutku spoj ili tvar dospije

do armature počinje slabiti njezina čvrstoća a time i cijela betonska konstrukcija.

-Korozija betona – nekoliko primjera:

1. Amonijak i gnojiva sa sadržajem amonijaka mogu taloženjem i nagomilavanjem doći u neposredan kontakt

s betonom i to zahvaljujići podzemnim i oborinskim vodama ili na neki drugi način i time salmijak (NH4Cl)

može prouročiti sljedeću reakciju:

2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O

Amonijak-klorid skupa s vlagom reagira s cementnim kamenom. Na taj način se stvara plin amonijaka i

kalcij-klorida. Posljednji od ova dva elementa je proizvod korozije.

2. Mnogi hemijski proizvodi, kao što su taloženja pepela na površini, otpadne vode i morske vode, sadrže

sulfate čije otopine vrlo duboko prodiru u građevne materijale i koje skupa sa spojevima kalcija reagiraju s

cementnim kamenom. Volum nastalog kalcijeva sulfata znatno je veći i on svojom snagom razara materiju

betona (razarajuća korozija).

MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O → CaSO4 x 2H2O + Mg(OH)2

3. Sumporni dioksid koji se nalazi u plinovima oslobođenim tokom izgaranja skupa s vodom stvara kiselinu

(H2SO4 ili H2SO3). Ova se kiselina pojavljuje u hemijskim proizvodima, otpadnim vodama i običnoj vodi.

Kiselina skupa sa kalcijevim hidroksidom stvara kalcijev sulfat (gips).

Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2H2O

4. U industrijskim vodama stvaraju se kiseline ili kiseli plinovi ili se pak oslobađaju u ionima klorida tokom

hidrolize. Na ovaj način dolazi do hemijskog pretvaranja kalcijeva hidroksida u vodi topivog kalcijeva

klorida.

2HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2H2O

Jedan drugi način formiranja i stvaranja korozije definira Donndorf: „Određeni proizvodi mineralnih ulja i

pogonskih goriva razaraju beton, no ne dolazi do općih oštećenja betona nego ovakve reakcije smanjuju

čvrstoću betona do 15% a oštećenja su nakon sušenja reverzibilna.

Organske kiseline koje nastaju uglavnom tokom mikrobioloških procesa vrenja, kao što su octena (sirćetna) i

mliječna kiselina ili drugi organski proizvodi koji sadrže ili izlučuju kiseline skupa sa Ca(OH)2 stvaraju spoj

koji može pštetiti beton.

46

7. ŽELJEZO I ALUMINIJ U GRAĐEVINARSTVU

47

7.1. ARMATURE

Armature u pravilu označavaju pružanje dodatnog ojačanja nekom drugom objektu iz nekog razloga. U

području graditeljstva i gradnje armaturom tako nazivamo određeno pojačanje ili ojačanje nekog građevnog

materijala.

Beton: umetanjem ili postavljanjem čeličnih materijala u beton dobivamo armirani beton. U ovom slučaju

korišteni čelik nazivamo betonskom čeličnom armaturom. Kako bi se određena armatura uspješno postavila

uvijek je potrebno izraditi i definirati precizan plan postavljanja armature.

Žbuka se u kritičnim dijelovima isto tako može pojačati postavljanjem određene armature od umjetnih

materijala. Postavljanjem armatura na ovaj ćemo način spriječiti nastajanje pukotina i brazda. Postavljanje

pojačanja u žbuci posebno je važno kad je riječ o savremenim izolacijskim sistemima na objektima.

Estrih se isto tako može pojačati određenim materijalima kako bi se spriječilo pojavljivanje pucanja i brazda na

površini. Posebno je važno postavljanje ojačanja kad je riječ o estrihu koji se postavlja na osjetljivu podlogu.

Kao armatura mogu se koristiti čelični materijali ili drugi umjetni materijali.

-Armatura i beton

Armirani beton predstavlja spoj betona i armiranog čelika koji na jednom mjestu objedinjuje i međusobno

kombinira dobre osobine betona (relativno velika čvrstoća pritiska) i dobre osobine čelika (visoka zatezna

čvrstoća).

Zatezna čvrstoća betona relativno je mala i ona iznosi oko 10% čvrstoće pritiska. Beton bez armature stoga bi

otkazao već i pri manjoj sili zatezanja. Iz toga razloga u beton se ugrađuje odgovarajuća armatura koja svoju

zateznu čvrstoću prenosi na beton.

Od velike prednosti kod armiranog betona igra ulogu činjenica što beton i armirani čelik imaju jednak

korficijent toplinske rastezljivosti (usljed djelovanja vanjske temperature: oko 10 – 5). I beton i čelik za

armiranje podjednako se rastežu na istoj temperaturi. Tokom rastezanja ne pojavljuju se određene diferencije

niti dolazi do suprotnog naprezanja u ovim materijalima. Osim toga u betonu se nalazi cement koji svojim

alkalnim miljeom s od oko pH–vrijednošću 10 – 11 garantuje čeliku postojanu zaštitu od korozije.

Armirani beton u devetnaestom stoljeću pronašao je Francuz Joseph Monier. On je naime radio kao vrtlar i

betonske je posude za biljke i cvijeće dodatno ojačavao željeznim materijalom kako bi bile čvršće i kako se ne

bi mogle lahko razbiti. Godine 1867 Joseph Monier je i patentirao svoj izum. Tako su davno armirani beton

zvali željezni beton ili Monierov beton.

Danas se velika pažnja ne predaje samo opterećenju koje uzrokuje vlastita masa, potisne sile i iskoristivi teret

same građevine nego se pazi i na precizne izračune i potreban nosivi sistem objekta koji je neophodan kako bi

objekat uspješno odolijevao dodatnim opterećenjima u slučaju potresa ili podrhtavanja tla iz nekog drugog

razloga.

7.2. UPOTREBA ŽELJEZA

Tehnički gledano željezo je vrlo biran činilac u proizvodnji čelika. Čelik je materijal odnosno legura koja pored

željeza u sebi sadrži još i neke metale i nemetale (posebno ugljik). Željezo sa udjelom od 95% predstavlja

najzastupljeniji metal u savremenom društvu.

Razlog za ovako široku primjenu prije svega nalazi se u činjenici što je željezo vrlo dostupan materijal, cijenom

vrlo povoljan, osim toga legure željeza posjeduju vrlo dobre tehničke osobine kao što su čvrstoća i otpornost na

vanjske mehaničke utjecaje. Ogromne količine željeza koriste se u auto-industriji, brodogradnji i stanogradnji

(armirani beton).

Osim toga potrebno je spomenuti da je željezo jedan od triju feromagnetskih metala (kobalt i nikal predstavljaju

druga dva feromagneska metala) pa se zahvaljujući elektromagnetizmu stoga može koristiti u industriji

proizvodnje generatora, transformatora i elektromotora.

Čist prah željeza koristi se isključivo u području hemije. U industriji su poznate i raširene različite vrste čelika.

Možemo reći da se željezo danas u pravilu koristi u sljedećim oblicima:

-Sirovo željezo sadrži 4 – 5 % ugljika kao i različite količine i postotke sumpora, fosfora i silicija. Sirovo

željezo predstavlja među-kariku u proizvodnji lijevanog željeza i čelika.

48

-Lijevano željezo sadrži 2,06 – 6,67 % ugljika i druge materijale za legiranje kao što su silicij i mangan. U

zavisnosti od brzine hlađenja ugljik je u lijevam željezu prisutan kao karbid ili u elementarnom obliku kao

grafit. S obzirom na vanjski izgled u prvom slučaju govorimo o lijevanom željezu bijele boje a u drugom

slučaju lijevanom željezu sive boje. Lijevano željezo je vrlo tvrdo i krto i ono ne dozvoljava na sebi nikakvo

kasnije oblikovanje.

-Čelik u sebi sadrži od oko 0,06 – 2,06 % ugljika. Za razliku od lijevanog željeza čelik je moguće plastično

oblikovati. Mehaničke osobine i granice čelika mogu vrlo snažno varirati a to prije svega zavisi od primjene

odgovarajućih kombinacija termičke obrade na samom čeliku kao i od plastičnog oblikovanja čelika. Osim toga

treba naglasiti da promjenom količine postotnog udjela ugljika u sadržaju čelika moguće je formirati široki krug

različitih kategorija odnosno vrsta čelika. Tako možemo reći da građevini ili konstrukcijski čelik sadrži od 0,8

% dok alatni čelik sadrži iznad 0,8 % ugljika.

-Biološko značenje željeza

Željezo je elementarni i za život živih bića vrlo važan element. Kao središnji atom u hemoglobinu i mioglobinu

željezo u organizmima mnogih životinja služi za pohranu i transport kisika. U ovim proteinima željezo je

okruženo planarnim porfirinim prstenom. Daljnje željezo je sastavni dio mnogih kompleksnih spojeva željeza i

sumpora u enzimima.

Nerijetko i bakterije koriste upravo željezo tako da obrambeni mehanizam funkcionira na takozvanom

„skrivanju“ željeza u organizmu pred bakterijama.

Iako je željezo životno važan element za ljudski organizam prevelika količina željeza u organizmu može

dovesti do trovanja. Prevelika količina Fe2+-iona reagiraju s peroksidima pri čemu nastaju slobodni radikali. U

normalnoj situaciji tijelo samo kontrolira procese razvoja slobodnih radikala.

Tako npr. 1 gr željeza može kod dvogodišnjeg djeteta dovesti do pojave trovanja, a količina od 3 gr može

djelovati smrtno. Dugotrajna izloženost pretjeranoj količini željeza u organizmu može dovesti do poremećaja

metabolizma željeza poznatog pod imenom hemokromatoza. Željezo se naime nagomilava na jetri i uzrokuje

pojavu sideroze (pojavu taloženja soli željeza) i oštećenja organa. Stoga se preparati željeza preporučuju samo u

slučaju nedostatka željeza u organizmu.

-Željezo

Željezo je hemijski element koji u periodnom sistemu elemenata nosi oznaku Fe (lat. ferrum-željezo), nalazi se

pod rednim brojem 26 i to u osmoj podgrupi i četvrtoj periodi periodnog sistema elemenata. Mnogima je poznat

kao sjajan i krti metal.

No površina željeza sklona je koroziji ako se željezo nalazi na vlažnom zraku i povišenoj temperaturi. Nakon

nastajanja sloja korozije površina željeza više nije sjajna nego ima crvenkastu i/ili smeđu boju (crveno-smeđa

boja je naime boja oksida ili korozije koja se formira na površini željeza). U prirodi se željezo u pravilu nikad

ne pojavljuje izdvojeno odnosno u elementarnom obliku (čisto željezo) nego uglavnom kao spoj. Najvažnije

željezne rude su magnetit (Fe3O4), crvena željezna ruda ili hematit (Fe2O3), a pored njih kao sirovine za

dobivanje željeza koriste se i limonit (FeOOH) i siderit (FeCO3).

-O povijesti željeza

Najstariji počeci ljudskog korištenja željeza sežu u daleku prošlost u vrijeme drevnih civilizacija Sumera i

Egipta, negdje oko 4000 godina p.n.e. U najranijim počecima korištenja radilo se o željezu meteoritskog

porijekla i ovo se željezo koristilo kao dekorativni element na vrhovima koplja. Ovo željezo ljudi tada nisu

dobivali lijevanjem ili taljenjem željeznih ruda nego su ga obrađivali kao što su obrađivali kamen.

Negdje između 3000 i 2000 godine prije Krista pronalaze se ostaci obrađenog željeza (ovakvi rani počeci

obrađenog željeza razlikuju se od željeza meteoritskog porijekla jer ne sadrže nikal u svom sastavu) u području

Mezopotamije, Anadolije i Egipta. Čini se da su ljudi tada ovo željezo koristili isključivo u ceremonijalne

svrhe, a željezo je tada bilo vrijednije od zlata i vjerovatno je nastalo kao nus-proizvod proizvodnje bronce.

Između 1600 i 1200 godine prije Nove ere željezo se počinje snažnije koristiti; doduše i u to vrijeme bronca se

još uvijek snažno koristila. No od 1200 godine prije Nove ere počinje prijelaz brončanog doba u željezno doba.

Smatra se da ovaj prijelaz ljudskog društva nije potaknula premoć i kvaliteta jednog materijala nad drugim nego

nedostatak kositra (koji je naime neophodan za dobivanje bronce).

Ovi prvi koraci obrade željeza na počecima željeznog doba uključivali su i korištenje drvenog ugljena tokom

obrade, a rezultat ovakve obrade željeza bio je prvi proizvedeni čelik (površinski sloj željeza). Hlađenjem

49

ovako obrađenog željeza (u pravilu pomoću neke tekućine) dobiveni materijal dobivao je alastičnost i čvrstoću

koja je bila nadmoćna osobinama kakvu je imala bronca.

-Počeci korištenja željeza u Evropi

Budući da su temperature obrade željeza u Evropi dostizale jedva vrijednosti od 1300 °C, razvoj lijevanog

željeza dogodio se tek u 14 stoljeću u Švedskoj (Lapphyttan i Vinarhyttan). No korištenjem željeza u

proizvodnji topovskih kugli postupak obrade lijevanog željeza brzo se proširio cijelom Evropom.

Kad količina šuma u Engleskoj nije mogla zadovoljiti sve snažnije rastuće potrebe za drvenim gljenom koji se

koristio u postupku obrade i proizvodnje željeza, Abraham Darby razvio je alternativno rješenje koje se počelo

koristiti u proizvodnji željeza – koks. Ovaj trenutak prijelaza na koks skupa s izumom parnog stroja označava

početak industrijske revolucije.

-Zastupljenost željeza

Željezo skupa s niklom vjerovatno čini glavni sastavni dio Zemljine jezgre. Potaknute termičkim silama

konvekcijske struje željeza u tekućem stanju u vanjskom dijelu jezgre stvaraju Zemljino magnetno polje. S

udjelom od oko 5 % željezo predstavlja i jedan od elemenata kojeg najčešće susrećemo u Zemljinoj kori. Prvi

izvori iz kojih se dobivala željezna ruda bili su površinska nalazišta i nalazišta neposredno ispod površinskog

sloja. Danas se za dobivanje željeza često koristi magnetit (40 %) i hematit koji se uglavnom sastoji iz Fe2O3 i

predstavlja najvažniji mineral za dobivanje željeza.

Željezo predstavlja po redu deseti zastupljeni element u svemiru. Fuzija elemenata u zvijezdama završava sa

željezom – naime jezgre zvijezda stapaju se u magnezij, sumpor i ostale elemente sve do željeza. Teži elementi

nastaju pri eksplozijama Supernove (masivne zvijezde); eksplozije Supernove odgovorne su za rasipanje

fuzionirane materije u zvijezdi a često dijelovi ove raspadnute materije dospiju i na planete na kojima će jednog

dana bujati život kakv je danas na Zemlji.

-Dobivanje i nalazišta željeza

Željezna ruda danas se dobiva u površinskim ili dubinskim iskopima. Na mjestima na kojima je očigledno

prisustvo velikih naslaga željezne rude ona se može relativno jeftino iskorištavati i proizvoditi. Danas se velike

količine željezne rude iskorištavaju u južnoj Americi, posebice u Brazilu, u zapdnim dijelovima Australije, u

Kini, istočnoj Evropi (Ukrajina) i Kanadi.

Ove su zemlje u proizvodnji željezne rude danas potisnule zemlje koje su nekad bile vodeće po bogatstvu i

iskorištavanju željezne rude kao što su Francuska, švedska i Njemačka. Negativna je strana današnjeg

površinskog iskorištavanja željezne rude činjenica da mnoge siromašne zemlje često posežu za svojim

prirodnim bogatstvima kao što je željezna ruda i time oštećuju vlastiti okoliš na štetu čovjeka i prirode.

U ponekim slučajevima nisu samo oštećene velike površine tropskih šuma nego cijela područja. Često su na

udaru i rijeke a time i prirodna staništa i život koji je prisutan u tim rijekama.

Rijetko se događa da se obrada željezne rude može odvijati u neposrednoj blizini površinskih iskopa, naime

puno češći je slučaj da se ruda najprije i kopnom i morem transportuje do mjesta obrade.

-Savremena obrada željeza

Prije obrade ruda se usitnjava i melje. Zatim se zrna željezne rude sortiraju s obzirom na veličinu i prolaze

postupak sinterizacije jer jedino tako mogu proći obradu u visokoj peći.

Željezo se u pravilu dobiva u visokoj peći zahvaljujući hemijskoj redukciji rude s gljikom; pri takvoj obradi

razvijaju se temperature i do 2000 °C. Najprije se u visoku peć dodaje koks koji skupa s kisikom u zraku

reagira u ugljik-monoksid:

2C + O2 → 2CO

Ugljik-monoksid reagira s oksidom željeza:

3CO + Fe2O3 → 2Fe + 3CO2

S obzirom na vrlo visoku temperaturu i smanjenje tačke taljenja zahvaljujući kisiku nastalo željezo je u tečnom

stanju. Doduše takvo željezo još uvijek sadrži nečistoće u obliku silicijeva oksida. Dodavanjem vapna (CaCO3)

silicijev oksid odvaja se kao troska. Prvi korak reakcije vapno pretvara u kalcij-monoksid:

CaCO3 → CaO + CO2

50

Nakon toga kalcij-monoksid reagira u silicij-dioksid:

Ca + SiO2 → CaSiO3

7.3. ČELIK

Upotreba čelika u industriji i građevinarstvu danas je postala činjenica razumljiva sama po sebi, osim toga upotreba čelika u oblikovanju stambenih i radnih prostora među arhitektima rangirana je kao vrlo aktualna tema.

Od onog trenutka kad je čovjek postao svjestan svih prednosti industrijske proizvodnje upotreba materijala u

svakodnevnom životu eksponencijalno je rasla s tom spoznajom i čak je uvelike prestigla iskorištavanje

prirodnih materijalnih dobara s kojima smo okruženi u našem okružju. Veliki dio industrijski proizvedenih

dobara i materijala upravo se iskorištava u području građevinarstva.

Moderna gospodarstva danas iskoirštavaju milijune tona sirovina, iskorištavaju se biopotencijali u proizvodnji

energije i nastoje pronaći novi izvori. Zapadne industrijske zemlje nastoje u što većoj mjeri sanirati i/ili

ponovno upotrijebiti već korištene materijale, stoga bi i zemlje u kojima je još uvijek naglašena potreba za

gradnjom i proširivanjem potencijala u području stanogradnje i infrastrukture u prvi plan treba istaknuti

realističnu činjenicu optimalnog rješavanja vlastitih prirodnih potencijala.

U novogradnji kao i sanaciji starijih objekata vrlo važnu ulogu igraju gustoća izgrađenosti i gradsko prostorno

planiranje, vrlo je važna mogućnost višestrukog iskorištavanja svakog pojedinog izgrađenog objekta,

dugotrajnost i mogućnost obnove svake zgrade i/ili njezinih dijelova, sposobnost zgrade da se prenamijeni bez

potrebe za preuređivanjem, veliku ulogu ima i izbor upotrijebljenih materijala i elemenata kao i njihova

razgradivost odnosno mogućnost ponovne upotrebe.

Čelik je u stanju ponuditi kvalitetno rješenje u optimalnom iskorištavanju resursa. Čelik prije svega odlikuju

osobine kao što su dugotrajnost, izdržljivost i mogućnost ponovne upotrebe. U kombinaciji s materijalima kao

što su drvo i glina moguće je stvoriti takva rješenja koja će poput čelika biti dugog vijeka trajanja i obnovljiva

ali koja ne zahtijevaju besprekidno i nesmetano iskorištavanje prirodnih izvora.

Čelik sam po sebi dozvoljava realizaciju konstruktivnih rješenja koja objektu jamče stabilnost, čvrstoću i

postojanost. Uz pomoć ovakvih materijala jednostavno je koncipirati ili promijeniti izgled prostora u stanu.

Industrijski gotovi građevinski elementi, koje je usput rečeno jednostavno, finansijski vrlo isplativo i ekološki

prihvatljivo proizvesti mogu se koristiti u zemljama u kojima je izrazito naglašena potreba za stanogradnjom

(manje razvijene zemlje) ili u zemljama u kojima je jednostavno prisutna potreba za proširenjem postojećih

stambenih kapaciteta (industrijski razvijene zemlje).

No savremeno društvo ne smije se zadovoljiti s upotrebom čelika samo kao sastavnim dijelom armiranog

betona ili čeličnih nosača; čelik se može još snažnije koristiti za proizvodnju čeličnih limova i proizvodnju

novih materijala u automobilskoj industriji ili stvaranje i proizvodnju takvih konstrukcijskih rješenja u području

građevinarstva u kojima će se čelik upotrebljavati u kombinaciji zajedno s materijalom kakav je glina.

-Željezo, čelik i plemeniti čelik

Najstariji predmeti od željeza izrađeni su još prije 6000 hiljada godina. U to vrijeme čovjeku je bilo izuzetno

teško proizvesti željezo u većoj količini. Kod nas u Evropi željezom su se najprije počeli baviti Stari Kelti,

negdje oko 700 godina p.n.e. Kako bi dobili željezo željeznu su rudu zagrijavali u pećima na drvenom ugljenu

uz obiman dovod zraka u peć. Danas se sirovo željezo proizvodi u visokim pećima, u topionicama željeza i

zatim se u valjaonicama dalje prerađuje. Mi danas u svakodnevnom životu spominjemo pojmove željezo, čelik i

plemeniti čelik kao nešto razumljivo samo po sebi. Ponekad ove riječi koristimo kao sinonime. No koja je tačno

razlika između ovih pojmova i postoji li ona uopće. No, upravo je ovo pitanje glavna tema teksta koji slijedi.

-Plemeniti ili oplemenjeni čelik

Kameno doba, brončano doba, željezno doba: cijele se epohe ljudske povijesti nazivaju prema materijalima

koje je čovjek u tom vremenu najviše upotrebljavao.

Neke činjenice govore u prilog tome da će povjesničari u budućnosti naše doba, vrijeme u kojem danas živimo,

nazivati „doba plemenitog čelika“.

U svakom slučaju moglo bi se to dogoditi istraže li jednog dana ostatke današnjih građevina.

51

Sav onaj plemeniti čelik koji se danas u građevini koristi, u bližoj budućnosti mogao bi biti rezultat istraživanja

budućih povjesničara i kao takav mogao bi potvrđivati tezu o današnjem vremenu kao „dobu plemenitog

čelika“ – u doslovnom značenju ovog izraza.

Velike su šanse da plemeniti čelik ostane očuvan u svim tim silnim građevinama današnjice budući da se radi o

materijalu kojeg današnja arhitektura vrlo rado koristi u oblikovanju i građenju.

Pored svih materijala koji se koriste u gradnji upravo je plemeniti čelik materijal kojeg „zub vremena“ ne može

nagristi.

Specijalni hemijski sastav čini plemeniti čelik postojanim i otpornim na koroziju i habanje, čak i pod

dugotrajnim vanjskim utjecajima kao što su vlaga, kontakt s kiselinama, kao i „dodir“ s visokim i niskim

temperaturama.

Mnogi vlasnici građevinskih objekata, arhitekti i građevinari kod ovog metalno-blistavog čelika cijene njegovu

vizuelnu i optičku atraktivnost s jedne strane i izrazitu čvrstoću kao i jednostavnost oblikovanja s druge strane.

Upravo ga ove osobine čine iznimno prihvatljivim građevnim materijalom i omogućavaju mu gotovo

neograničene mogućnosti oblikovanja koje se mogu prilagoditi svakoj individualnoj situaciji.

Tako se u međuvremenu 5 % ukupno proizvedene količine plemenizog čelika upotrebljava kod stavljanja

fasada na objektima, drugih 5 % koristi se u gradnji bazena.

Po 10 % plemenitog čelika koristi se kod gradnje krovova i različitih obloga. Na segment gradnje kao što su

navlake, pokrovi i unutrašnje uređenje otpada 15 %.

Dizala i pokretne stube izrađena od plemenitog čelika plijene svojom decentnom i trajnom elegancijom u

mnogim uredskim i upravnim zgradama i na njih itpada udio od 20 %.

35 % plemenitog čelika upotrebljava se zahvaljujući svojoj neuništivoj trajnosti na onim mnogim mjestima na

kojima mi uopće nismo niti svjesni njegove prisutnosti jer ga ne vidimo:

-kao dio elemenata za učvršćivanje, iza „kulisa“, dakle građevni materijal koji se upotrebljava kao nezamjenjivi

sastavni element osnovnih i nosivih konstrukcija ili kao element koji sigurno i provjereno garantuje dugotrajnu

stabilnost u fundamentima (temeljima) mnogih objekata.

7.5. Hemijski i tehnički podaci aluminija

Aluminij je hemijski element s rednim brojem 13 u periodnom sistemu elemenata i nosi oznaku Al. Aluminij je

treći po redu načešći element u Zemljinoj kori (poslije kisika i silicija) i pojavljuje se samo u hemijski vezanom

stanju. Dobar je provodnik topline i električne energije.

On je lahki metal koji ima srebrenkasto-sijedu boju a rezultat je to činjenice da on na zraku na sebi stvara tanki

sloj oksida koji ga prekriva. Ovaj sloj aluminij čini izrazito otpornim na koroziju. Aluminij je rastezljiv i

valjanjem ga je moguće pretvoriti u tanku foliju. Spojevi aluminijuma široko su rasprostranjeni no komercijalno

i ekonomski isplativo za dobivanje aluminija jedino je iskorištavanje boksita s visokimsadržajem aluminijevog

oksida. Aluminij je vrlo plastičan no može ga se i kovati. U pravilu se koristi legiran s drugim metalima.

Ime, oznaka, redni broj – Aluminij, Al, 13

Grupa – metal

Vanjski izgled – srebrenkast

Udio u Zemljinom omotaču – 7,57 %

Atomska masa – 26,981538

Radijus atoma – 125 (118) pm

Kovalentni radijus – 118 pm

Agregatno stanje, magnetizam – kruto (krutina), paramagnetičan

Gustoća – 2700 kg/m3 (2,75)

Tačka taljenja – 933,47 K (660,32 °C)

Tačka vrenja – 2792 K (2519 °C)

Električna provodljivost – 37,7 * 106 S/m

Toplinska provodljivost – 237 T/(mK)

-O povijesti aluminija

Aluminij (lat. alumen – alaun ili stipsa) je za razliku od mnogih drugih materijala vrlo mlad metal. Godine 1808

otkrio ga je Humphry Davy i dao mu ime aluminij. Godine 1827 Friedrich Woehler prvi je uspio proizvesti

aluminij koji nije imao potpuno čist sadržaj. U ono vrijeme cijena aluminija bila je mnogo veća od cijene zlata.

52

Henry Sainte – Claire Deville Woehlerov proces je usavršio godine 1859 i javno ga objavio u knjizi. Nakon

toga cijena aluminija u deset je godina snižena za 90 %.

Godine 1886 neovisno jedan od drugog Charles Martin Hall i Paul Heroult razvijali su postupak proizvodnje

aluminija: kasnije nazvan Hall – Heroultov proces proizvodnje aluminija. I današnji veliki i savremeni pogoni

za proizvodnju aluminija temelje se na ovom postupku. Godine 1889 Karl Josef Bayer dodatno je usavršio ovaj

postupak.

-Aluminij u prirodi

U prirodi aluminij često nalazimo kao aluminij-silikat. Aluminijski oksid (Al2O3) pojavljuje se vrlo rijetko i

poznat je kao dragi i poludragi kamen. S obzirom na prirodnu čistoću aluminijeva oksida razlikujemo

smaragde, rubine i safire. Puno češće u prirodi aluminij možemo sresti u sastavu boksita.

Prema postupku kojeg je razvio Oersted (1825 godine) aluminij se dobiva iz aluminij-klorida i kalijeva

amalgama pri čemu kalij u ovom slučaju služi kao redukcijsko sredstvo:

AlCl3 + 3K → Al + 3KCl

Prema Woehleru kao redukcijsko sredstvo koristi se metalni kalij. Tehnički gledano aluminij se dobiva

taljenjem u posebnom postupku elektrolize (Bayerov postupak). Ovaj postupak dobivanja aluminija zahtijeva

veliku količinu energije. Utrošak energije u proizvodnji aluminija u ovom slučaju iznosi oko 13 – 16 kWh/kg.

-O obradi aluminija

Zahvaljujući različitim postupcima obrade aluminij je dostupan u obliku različitih legura; naime u aluminij koji

je u tekućem stanju dodaju se različiti elementi koji ciljano poboljšavaju osobine taljene mase. Često možemo

susresti leguru GalSi9Cu3 (odnosno 9m -% silicija, 3m -% bakra) koja ima vrlo dobre osobine u pogledu

očvršćivanja a i jednostavna je za kasniju dodatnu obradu.

Kod taljenja primjenjuju se različiti postupci. Tako je od aluminija moguće dobiti valjane šipke (blokove), ili

predefinirane oblike. Od lijevanog aluminija moguće je postupak brizganje proizvesti i puno kompliciranije i

preciznije oblike nego je to slučaj s lijevanim aluminijskim šipkama i lijevanim blokovima.

Aluminij je jedan od malog broja elemenata za kojeg se čini da ne izaziva negativne posljedice u živim

stanicama no kod određenog broja osoba on izaziva alergije – osobe pokazuju znakove alergije u svakom

obliku i to se pojavljuje kao posljedica konzumiranja antitranspiranata, posljedice se manifestiraju i kroz

probevne ametnje i/ili kao nemogućnost konzumiranja namirnica koje se poslužuju ili pakiraju u aluminijskoj

ambalaži. Isto tako kod osoba se može pojaviti povraćanje kao rezultat trovanja zbog upotrebe medikamenata

sa sadržajem aluminija. Aluminij nije tako otrovan kao npr. teški metali no mogućnost trovanja ipak postoji

ukoliko organizam primi u sebe prekomjernu količinu aluminija.

53

8. ŽELJEZO I ALUMINIJ U GRAĐEVINARSTVU

54

8.1. ASFALT

Asfalt je mješavina mineralnih tvari i bitumena kao vezivnog sredstca koji s obzirom na sastav smjese može

zauzimati različit količinski udio. S obzirom na varijabilnost svojih komponenti (vrsta i količina) moguće je

proizvesti asfalt koji će imati različite osobine – na taj način asfalt je moguće prilagoditi svakoj individualnoj

potrebi i svakom zahtjevu.

Pojedini su zahtjevi ponajprije determinirani kasnijim uvjetima u kojima se asfalt iskorištava a to su jačina

prometa i vanjske vremenske prilike kako ljeti tako i zimi. Iz tog je razloga svakom proizvodnom procesu

potrebno obratiti posebnu pažnju (npr. priprema smjese, skladištenje, transport, ugradnja i zaptivanje).

Dodavanjem različitih mineralnih tvari svježim asfaltnim površinama ili miješanjem asfalta s određenim

mineralnim tvarima, bezbojnim vezivima i/ili po potrebi dodavanjem asfalta posebnih pigmenata boje moguće

je postići gotovo sve tonove boje asfalta.

Na isti način moguće je dodavanjem postojanih boja ili nanošenjem tankog sloja boje tokom vrele ili hladne

obrade asfalta po želji oblikovati ove asfaltne površine, no ovakav način optičkog oblikovanja asfaltnih

površina odnosi se prije svega na površine koje nisu izložene snažnom mehaničkom trošenju.

-Primjeri i ciljevi korištenja obojenog asfalta

Određene vrste boje na asfaltnim površinama mogu označavati da se radi o posebnim prometnim situacijama

koje vrijede za tu prometnicu.

Optičko oblikovanje prometnih traka koje služe za skretanje ili izraženije označavanje određenog prometnog

raskrižja (raskrsnice).

Preusmjeravanje prometnih kolona.

Pojačavanje estetske atraktivnosti određenih asfaltnih površina.

-Asfaltne površine i njihovo oblikovanje

Asfalt nudi veliku paletu najrazličitijeg oblikovanja njegove površine. Određene tonove boja na površini asfalta

mogu će je po želji oblikovati i to se može realizirati upotrebom određene vrste materijala od kojeg se proizvodi

asfalt, zatim od vezivnog sredstva kao i od vrste mineralnih tvari koje se dodaju asfaltu. O kojem se tonu asfalta

radi naravno odlučuje i činjenica upotrebljavaju li se asfaltne površine kao prometnice ili se koriste u neku

drugu svrhu. U svakom slučaju na ove je načine moguće po želji sasvim tačno, precizno i pouzdano postići

određeno optičko oblikovanje asfaltnih površina.

Mogućnosti oblikovanja povšina:

1. Dodavanjem asfaltu određenih bojanih (plemenitih) primjesa

2. Nanošenjem posebnog zrcalnog sloja na asfaltnu površinu

3. Strukturiranjem asfaltne površine pomoću specijalnih šablona.

-Moguće kombinacije materijala

Asfalt se može postavljati u kombinaciji s nekim drugim materijalima, npr. u kombinaciji s elemntima za

popločavanje od prirodnog kamena, i na taj način moguće je postići bolju preglednost, zadržati bolji strukturni

pravac i efektivnije naglasiti oblikovanje određenih površina. Ovakve kombinovane površine mogu međusobno

odvajati prometne trake i jednostavnije integrirati mirnije „otoke“ u prometnom području.

Kombinovane površine mogu se primjenjivati u svrhu:

1. Obiljažavanja rubova prometnica

2. Označavanje određenih strukturnih pravaca

3. U svrhu dijeljenja/podjele/razdjeljivanja određenih površina

4. Kao mogućnost integracije prirodnih stabala u prometnom pojasu

5. Za naglašavanje estetske atraktivnosti.

-Asfaltne mješavine – materijali, proizvodnja i ugradnja

Kako je bitumen zaslužan za asfaltnu mješavinu kojom prekrivamo većinu današnjih cesta i autocesta, posvetit

ćemo mu jedan mali dio pažnje, jer ipak je on jedan od najstarijih poznatih građevnih materijala, te u mješavini

s agregatom stvara VRUĆU ASFALTNU MJEŠAVINU.

Bitumen je vezivni materijal tamnosmeđe od crne boje koji se javlja u prirodnom stanju ili se dobiva

destiliranjem nafte.

55

Gledajući bitumen kroz povijesni tok, može se istaknuti da je to jedan od najstarijih poznatih građevnih

materijala. Sumerani su ga upotrebljavali za gradnju brodova, Stara civilizacija u dolini Inda koristila ga je za

gradnju velikih javnih kupališta i spremnika, Egipćani su upotrebljavali prirodne asfalte za hidroizolaciju i

mumificiranje.

Dakle, njegova svojstva ljepljivosti i nepropusnosti bila su poznata već u samim začetcima ljudske civilizacije.

Gotovo sav birumen koji se u današnje doba upotrebljava za asfaltiranje dobiva se obradom nafte, odnosno

dastiliranjem.

8.2. BITUMENI

Izvrsnom prionljivošću i vodonepropusnošću ovo čvrsto i trajno vezivo iznimno je otporno na djelovanje većine

kiselina, alkalija i soli. Najviše se upotrebljava u proizvodnji vruće asfaltne mješavine koja se koristi

prvenstveno za građenje savitljivih kolničkih konstrukcija.

Grijanjem ga dovedemo u tekuće stanje i tako ljepljiv prijanja te obavija zrna agregata i stvara savršenu

mješavinu, sposobnu za izdržavanje ogromnih opterećenja na kolničkim konstrukcijama autocesta, zračnih luka

i pista za utrke. Bitumen se u vrste klasificira na tri načina koji se temelje na penetraciji, viskoznosti ili

ponašanju.

8.3. BITUMENSKE EMULZIJE

Bitumenska emulzija je mješavina sastavljena od bitumena, vode i emulgirajućeg sredstva. Svrstava se među

tekuće bitumene jer je za razliku od bitumena, pri okolnoj temperaturi u tekućem stanju. Koristi se da bi

smanjila viskoznost bitumena kako bi se mogao upotrebljavati pri nižim temperaturama.

Kada se bitumenska emulzija pomiješa sa agregatom, ona se razbija (na bitumen i vodu) i to zato što kapljice

bitumena reagiraju s površinom agregata i snjom uspostavljaju vezu, pri čemu istiskuju vodu koja se nalazi

između bitumena i agregata, a time se dobiva kontinuirani film bitumena na agregatu ili kolniku.

Pojedinačne se vrste koriste na sljedeći način:

1. Nestabilne emulzije – za površinske obrade i penetrirani makadam

2. Polustabilna emulzije – za hladne mješavine bitumena i agregata diskontinuiranog sastava

3. Stabilne emulzije – za prskanje, kako bi se poboljšala prionljivost, emulzijske obrade i agregata

kontinuiranog sastava, te slurry seal.

8.4. RAZRIJEĐENI BITUMENI

Razrijeđeni bitumeni su tekući bitumeni koji se dobivaju tako da se bitumenima dodaju naftna otapala.

Bitumenima je tako smanjena viskoznost pa se mogu upotrebljavati na nižoj temperaturi ugradnje.

Mogu se podijeliti u tri vrste:

1. Brzoisparljiv –upotrebljavaju se za prskanja u svrhu poboljšanja prionljivosti i površinske obrade

2. Srednjebrzoisparljiv –upotrebljavaju se za prskanja uskladištive asfaltne mješavine za popravke te miješanja

na cesti

3. Sporoisparljiv –upotrebljavaju se za prskanja

8.5. AGREGATI

Agregat koji se upotrebljava pri proizvodnji vruće asfaltne mješavine uglavnom se pridobiva i obrađuje u

kamenolomima i šljunčarama. Vrste agregata koje se koriste su prirodne stijene (eruptivne, sedimentne i

metamorfne), lahki agregat, koji se dobiva zagrijavanjem gline do vrlo visokih temperatura, i šljaka, koja

obično nastaje tokom proizvodnje čelika u visokoj peći. Kada se lahki agregat i šljaka upotrebljava se za

asfaltne mješavine, ta dva umjetna agregata znatno doprinose otpornost kolnika na klizanje.

U cestogradnji su najvažnija fizikalna svojstva stijenske mase i to bitni podaci o tome kako će se materijali

ponašati u raznim okolnostima, tj. kada se koriste kao tampon ili nosivi sloj, ili kada se ugrađuju u razne slojeve

asfaltnih mješavina. Danas se asfaltne mješavine pretežno izvode po principu minimuma šupljina, što znači da

56

se agregat sastoji od kamene sitneži, pijeska i kamenog brašna, tako da u mješavini ostane po mogućnosti što

manji obujam šupljina.

-Primjena emulzija u cestogradnji

Sloj za sljepljivanje – Bitumenska emulzije vrlo široku primjenu u cestogradnji, uglavnom za sljepljivanje

asfaltnih slojeva međusobno ili s bilo kojom drugom podlogom.

Slojevi za sljepljivanje su tanki filmovi veziva koji mehanički spajaju asfaltne slojeve ceste, kako bi se time

osigurala puna funkcionalnost, odnosno nosivost ukupne sktrukture svih slojeva ceste.

Emulzije se nanose na podlogu jednoliko, tehnikom hladnog postupka prskalicama i specijalno za tu svrhu

namijenjenim strojevima. Podloga (sloj na bazi hidrauličnog veziva ili asfaltni sloj) prije nanošenja emulzije

mora biti čista, suha ili prirodno vlažna.

-Površinske obrade i penetracije

Izvedba površinskih obrada i penetracija s emulzijama je jednostavan i jeftin postupak. Oba sistema u odnosu

na strojnu ugradbu izvode se na skoro istovjetan način. U našim standardima, a i u literaturi općenito,

površinske obrade i penetracije se različito definiraju.

Površinske obrade mogu biti jednostruke ili višestruke, a kod penetracija razlikujemo polupenetraciju i

penetraciju.

Jednostruka površinska obrada je sistem kojim bi trebala biti obrađena svaka bijela šumska cesta kod izgradnje

ili rekonstrukcije.

Na mehanički zbijene drobljene (u prvom redu) i šljunčane podloge nanosi se jednoličnim prskanjem emulzija

u količini od cca 3 kg/m2. Prskanje se može obavljati kamionskim cisternama za prskanje, malim motornim

prskalicama za emulziju te ručno (što nije preporučljivo).

Nakon razastiranja kamene sitneži, pristupa se valjanju.

Valjanje se može izvoditi glatkim, vibracijskim ili pneumatskim valjcima. Najpovoljniji su teški gumeni valjci

težine oko 20 t pa i više. Konačna komprimacija, a time i obavijanje kamene sitneži bitumenom, izvodi se pod

prometom.

U slučaju otvorenosti ovako priređene površine ceste (jednolična kamena sitnež) tu površinsku obradu treba

dopuniti prskanjem 0,50 – 1,00 kg/m2 emulzije i razastiranjem sitneži 1 – 5 mm u količini 5 – 8 kg.

-Hladni asfalti

Hladni asfalt ima široku primjenu kod modernizacije cesta. U odnosu na kamenu sitnež i količinu veziva te

uvjete ugradbe, može se upotrijebiti u sistemima utisnutog i miješanog asfalta-makadama.

Mješavina kamene sitneži s bitumenskim emulzijama priprema se na hladno, što znači da se ne izvodi sušenje

kamene sitneži u sušarama asfaltnih baza, odnosno zagrijava se bitumensko vezivo (bitumenska emulzija).

Priprema asfalta može se izvoditi i u nepovoljnije vrijeme uz manju kišu ili nižu temperaturu.

Rezani tipovi emulzije imaju sposobnost da se s njima pripremljene asfaltne mase mogu uskladištiti (deponirati)

na duže vrijeme, što znači da ugradnja nije vremenski vezana s proizvodnjom. Upravo ta sposobnost hladnog

asfalta čini ugradnju ekonomičnijom, jer se u ovisnosti o sredstvima ugradnje organiziraju optimalni prijevozi.

Očito je da je iskorištenost radne snage i strojeva maksimalna.

Priprema hladnog asfalta može se izvoditi u skoro svim tipovima mješalica. Najpovoljnije su protustrujne

betonske mješalice, prilagodljive predvidljivom utovaru.

Način doziranja može biti i volumenski, jer se nastale greške umanjuju za 40 %, budući da bitumenske emulzije

imaju sadržaj veziva od 62 %. Ukoliko se mješanje izvodi putem protustrujnih betonskih mješalica ili

specijalnih asfaltnih mješalica, mješanje se obavlja diskontinuirano.

Dovoz materijala putem transportnih traka može teći neprekidno. Ta je mogućnost rješena dvodijelnim

dozatorom iznad mješalice. Kod kontinuiranog mješanja doziranje se obavlja specijalnim pokretnim

distributerom.

57

Kod primjene u cestogradnji hladni asfalt ima višestruku prednost pred vrućim asfaltom. Uz sposobnost

deponiranja, hladni asfalt je elastičniji od vrućeg i prema tome prilagodljiviji podlogama koje nisu idealno

sabijene.

Pogodniji je također za transport. Ne podliježe vremenskim ograničenjima ugradbe (vrući asfalt se mora

ugrađivati u roku 1 – 2 sata, ovisno o temperaturi zraka), može se ugrađivati i pri nepovoljnijim vremenskim

uvjetima. Pod prometom se dopunski komprimira pa se nakon duljeg vremena dostiže i kvaliteta vrućeg asfalta.

Hladni asfalt ima dva nedostatka: prvo, početni je stabilitet nizak, i drugo, otvorenijeg je sastava. Drugi

nedostatak se popravlja posipanjem sitnijeg materijala po površini ili se izvodi lagana površinska obrada (ni

jedno ni drugo nije neophodno); prvi se popravlja pod prometom, kako je već rečeno.

Kod rada kontinuirane mješalice neophodno je potpuno angažovanje vrlo pokretnog utovarivača većeg

kapaciteta. Najčešće su u upotrebi kontinuirane mješalice kapaciteta 100 t/sar, što odgovara radnim

mogućnostima utovarivača zapremine košare od 2 m3.

Hladni asfalt se može pripremati i ručno, na samome mjestu ugradbe. Ručni postupak u nekim sredinama

zamijenjen je miješanjem kultivatorom. Zato hladni asfalt može imati i primjenu kod asfaltiranja kućnih

pristupa.

58

9. DRVO I ZAŠTITA DRVETA

59

9.1. DRVO I NJEGOVA PRIMJENA

-Piljena građa (drvo), Zašto je drvo danas tako aktuelan građevinski materijal?

Aktuelnost drveta više uopće nije upitna. Drvo se danas kao građevinski materijal čvrsto etabliralo kako u

svijetu tako i kod nas.

Udio drveta u gradnji stambenih i poslovnih objekata, u gradnji industrijskih objekata, velikih skladišta i

dvorana sve je veći iz dana u dan. U tržišnom natjecanju sa opekom, betonom, čelikom ili lahkim metalima

drvo se nudi kao gospodarski isplativa alternativa.

-Prirodna i estetska strana drveta

Pored izrazite funkcionalnosti i estetska je strana drveta izrazito iskoristiva i prihvatljiva. Taj osjećaj

zadovoljstva kojim zrače drvene konstrukcije u svakom se slučaju odražava i na cijeli objekt. Mnogi se ljudi

identificiraju s prirodnošću drveta.

Udio drveta u gradnji stambenih i poslovnih objekata, u gradnji industrijskih objekata, velikih skladišta i

dvorana sve je veći iz dana u dan. U tržišnom natjecanju sa opekom, betonom, čelikom ili lahkim metalima

drvo se nudi kao gospodarski isplativa alternativa.

Drvo se može koristiti kao konstrukcija kod grubih radova, može se koristiti kao fasada ali isto tako i za

unutarnje uređenje.

-Zahtijeva li drvo dodatnu hemijsku zaštitu?

Hemijska zaštita drveta kod nosivih drvenih konstrukcija igrala je važnu ulogu samo u prvim godinama druge

polovine prošlog stoljeća. Danas ovo pravilo više ne vrijedi s obzirom na postojeće standarde i vrijedeće

tehničke norme koje su važne u praksi. Danas je, kao i u stoljećima dugoj tradiciji prije toga, prije svega birna

trajna i čvrsta konstrukcija.

A kao što iskustvo pokazuje, upotreba tehnički suhog konstrukcijskog drveta odgovarajuće vrste kao i primjena

difuznog načina gradnje garantuje trajan i postojan oslonac objektu.

Temeljno znanje o „konstruktivnoj zaštiti drveta“ dokumentirano je u odgovarajućim katalozima i dostupno je

svima. Česta je praksa da prirodnost drveta ostaje trajno očuvanom.

Samo je u vrlo rijetkim slučajevima potrebno koristiti hemijska sredstva za zaštitu drveta a to se ponajprije

odnosi na njegovu vanjsku zaštitu od prirodnih nepogoda.

9.2. DRVO I DRVENA GRAĐA

Svako drvo posjeduje različitu količinu vode u sebi, a količina odnosno koncentracija vode ponajprije zavisi jeli

drvo tek svježe posječeno, jeli se neko vrijeme sušilo ili je ipak dovoljno umjetno osušeno da se može koristiti u

prostorijama stambenih objekata.

-Općenito o gustoći sirove drvene mase

Umjetno sušenje ili isušivanje drveta s ciljem potpunog uklanjanja vlage iz drvene mase znači obradu drveta u

posebnim pećima odnosno postrojenjima gdje se drvo isušuje na temperaturi od 103° C kako bi se dostigla

količina vlage od 0%. Stoga i kažemo da je vlažno (mokro) drvo teško, a suho (isušeno) drvo je lagano.

To znači da težina (ili bolje reći masa) drveta ponajprije zavisi od sadržaja vodene mase u sebi. Ovu činjenicu

potrebno je uzimati u obzir posebno u slučajevima kad se drvo kamionima transportira i kad se na ovim

transportnim kamionima ne smije prekoračiti dozvoljeno opterećenje!

Specifična težina drveta (=gustoća sirovog drveta i drvene građe u zavisnosti od sadžaja odnosno postotka vode

u sebi) predstavlja onaj pokazatelj kojeg u planovima transporta i upotrebe velikih transportnih kamiona u

prijevozu drveta i drvene građe uvijek treba uzimati u obzir.

U sljedećem dijelu teksta donosimo kratki pregled gustoće sirove drvene mase nekih vrsta drveta. Gustoća

drvene mase, u praksi često spominjana kao specifična masa, u svakom pojedinom slučaju prije svega zavisi od

sadržaja vode kojeg drvo u sebi ima. Tako npr. smreka i stablo jele imaju najmanju specifičnu gustoću a hrast

najveću. Pregled specifične mase stabala i koncentracije vlage u njima:

60

Neobrađeno svježa drvena masa Piljena građa na zraku sušeno

kg/vm kg/m3

Smreka, bez kore 750 – 800 480

Jela, bez kore 800 – 980 460

Bor, bez kore 750 – 880 520

Bukva, s korom 1080 – 1160 780

Hrast, s korom 1180 – 1270 870

-Šta je specifična gustoća drvene mase?

Specifična gustoća drveta predstavlja odnos supstance stanica drvene materije i šupljina u drvetu, a ovaj se

odnos može i izračunati.

Specifična gustoća drveta i drvene građe predstavlja odnos mase m i volumena v.

Budući da masa drveta zavisi od sadržaja vode u sebi onda znamo i da je specifična gustoća sirove drvene mase

vrijednost na koju utječe količina vode u drvetu. U stručnoj literaturi danas u pravilu je moguće pronaći

vrijednosti specifične gustoće drveta koje se može koristiti u određenim prostorijama i drveta koje je umjetno

isušeno.

Sljedeća shema donosi nam prikaz ikvira specifične gustoće sirove drvene mase koja je umjetno sušena. Na

specifične gustoće sirove drvene mase utječe nekoliko faktora: porijeklo stabla (njegova provenijencija) i okoliš

i uvjeti u kojima se stablo razvijalo.

Razlike specifične gustoće u krugu jedne vrste stabala mogu se raspoznati prema širini unutrašnjih prstena

(godova). Tako je jasno vidljivo da je širina prstena, npr. smreke, u skandinavskim zemljama u kojima je

vegetativni period znatno kraći puno manje od prstena smreke koje su izrasle i razvile se u područjima Srednji

Evrope gdje period vegetacije ipak vremenski znatno dulje traje i gdje vladaju puno povoljniji klimatski uvjeti.

Slična razlika u širini prstena kod stabala vidljiva je i kad je riječ o područjima s različitom nadmorskom

visinom – što je nadmorska visina niža to su prsteni u stablu smreke širi. Godine razvoja s povoljnijim

klimatskim uvjetima također povoljno utječu na širinu prstena, za razliku od onih godina u kojima vladaju

nepovoljniji klimatski uvjeti (npr. niže temperature tokom godine, duži zimski uvjeti od uobičajenih i sl.) .

Prikaz srednjih i krajnjih vrijednosti za neke vrste stabala (isušena drvena masa):

Specifična gustoća (g/cm3)

Smreka 0,30 0,43 0,64

Bor 0,30 0,49 0,86

Hrast 0,39 0,65 0,93

Bukva 0,49 0,68 0,88

Bongossi 0,95 1,04 1,14 (tropsko drvo)

Za razmišljanje!

Kad bismo isušeno drvo tako presovali da u njemu ne ostane niti jedna praznina ili šupljina dogodilo bi se

sljedeće: presovana drvena supstanca različitih vrsta stabala imala bi jednaku specifičnu gustoću. Njezina

vrijednost kretala bi se oko 1,5 g/cm3 i predstavljala bi čistu gustoću supstance stanica drveta. Velike razlike u

specifičnoj gustoći pojedinih vrsta stabala temelje se upravo na ukupnom udjelu stanične supstance drveta i

unutrašnjih pora (šupljina) u stablu.

-Vlaga drveta

Vlaga drveta u svakodnevnoj praksi igra vrlo važnu ulogu:

1. Utječe na masu sirovog stabla i piljene građe

2. Utječe na prirodno sušenje drveta na zraku kao i na tehničko (umjetno) sušenje

3. Utječe i na stvaranje uvjeta za pojavu pukotina na drvetu

4. Utječe na promjenu dimenzija s obzirom na činjenicu da li drvo prima ili otpušta vlagu iz sebe

5. Omogućuje izmjenu vlage u kontaktu s okolinom i tako stvara preduvjete za zdravu stambenu klimu.

-Voda u drvetu

Svježe posječeno crnogorično stablo – za razliku od bjelogoričnih ili lisnatih stabala – u prosjeku sadrži oko 55

– 70 % vode u usporedbi s tehnički (umjetno) osušenim drvetom. Od toga na jezgru drveta otpada količina od

61

oko 35 – 50 %. Bjelogorična stabla u prosjeku u sebi sadrže oko 79 – 100 % vlage u usporedbi s umjetno

osušenim drvetom.

Svježe posječena stabla nekad nazivamo i „zelenim drvetom“ a to je donekle i opravdano jer takvo stablo sadrži

otprilike jednak udio vlage u sebi kao i još ne posječeno stablo. Pri tome treba reći da se ukupni sadržaj vlage

mijenja s obzirom na vrstu stabla kao i stanište odnosno uvjete okoliša u kojima se stablo razvija.

Sadržaj vlage odnosno vlaga stabla predstavlja onu vrijednost koju nazivamo vodom u stablu. Ovu ćemo

vrijednost označiti slovom u i izražavamo je u procentima. Vlaga drveta daje nam potrebne podatke o odnosu

količine vode mv u stablu i drvene mase bez sadržaja vlage mo (tehnički osušena drvena supstanca mo).

Količinu vode u supstanci drveta moguće je s toga izračunati prema formuli kako slijedi:

drvo se mjeri u svježem stanju (kad još uvijek sadrži vlagu u sebi mu) a zatim se mjeri u (tehnički) osušenom

stanju. Međusobna razlika između ove dvije mase (mu – mo) predstavlja masu vode u stablu.

Vlaga drveta (u) =

9.3. ZAŠTITA DRVETA

Drvo je prirodni materijal sastavljen od organske supstance, a njegove stanice sastoje se od ugljika, vodika i

kisika. Stanice drveta pored bjelančevina i slobodnih šećera koji se nalaze u malim količinama u drvetu

predstavljaju dobar izvor hrane za mnoge organizme.

-Zaštita drveta

Gljivice i insekti u određenim situacijama i određenim uvjetima su u stanju napasti drvo i uništiti ga. Najbolji

način sprječavanja uništavanja drveta u ovakvim situacijama je dobro poznavanje svakog pojedinog uzroka

uništenja drveta.

-Gljivice i drvo

Gljivice koje uništavaju i razaraju drvenu supstancu i/ili koje mijenjaju boju drveta uspješno se razvijaju na

vlazi drveta od 20 %.

Gljivice koje mijenjaju boju drveta u pravilu utječu na površinski izgled drveta i vrijednost mu smanjuju iz

optičke tačke gledišta. S druge strane gljivice koje razaraju drvo u stvari razgrađuju supstancu drveta i tako mu

smanjuju čvrstoću. Rezličite vrste gljivica na različite načine uništavaju supstancu drveta i uzrokuju pojavu

truljenja – stoga u pravilu možemo razlikovati smeđu, bijelu ili modru trulež drveta. Poseban dio teksta

detaljnije obrađuje ovu temu.

-Insekti i drvo

Različite vrste insekata zahtijevaju različite uvjete koji su im potrebni kako bi uspješno napali drvo. Među

insektima postoje takve štetočine koje napadaju samo svježu drvenu masu, druge pak vrste trebaju suhu drvenu

podlogu kako bi se nesmetano razmnožile i krenule u napad. Kad govorimo o napadu insekata onda govorimo o

uništavanju drveta od strane larvi koje insekti proizvode – larve se naime razvijaju u unutrašnjim prostorima

drveta, hrane se okolnom drvenom supstancom i gnijezde se u njoj. Na taj način drvena supstanca gubi svoju

čvrstoći i postaje puna rupica, a i sam vizualni izgled drveta nakon završetka razvojnog ciklusa letećih insekata

izgleda optički potpuno ruinirano.

S obzirom na mjesto primjene drvo je izloženo različitim organizmima koji ga napadaju pa se s toga i

preventivne mjere zaštite drveta definiraju s obzirom na činjenicu gdje će se i za što drvo koristiti.

-Hemijska zaštita drveta

Pod hemijskom zaštitom drveta podrazumijevamo isključivo zaštitu protiv insekata i gljivica. To znači da

sredstvo za uništavanje insekata i gljivica sadrži takozvane biocide.

U sljedećem dijelu teksta donosimo pregled različitih područja primjene gdje se drvo koristi, koji su

potencijalni izvori da ugroze drvo i koje se eventualne mjere zaštite i prevencije mogu poduzimati.

Možemo razlikovati oplemenjivanje vanjske površine drveta, zaštitu od vanjskih / vremenskih uvjeta i zaštitna

sredstva za drvo. Za razliku od sredstava za oplemenjivanje površine drveta sredstva koja drvo štite od

vremenskih neprilika odbijaju vodu i u sebi sadrže komponente koje upijaju UV-zrake. Zaštitna sredstva za

drvo u sebi sadrže sastojke koji negativno utječu na razvoj i hranjenje insekata i gljivica. Ova se sredstva smiju

62

koristiti samo uz adekvatno stručno znanje budući da upotreba ovakvih sredstava može štetno utjecati i na ljuski

organizam.

Sljedeći pregled sadrži informacije o mjestima i područjima primjene, mogućim posljedicama kao i adekvatnim

mjerama prevencije i zaštite drveta:

1. U STAMBENIM PROSTORIJAMA

Područje primjene Moguće posljedice (izazvane) Preventivne mjere za zaštitu drveta

Stambene prostorije u

savremenim objektima: kad

vlaga drveta iznosi oko 10 %

Smanjenjem kvaliteta vanjske

površine drveta izazvane

zaprljanjem (prljavštinom) ili gubirkom boje (ne postoji rizik

od napada gljivica i u pravilu

niti postoji opasnost od insekata)

Sredstva za oplemenjivanje drveta s

ciljem olakšanog održavanja i/ili

naglašavanja strukture drveta. (Hemijska zaštita je potpuno

bespotrebna!)

Kupaonica i kuhinja: stropne i

zidne obloge

Opasnost izazvana vlagom,

budući da je riječ o

prostorijama s pojačanom vlagom

Kao i gore spomenuto

Kupaonica i kuhinja: direktna

mjesta po kojima prska voda

Napadi gljivica: plijesan i

pojava posebnog plavila na crnogoričnom drvetu

Alternativna sredstva kao što su

staklo, keramika, pločice mogu biti od velike prednosti

2. U VANJSKIM PROSTORIJAMA

Područje primjene Moguće posljedice (izazvane) Preventivne mjere za zaštitu drveta

Kad se ne radi o izravnom

utjecaju vremenskih prilika

kao što je kiša, tuča i sl.

Gubitak boje na površini,

promjene dimenzija koje vode

do stvaranja pukotina

Sredstva (bez hemijskih sastojaka)

ua neposrednu zaštitu površine od

štetnog utjecaja vlage

Kad je riječ o izravnom utjecaju vremenskih prilika

kao što su kiša, tuča, snijeg

Gubitak boje ili oštećenje zaštitnog sloja, promjene na

dimenzijama, pukotine, plavilo,

gljivice...

Hemijska zaštita sredstava koja sadrže komponente protiv insekata,

gljivica i plijesni, kao i sredstva za

komponente impregniranja i grundiranja

Konstantan kontakt i dodir s

vodom

Dodatna opasnost od gljivica

koje izazivaju modru trulež

Hemijska sredstva koja sadrže

komponente za borbu protiv modre

truleži; specijalno impregniranje drveta

9.4. BOJE I LAKOVI

Boje i lakovi kao i ostala sredstva za premazivanje sastoje se uglavnom od četiri komponente: vezivno sredstvo,

otapalo (odnosno razrjeđicači), pigmenti i dodatni materijali.

Naravno postoje i „principijelni“ izuzeci: prozirni lakovi i temeljne boje / grundiranja nemaju pigmente. Kod

boja za cement i vapnenac pigment je već vezivno sredstvo, ukoliko želite čisto bijelu boju zidova. Specijalni

slučajevi su boje za bajcanje: one u pravilu nemaju vezivna sredstva.

Otapalo održava vezivno sredstvo i pigmente u tekućem stanju. Njegova zadaća je da nakon upotrebe ispari te

tako boja ostaje čvrsta i suha.

Vezivno sredstvo povezuje podlogu s pigmentom, dakle ima funkciju umrežavanja odnosno ljepljenja. Vezivno

sredstvo je uglavnom bezbojno.

Pigment daje bojanoj površini željene tonove boje.

Pomoćna sredstva služe npr. za konzerviranje, za stvaranje filma, za postizanje određenog elasticiteta ili

mekoće, viskoznosti (bez kapljica), sprečava stvaranje korice (još u dozi) itd.

Boje se razlikuju s jedne strane prema tome otapaju li se u vodi, mogu li se razrjeđivati vodom i sadrže li

otapala, a s druge strane prema vezivnim sredstvima. Osim toga prema funkcijama razlikujemo od drugih

uobičajenih premaza grundiranje, impregnacije i bajc-boje.

63

Neki proizvođači koriste čitav niz naziva koji se odnose na izgled gotovog premaza (prozirni lak, lazure, zlatna

bronca...) za posebne namjene (lak za prozore, lak za čamce, zidna boja...) ili neke druge osobine, na koje

proizvođač želi ukazati (lazura za deblje slojeve, boja u jednokratnom pakiranju...).

-Vezivna sredstva za boje

Postoje organska i anorganska vezivna sredstva. U anorganske se ubrajaju vapno, cement i vodeno staklo. Oni

očvrščavaju djelovanjem ugljan-dioksida iz zraka ili spojevima s vodom. Kod organskih vezivnih matarijala

razlikujemo prirodne materijale, poboljšane prirodne materijale i umjetne materijale. U prirodne materijale

spadaju ljepila na životinjskoj ili biljnoj bazi (želatina i škrob), biljna ulja (npr. laneno ulje) i smole. Ljepila su

topiva u vodi i učvršćuju se isparavanjem vode. Ulja se učvršćuju hemijski tako što poprimaju oblik smole.

Kako bi se dobro učvrstile uljne boje sadrže gotovo uvijek suhe tvari.

Poboljšani prirodni proizvodi su npr. celulozna ljepila, laneno ulje, esteri kolofonijum glicerina, celulozni

nitrati ili hlor-kaučuk. Postoje oni topivi u vodi, koji se razrjeđuju vodom kao disperzije ili u otapalima.

Većina različitih vrsta boja ipak kao vezivno sredstvo sadrži umjetne materijale. (razlika između „umjetni

materijal“ i „umjetna smola“ napravljena je dijelom i hotimično, danas oznaka „umjetna smola“ nije čak ni

dozvoljena, ali se i dalje često pojavljuje u nazivima proizvoda).

Boje s vezivnim sredstvima od umjetnih materijala nikada nisu stvarno „topive u vodi“. Tu se radi uvijek ili o

disperzijama u vodi ili o otapalima.

-Otapala za boje

Kao otapala u obzir dolaze ili voda ili upravo otapala iz općenite jezične upotrebe.

To mogu biti s jedne strane naftni proizvodi, s druge strane proizvodi iz prirodne smole. Boje na bazi otapala

jedva da se još koriste za normalnu namjenu. Primjerice boje za zidove se danas uglavnom razrjeđuju vodom.

Za razrjeđivanje boja na bazi otapala kao i za čišćenje radnog pribora koriste se odgovarajuća otapala, voda nije

prilagođena.

Sva otapala, pa i ona u prirodnim bojama štetna su po zdravlje. Pri upotrebi boja koje sadrže otapalaneophodne

su sigurnosne mjere: izbjegavanje izvora vatre, električnih prekidača, dobra provjetrenost prostorija kao i

upotreba zaštitne maske i rukavica. Obavezna je blizina uređaja za gašenje požara.

-Primjeri za pigmente

Anorganski prirodni pigmenti: kreda, umbra, grafit, terra die Sienna pečena.

Sintetski anorganski pigmenti: titan bijela, olovno-bijela, cink-bijela, antimon-bijela, crna od željeznog oksida,

cink-žuta, cink-zelena, cadmij-crvena, kobalt-plava, berlinsko plava, ultramarin, mangan-ljubičasta, kadmij-

žuta itd.

Prirodni organski pogmenti: sepia, kaselsko smeđa, indigo, hlorofil te biljni pogmenti.

Sintetski organski pigmenti: azo, dioksin, hinakridon, ftalocianin, izoindolinim, perilen, perinon pigmenti

uključivši i alkalne plave pigmente metalnih kompleksa.

-Odabir odgovarajuće boje

Boje i lakovi daju površinama i predmetima osim željene optike i čitav niz drugih važnih svojstava. Primjeri:

gladak, strukturiran, proziran, sjajan, vodootporan, postojan na atmosferilije, UV-postojan, čvrst, elastičan,

postojan na pojavu gljivica, lahko se čisti, svjetlosno postojan, sjajan itd.

Prilikom planiranja bojenja treba u pravilu voditi računa o tome da se ispune sve željene karakteristike ali da se

ne pretjera. Svaka dodatna karakteristika se u pravilu postiže i dodatnim sadržajima boje, što dugoročno

gledano može imati negativne konzekvence po zdravlje. Tako je recimo bespotrebno premazivati zidove u

dječjoj sobi zaštitnom bojom protiv plijesni i gljivica ili recimo kuhinju vodootpornom bojom za fasade.

Zahtjevi koji se postavljaju pred boje i lakove u stanogradnji kreće se od nisko do srednje vrednovanih, nikada

to nisu visoki zahtjevi. Jedini izuzetak čini možda dječja soba, koja je recimo zbog igre i skakanja podložnija

habanju materijala. Unatoč tomu treba težiti upotrebi što je moguće više prirodnih proizvoda.

-Grundiranje/osnovni nalič

Pod grundiranjem podrazumijevamo općenito sredstva za premazivanje, kojima se tretira podloga, prije nego se

nanese prvi sloj boje ili ljepila. Grundiranje dakle nije isto što i temeljna boja.

64

Grundiranje priprema podlogu za premazivanje prvim slojem, tako što je učvršćuje, reducira sposobnost

upijanja cijele površine na jedinstvenu mjeru te osigurava dobru sposobnost prijanjanja sljedećih slojeva.

Na drvo se tako nanosi podloga koja blokira izlučivanje smole, kako ne bi uništavala sljedeće slojeve premaza.

Takvo grundiranje sadrži otapala i vezivna sredstva.

Na beton i gips se nanose dubinska grundiranja, koja prodiru duboko u pore te reduciraju sposobnost upijanja

podloge. Takva sredstva za grundiranje u pravilu sadrže veliku koncentraciju otapala.

-Grundiranja moraju naravno biti kompatibilna s premazima, primjerice:

1. premaz adekvatno grundiranje

2. disperzivne boje disperzivna boja razrjeđena vodom

3. boje za vapno i cement voda

4. boje za ljepila otopina ljepila razrjeđena vodom

5. nitro-lakovi i boje nitro-podloga na drvetu.

Voditi svakako računa o uputama za upotrebu svakog pojedinog proizvoda.

Opasni sastojci mogu biti otapala, razjeđivači nitro spojevi.

9.5. ZAŠTITNE BOJE ZA DRVO

Zaštitne boje za drvo štite od pojave plijesni, dijelom i pojave štetočina odnosno jednostavno od utjecaja

atmosferilija (vanjsko područje). U gradnji se najčešće strahuje od pojave gljivica, primjerice penicilije,

aspergilije. Pojavljuju se uvijek tamo gdje postoje pogodni uvjeti za njihov razvoj a to su najčešće dva osnovna

preduvjeta:

1. Odgovarajuća podloga, uglavnom ona koja sadrži celulozu (drvo, tapete)

2. Dovoljna količina vlage.

Odgovarajuća podloga se može naći skoro svuda, zato je vlaga presudni faktor. Zato ako želite izbjeći pojavu

plijesni svakako trebate najprije ukloniti izvore vlage. U unutrašnjem prostoru se kao izvori povećane vlažnosti

navode loše provjetravanje, loše izolirani zidovi, mostovi hladnoće. U vanjskom području loša zaštita od

vremenskih utjecaja vodi do trajnog vlaženja građevinskih materijala.

Drvena konstrukcija ispod krova se mora zaštiti ne samo protiv insekata i plijesni, svakako se moraju nanijeti i

dopuštena zaštitna sredstva za drvo na bazi bornih soli. U svim ostalim slučajevima treba izbjeći pojavu

plijesni:

1. Prilagođenim grijanjem i provjetravanjem

2. Uklanjanjem mostova hladnoće

3. Adekvatnom toplinskom izolacijom.

Uobičajena sredstva za uklanjanje plijesni koja se mogu naći na tržištu na bazi hlornih lužina ili kvarternih

spojeva amonijaka predstavljaju samo kratkoročnu zaštitu od pojave plijesni, ali sa sobom povlače i dugotrajne,

intenzivne mirise. Plijesan će se pojavljivati uvijek iznova, sve dok se ne uklone uzroci. Učinkovita su i

bezopasna kućna sredstva kao špiritus i aktivni kisik (ali i tu vrijedi pravilo: zaštitne rukavice, dobro

provjetravanje za vrijeme i nakon upotrebe!).

Premazi koji nude zaštitu od pojave plijesni i gljivica sadrže dijelom organske fungicide, čije je djelovanje

upitno po zdravlje. Uostalom boje na bazi vode sadrže vrlo mali udio fungicida, koji ne podliježe obavezi

deklariranja. Taj dodatak se obično označava kao konzervans, koji ne služi za zaštitu u građevini, već kao

konzerviranje otvorenog pakiranja boje.

Pod „štetočinama“ se u građevinarstvu podrazumijevaju prije svega insekti (i njihove larve). Insekti mogu

nanijeti drvetu značajna oštećenja. Odgovarajućom zaštitom premazivanjem napadi insekata se mogu

djelotvorno spriječiti. Sve negdje od 1990. godine su zaštitna sredstva za drvo sadržavala za ljude ekstremno

otrovne supstance (npr. PCP i lindan). Kasnije su one zamjenjene manje opasnim supstancama.

Uostalom krenulo se najprije od zaštite drveta u unutrašnjim prostorijama, jer uz normalnu higijenu i

provjetravanje insekti koji štete drvetu nisu nikakav problem. Konstruktivna zaštita drveta se međutim koristi i

u vanjskom području.

Ta građevinska tehnika se bazira na činjenici da se određene vrste drveta postavljaju na odgovarajuće pozicije,

kako bi se zaštitom od atmosferilija spriječio prodor vlage.

65

Najpoznatije sredstvo za zaštitu od insekata u građevinarstvu jeste primjerice „Hyladecor“, u bivšem DDR-u

poznat kao „Hylotox“.

Protiv crva u drvetu se uspješno primjenjuje postupak „vrućim zrakom“. Ugroženi komad namještaja se smješta

u posebnu komoru te se pod kontroliranim uvjetima izlaže toplini.

Takav sličan postupak se može primjeniti i na veće građevinske dijelove napadnute crvima (npr. stropne grede).

Troškovi su naravno veliki, jer se zagrojavanje mora obaviti u kući. To je jedini način eliminacije crva bez

upotrebe po zdravlje štetnih otrova. U manjim područjima može biti uspješna strpljiva upotreba vemtilatora sa

toplim zrakom.

U vanjskom području se zaštita od vremenskih utjecaja nanosi primjerice i iz dekorativnih razloga. Primjena iz

zdravstvenih razloga je ovdje manje kritična, jer je uvijek pretpostavka „dobro provjetravanje“. Prekomjerna

upotreba, npr. bojanje ograde svake godine svakako nije potrebno. Tako se ne postiže produženje roka trajanja.

Prema mogućnostima koristite što više proizvode bez štetnih supstanci.

-Opasni sastojci

Štetni sastojci u sredstvima za borbu protiv insekata su pored otapala i benzalkonijev hlorid, dihlofluanid,

organski spojevi kositra, furmecicloks (ranije poznat kao PCP). Sredstva koja se baziraju na solima borne

kiseline i vodi ne pokazuju sklonost emitiranju otrovnih tvari te imaju svakako prednost kod upotrebe.

-Zaključak

Kod nosivih dijelova kod kojih je zaštita zakonski propisana, obavezno koristiti proizvode na bazi bornih soli.

Izbjegavati proizvode koji sadrže otapala, hlor, te kvarternarne spojeve amonijaka. Možete se pokušati riješiti

plijesni sredstvima iz domaćinstva.

-Lazure

Lazure su zbirni pojam za boje i lakove, kod kojih je udio koji daje boju (pigmenti) tako mali da se prilikom

ličenja površine ne postiže boja, nego samo toniranje. Struktura površine je vidljiva. Isto tako je mali udio

veziva, tako da prilikom laziranja nastaje vrlo tanki zaštitni sloj. Lazirano drvo ostaje porozno. Lazure se

nanose na gotovo sve podloge, ali ipak najviše na drvo i beton.

-Sirne boje

Sirne boje se sastoje od posnog sira, mramornog brašna i boraksa, nisu otrovne i kompositiraju se bez

problema. Sirne boje od sira i vapna su stoljetno sredstvo za ličenje, koje se još može naći na crkvama i starim

zgradama. Moderne sirne boje nude se danas na tržištu kao prah u papirnatim vrećicama, te se tako mogu

mješati s vodom na licu mjesta.

Dobro se drže na grubim vlaknima i tapetama, ali i na zidnim obložnim pločama, žbuki i na starim disperzivnim

bojama.

Kao podloga nisu odgovarajući uljni premazi, premazi od plastičnih masa kao i druge površine koje nemaju

higroskopna svojstva. Ove boje postojane su na čišćenje i pranje dodavanjem lanenog ulja.

Nedostatak sirnih boja je njihova ograničena postojanost, bez sredstava za konzerviranje sklone su pojavi

plijesni te tako nisu pogodne za kupaonice, kuhinje i vlažne podrume.

-Lakovi

Lakovi su tekuće supstance ili supstance u obliku čvrstog praha, koje se u tankom sloju nanose na površine, te

nakon hemijske reakcije i/ili fizikalnih promjena stvaraju čvrsti fil na objektu, a koji ima zaštitnu ali i

dekorativnu funkciju.

Pri tome je prijelaz u boje kontinuiran. Kod lakova je u prvom planu komponenta koja oplemenjuje, štiti i

učvršćuje površinu.

-Različite vrste lakova (prema sastojcima)

1. Vodeni lakovi su disperzivna sredstva za ličenje, koja se miješaju sa vodom; slični su disperzivnim

bojama; pogodni posebno za drvo i metal

2. Uljni lakovi sadrže osim umjetnih i prirodne smole i uljna veziva

3. Nitro-celulozni lakovi imaju visok udio otapala: učvršćeni slojevi se mogu opet ukloniti odgovarajućim

otapalima

66

4. Šelak je prirodni proizvod i bio je uopće prvi lak na tržištu. Dobiva se iz šelak vaši (parazitni insekti).

Koriste se kao vezivo za lakove. Kao otapala dolaze u obzir sentetski i prirodni materijali. Osušeni šelak

nije opasan po zdravlje, dok upotrebljena otapala mogu biti manje ili više štetna po zdravlje. S

ekološkog aspekta prednost svakako treba dati prirodnim otapalima.

5. Poliuretan lak (DD-lakovi) sastoji se od dvije komponente koje međusobno reagiraju, koje su nakon

mješanja i nanošenja vrlo čvrste i otporne na habanje. I proizvodi bez otapala i proizvodi koji sadrže

otapala su jako štetni po zdravlje.

6. Lakovi na bazi poliesterskih smola i lakovi na bazi epoxi smola su također dvokomponentni lakovi, koji

se suše u jako čvrste slojeve i otrovni su prilikom upotrebe.

7. Lakovi na bazi umjetnih i alkidnih smola sadrže i do 50 % udjela otapala te tako teško opterećuju zrak

za vrijeme upotrebe, ali zbog dobre volatilnosti sastojaka se to opterećenje brzo reducira.

Uvozni lakovi mogu sadržavati pigmente teških metala, njemački proizvodi svakako ne.

8. Akrilni lakovi su disperzivni lakovi, koji su osobito postojani na djelovanje atmosferilija.

9. High Solid lakovi posjeduju visoki udio krutih tvari od najmanje 80 %. Udio otapala je nizak i kreće se

oko 10 % do 20 %. Kako oni formiraju izrazito debeli sloj laka pogodni su za područje kućne radinosti,

npr. za okvire prozora, za radijatore i sl. Nasuprot nitro lakovima i lakovima na bazi umjetne i alkidne

smole opterećuju prostor u znatno manjem opsegu i nisu štetni po zdravlje.

10. Lakovi na bazi prirodne smole proizvode se od materijala biljnog ili životinjskog porijekla. Zbog

relativno visokog sadržaja organskih otapala od oko 60 % također su štetni za očuvanje okoliša.

Primjerice limunska kiselina, koju sadrži ulje iz kore citrusa može izazvati glavobolju i iritaciju

sluzokože.

Lakovi se ne razlikuju samo prema otapalima i vezivima, već i prema drugim kriterijima u svakodnevnom

životu.

-Nekoliko primjera:

Način aplikacije: npr. lak za uranjanje, lak za izlijevanje

Vrsta premata: npr. pokrivni lak, jednoslojni lak, punilo, grundiranje, predlak

Primjena: npr. auto lak, lak za čamce i brodice, lak za podove, lak za radijatore, lak za drvo, lak za ličenje itd

Način sušenja: ugrijavanjem, na zraku, hladno stvrdnut itd

Upotreba i posebna svojstva: npr. lak postojan na hemikalije, lak postojan na kiseline, elektroizolacijski lak,

elektrovodljivi lak, lak za zaštitu od rđe, mat-lak, prozirni lak, transparentni lak, lak s efektima itd.

-Upute za upotrebu

Kod dvokomponentnog laka treba biti posebno oprezan. Osjetljive osobe ne bi smjele raditi s takvom vrstom

laka. I kod drugih lakova vrijede iste sigurnosne mjere opreza kao i kod disperzivnih boja.

Voditi računa o upustvima proizvođača!

-Mogući štetni sastojci:

1. Azo-boje

2. Esteri

3. Sredstva za protupožarnu zaštitu

4. Fungicidi

5. Insekticidi

6. Plastične mase

7. Otapala

8. Teški metali

9. Terpeni

-Boje na bazi ljepila

Boje na bazi ljepila sadrže ljepila koja se otapaju u vodi (ljepila i u pravilu celulozna ljepila) kao veziva, koja

prilikom sušenja ne gube svoje svojstvo topivosti u vodi.

Dakle, premaz ostaje osjetljiv na vlagu i vlažnost, ali se zato dobro čisti. Još su u antičko doba Egipćani koristili

ljepilo iz kostiju kao vezivo za boje, a s obzirom na suhu klimu dokazao se pouzdanim i u vanjskom području.

Danas se boje na bazi ljepila proizvode miješanjem cink-bijele, krom-žute, krom-zelene, ultramarin-plave ili

sličnih kako u sintetska tako i u prirodna ljepila.

67

-Upute za upotrebu

Boje na bazi ljepila nude se danas na tržištu kao prah (podijeljen na ljepilo i pigmente), kao vlažno ljepilo u

obliku paste, kojem se još treba dodati pigment ili kao već gotova boja spremna za ličenje. Ukoliko želite samo

koristiti boje na bazi ljepila, najprije u vodi rastvorite pigmente, prije nego zasebno otopite ljepilo u vodi.

Nakon 30 minuta snažno promiješate ljepilo, prije nego se pomiješa sa pigmentima.

Preko boja na bazi ljepila se ne mogu postavljati tapete niti se preko njih može ličiti drugim bojama.

Pribor za rad se pere vodom.

-Zaključak

Boje na bazi ljepila ne sadrže otapala i nisu otrovne. Pogodne su za ličenje suhih unutrašnjih prostora, ali ne za

kupaonice i kuhinje.

Prednost dajte svakako proizvodima na bazi prirodnih materijala!

-Uljne boje

Uljne boje su sredstvo za ličenje, kod kojih (prirodna ili sintetska) ulja, vosak ili smola služe kao vezivno

sredstvo. Kao otapala dolaze u obzir sintetska (test benzin) ili prirodna (npr. balzam-terpentinsko ulje ili ulje

dobiveno iz limunske kore). Kao pigment mogu se koristiti kreda ili vapno.

U pravilu se uljne boje nude od prirodnih proizvoda, tada se nazivaju lakovi od prirodnih smola. Mogu se

koristiti za vanjsko i unutrašnje ličenje, jer nisu topive u vodi, samim time su postojane na vremenske utjecaje.

Ukoliko su proizvedene od prirodnih sastojaka imaju prednost s ekološkog aspekta, jer se za vrijeme njihove

proizvodnje, upotrebe i uklanjanje otpada ne emitiraju štetne tvari. Također nisu potrebni konzervansi.

Upotrebljena otapala međutim nisu automatski bezopasna po zdravlje. Citrusna ulja naime izazivaju alergije.

-Upute za upotrebu

Voditi računa o uputama proizvođača. Izbjegavati kontakt s kožom. Uljne boje se suše jako sporo, zato se

ličene prostorije mogu koristiti tek nakon razdoblja sušenja koje traje od jednog do nekoliko tjedana.

-Zaključak

Uljne boje na prirodnoj bazi predstavljaju doprinos zaštiti okoliša: osobe sklone alergijama moraju pri upotrebi

postupati oprezno, te pustiti da se boja dobro osuši, dok ne nestane miris limuna.

-Opasni sastojci:

1. Otapala

2. Terpeni

68

10. HIDROSFERA

69

Sveukupne zalihe vode na Zemlji iznose 26,6 triliona tona (u litosferi 94,7 % -vezana za minerale i u hidrosferi

5,3 % -vodenom omotaču-mora, okeani, jezera i rijeke).

Najveće količine međusobno povezane vode su mora i okeani (zauzima 70,84 % površine Zemlje). Dubine im

premašuju visine najvećih planina.

Količina slatke vode (u odnosu na mora i okeane) je mala, nalazi se na oko 0,4 % površine planete i predstavlja

1,0 % površine kopna. Voda je u tlu vezana kapilarnim silama, a postoje i podzemne rijeke.

Količina biološki vezane vode (biljke i životinje) je neznatna u odnosu na spomenute pojavne oblike.

Kruženje vode u prirodi objašnjeno je njenim „velikim“ i „malim“ kruženjem vode.

10.1 KRUŽENJE VODE U PRIRODI

Voda mora i okeana, kopna i atmosfere se pod uticajem toplotne energije Sunca i Zemljine teže nalazi u

stalnom kruženju. Pojavom života na Zemlji kruženje vode postalo je složenije (običnoj pojavi fizičkog

isparavanja vode priključio se proces biološkog isparavanja – evapotranspiracija koja je vezana za životne

aktivnosti biljaka i životinja).

Pojavom čovjeka kruženje vode se dodatno usložnjava. Isparavanjem vode sa površine Zemlje u volumenu od

525 000 km3 obrazuje se atmosferska voda u obliku vodene pare.

Pošto se ohladi u gornjim slojevima atmosfere vodena para se kondenzuje uz formiranje sitnih kapljica vode ili

kristala leda, koji se pod djelovanjem Zemljine teže vraćaju na Zemlju u vidu atmosferskih padavina.

Isparavajući sa površina mora i okeana i vraćajući se u vidu padavina na njihovu površinu voda ostvaruje malo

kruženje u prirodi.

U slučaju kad padavine dospiju na površinu kopna, jedan dio dospijeva u rijeke i jezera, a veći dio filtracijom

kroz tlo obogaćujući se mineralnim i organskim tvarima obrazuje podzemne vode. Oticanjem, površinske vode

također dospijevaju u rijeke i tako se vraćaju u mora i okeane.

Tako se zatvara veliko kruženje vode (mada veća uloga pripada malom kruženju od 411 600 km3, a velikom

113 500 km3 vode).

Pri opisanim procesima ukupna količina vode na Zemlji ostaje stalna, pa se čini da je voda neiscrpni resurs, po

tome se ona razlikuje od drugih resursa kao što su minerlne sirovine. Međutim, svakim danom se ostvaruje sve

veći gubitak pitke vode zarad otpadne i zagađene vode, pa je otuda neodrživa teza da je voda na planeti Zemlji

neiscrpan resurs.

Procjenjuje se da se voda (para) atmosfere obnavlja svakih 10 dana, riječne vode u prosjeku svakih 11 dana, a

vlaga tla se obnavlja godišnje. Najsporije se voda obnavlja u podzemnim vodama, močvarama, jezerima i

lednicima.

Nauka koja izučava vodeni omotač Zemlje (hidrosferu) i kruženje vode u prirodi (hidrološki ciklus) naziva se

HIDROLOGIJA.

Hidrologija se dijeli na:

1. Okeanografija (izučava mora i okeane)

2. Limnologija (izučava jezera)

3. Potamologija (nauka o rijekama i potocima)

4. Hidrogeologija (izučava podzemne vode)

5. Hidrometeorologija (izučava atmosferske vode)

6. Glaciologija (nauka o lednicima)

Padavine na kopno stvaraju resurse površinskih voda. Oni su osnovni izvor nastajanja slatkih voda od kojih su

99,2 % lednici, 0,73 % jezera i 0,05 % močvare.

AKVATIČNA HEMIJA je grana hemije životne sredine koja se bavi izučavanjem hemijskih fenomena

prirodnih voda (potoci, rijeke, jezera, podzemne vode, atmosferska voda, vode tla, stijena i živih organizama).

70

10.2. SVOJSTVA VODE

Voda je jedna od najjednostavnijih i najrasprostranjenijih tvari u prirodi čija su fizička i hemijska svojstva

poznata čovjeku. Neka svojstva vode su jedinstvena i zbog njih voda ima bitnu ulogu za održavanje života na

planeti Zemlji.

-Gustina vode

Kod većine tekućina sa porastom temperature opada njihova gustina, a kod vode gustina raste do max na +4,0°

C, a tada opada. Tako čvrsta voda-led pliva po površini tečne faze.

Manja gustina leda se objašnjava promjenom u strukturi molekule vode →pri smrzavanju dolazi do širenja, a ne

skupljanja vode.

U prirodi ta pojava prouzrokuje niz važnih efekata za okolinu i ekosistem (usitnjavanje stijena širenjem leda u

pukotinama).

Ta pojava ima značaj za očuvanje života u vodenim ekosistemima (jezera i močvare). Kad bi se voda vladala

kao većina tekućina, jezera bi mrznula ispod 0° C od dna prema površini.

Međutim, zimi se na dnu jezera zbog veće gustine skaplja sloj vode na +4°C, smrzava se samo površinski sloj –

manje gustine. Ljeti se dešava obrnut proces. Ljeti, površinske vode se zagriju iznad temperature od 277 K

(smanji se gustina), a hladnija, teža frakcija spusti na dno.

Granični sloj između tople i hladne zone se naziva TERMOKLINA.

U proljeće i jesen, naizmjeničnim grijanjem i hlađenjem površinskih slojeva vode dolazi do izjednačavanja

temperature unutar jezera, što omogućava vertikalno miješanje. Rastvoreni kisik i hranljive tvari se uniformno

raspoređuju u jezerskoj vodi.

U toku ljeta ribe i ostali organizmi se zadržavaju u hladnijem dijelu jezera.

Ulijevanje toplih industrijskih voda u zatvorene vodene sisteme može prouzrokovati termalno zagrijavanje,

koje uspori ili potpuno spriječi miješanje vode u jezerima u jesan. To može hladniji dio jezera prevesti u

anaerobnu zonu sa velikim posljedicama za živi svijet.

-Polarnost vode

Molekula vode je vrlo polarna (zbog tipa veze), kovalentne. U njoj se otapaju jonski i polarno-kovalentni

spojevi. U njoj se joni hidratišu –okružuju molekulama vode.

Voda posjeduje veliku dielektričnu konstantu vrijednosti od D = 80. Hranljive tvari se vodom lahko prevode u

rastvorne forme, pristupačne oblike za biljnu ishranu korijenovim sistemom.

-Površinska napetost vode

To je neobično važno fizičko svojstvo vode. Zbog vodikove veze među molekulama vode one su čvrsto vezane

među sobom, pa je teško probiti površinu tečne vode (ljeti insekti plutaju po vodi).

Površinska napetost se ogleda u kapilarnosti vode. U kapilarama malog prečnika voda se penje prema gore

biljnim uskim sudovima. Tako se omogućava transport hrane te razvoj i rast biljaka.

Voda se u tlu zadržava u malim pukotinama između čestica tla i to je rezervna voda.

-Termalno svojstvo vode

Voda posjeduje veliki toplotni kapacitet 75,5 J/mol K što omogućava akumulaciju (skladištenje) te količine

toplote uz minimalnu promjenu temperature.

Voda posjeduje i veliku termalnu provodljivost što omogućava brz prelaz toplote sa ili na susjedne tvari.

Visoka vrijednost toplote topljenja 6,0 kJ/mol i toplote isparavanja 44,1kJ/mol je posljedica strukturnih

svojstava leda odnosno tečne vode, za što je odgovorna vodikova veza.

Zbog ovih termalnih svojstava vode toplokrvnim organizmima sa uskom temperaturnom oblasti (36 -37°C) ona

predstavlja svojevrstan termostatski sistem. Metabolizmom, toplota hemijske reakcije se prenosi na vodu u krvi,

a sa njome po cijelom organizmu.

Pri porastu temperature dolazi do znojenja i odavanja-transporta energije na okolinu pri čemu se održava

optimalna temperatura, toplokrvnih životinja pa i čovjeka.

71

Sunčeva se nergija djelimično pohranjuje u vodi ili u procesima njene fazne promjene (promjene agregatnih

stanja vode), tako se sprječavaju velike temperaturne fluktuacije u biosferi.

Iznad velikih vodnih površina na Zemlji temperatura rijetko kad padne ispod 0°C, a to je zbog oslobađanja

toplote topljenja vode.

Voda izaziva modifikaciju klima prenosom toplote atmosferskom vodom ili strujanjem. Tako Golfske struje u

Atlanskom okeanu ublažavaju klimu zapadne Evrope. Temperature Zapadne Evrope su zimi mnogo više od

očekivanih prema geografskom položaju.

10.3 KRITERIJI KVALITETA VODE

Potpuno čiste vode u prirodi nema zbog njenog kružnog toka i stalnog kontakta sa polutantima iz različitih sfera

okoliša. U njoj se otapaju razne tvari: plinovi iz atmosfere i tla, mineralne tvari, mikroorganizmi, radioaktivne

tvari...

Otapanjem CO2 u vodi pH se smanji. Voda postaje kiselija i agresivnija, lakše otapa mineralne tvari iz stijena i

tla.

Površinske vode proticanjem kroz tlo otapaju razne sastojke i tako ih odnose u mora i okeane.

Morska voda sadrži otopljene gotovo sve elemente periodnog sistema (3,5 % mineralnih soli, a od toga najviše

NaCl – 2,7 %). Količina otopljenih tvari u vodi ovisi od njenog porijekla.

Meteorološka (atmosferska) voda: je relativno najčistija, bljutavog je ukusa jer sadrži malo mineralnih tvari,

djeluje kao prečistač atmosfere jer iz nje otapanjem uklanja mnoge polutante. Uočena je korelacija sadržaja

polutanata u kiši koja je pala i zraku prije padavina.

Površinske vode (rijeke, jezera, akumulacije i močvare): bogatije su mineralnim tvarima zbog dužeg kontakta

sa tlom kojim teku ili na kojima leže. Ukusnije su za piće, ali mogu biti kontaminirane zbog ispiranja terena ili

izlivanja u njih gradskih i industrijskih otpadnih voda. To zagađivanje se manifestuje obojenošću, mutnoćom,

mirisom i ukusom vode.

Vode promjenljivog protoka i vodostaja nisu pogodne kao izvori pitke vode, pogodnija su jezera i akumulacije

jer je voda u njima konstantnog sastava.

Podzemne vode: su vrlo kvalitetan izvor pitke vode. Bez mirisa su, konstantnog su sastava i ima ih u dovoljnim

količinama. Mogu se koristiti direktno za piće.

Izuzetno vode sa velikih dubina mogu sadržavati: CO2 (kiseo ukus), Fe (metalni ukus), Na2SO4 i MgSO4 (gorak

ukus), NaCl (slan ukus), H2S i naftu.

10.4. OTPADNE TVARI U VODI

Mnogi produkti ljudske aktivnosti završe direktno u vodama ili indirektno iz zraka i tla.

Zagađene vode su one koje ne mogu podnijeti sav otpad odložen u njih.

Zagađenja koja mogu dospijeti u vode su:

1. Gradska otpadna voda: izaziva veliku potrošnju rastvorenog kisika iz vode (zbog raspada organskih

tvari), neprijetnog su mirisa, ukusa i imaju intenzivnu boju.

2. Infektivna sredstva: bakterije i drugi mikroorganizmi izazivaju oboljenja ljudi i životinja.

3. Mineralna gnojiva: koja sadrže N, P, K kao makrohranidbene elemente stimulišu rast vodenog rastinja –

posebno algi, narušava se postojeća ravnoteža preko intenzivnog rasta biomase. Raspadom organske

tvari povećava se BPK (biohemijska potrošnja kiseonika). Obogaćivanje vode hranljivim tvarima se

nativa EUTROFIKACIJA vodenih rezervoara.

4. Organske tvari: deterdženti, pesticidi, organski proizvodi i produkti njihove razgradnje često su vrlo

otrovne i teško biološki razgradive i mnoge od njih čovjeku još uvijek nepoznate (od 250 vrsta pesticida

može nastati 500 različitih štetnih rezidua).

5. Anorganske tvari i minerali: dospijevaju u vodu putem gradskih i industrijskih otpadnih voda. Neke od

njih su vrlo otrovne (teški metali) i onemogućavaju upotrebu vode za piće i industrijske svrhe.

6. Radioaktivne tvari: dospijevaju u vodu iz raznih izvora, rudnika uranija i torija, nuklearki, različitih

industrija, medicinskih i naučnih ustanova.

72

7. Toplota: mnoga industrijska postrojenja zahtijevaju velike količine vode za hlađenje. Zagrijana i

ispuštena nazad u vodotoke ta voda povisuje temperaturu okoline vode za nekoliko stepeni. Nastaju

negativni efekti za akvatični svijet jer smanjuje se količina rastvorenog kisika.

10.5. FIZIKALNI KRITERIJI KVALITETA VODE

Zbog promjene kvaliteta vode, potrebno je imati kriterijume kvaliteta vode, neke od parametara vode na osnovu

kojih bi se procijenio kvalitet vode.

Za ocjenu kvaliteta vode potrebno je poznavati fizikalne, hemijske i biološke parametre za vodu, na osnovu njih

zauzima se stav o kvalitetu vode i njenoj upotrebljivosti u određene svrhe.

Fizikalni pokazatelji se relativno brzo i lahko određuju i služe za grubu ocjenu kvaliteta vode.

-Temperatura

Mjerenje temperature vode pri njenom uzorkovanju. Ovaj parametar je bitan i za niz drugih određivanja kao što

su: zasićenje vode rastvorenim kisikom, biološka aktivnost, alkaliteti (p i m), salinitet vode...

Kontinuirano mjerenje temperature vode je često neophodno zbog procesa proizvodnje i proračuna prenosa

toplote. Porast temperature vode iznad normale indicira prisustvo industrijskih otpadnih voda – posebno vode

korištene za hlađenje postrojenja u mnogim industrijskim granama. Pad temperature vode indicira prisustvo

izvora dubinske podzemne vode.

Temperatura vode je bitna za njeno prečišćavanje. Efikasnost prečišćavanja otpadnih voda bitno ovisi od njene

temperature, jer utiče na brzinu odvijanja pojedinih hemijskih reakcija kojima se to prečišćavanje ostvaruje

(koagulacija, brzina filtriranja, hloriranje vode...).

Visoke ili niske temperature za pojedine vrste vodenih organizama postaju latentne-kritične za opstanak života.

Mjerenje temperature se vrši sa živinim termometrom sa malim toplotnim kapacitetom zbog bržeg

uspostavljanja toplotne ravnoteže.

Glavne negativne posljedice porasta temperature prirodnih voda su:

1. Povećanje brzine hemijskih reakcija

2. Opadanje rastvorljivosti važnih plinova (O2)

3. Ubrzavaju se relacije metabolizma vodenih organizama →veća potrošnja O2→ugibaju živi organizmi

4. Općenito se povećava toksičnost metala

Korisni efekti povećanja temperature prirodnih voda su:

1. Opadanje gustine i viskoznosti vode

2. Povećana isparljivost vode

3. Suspendovane tvari se lakše i brže talože

4. Ako količina rastvorenog O2 nije znatnije smanjena →ubrzava se rast i razvoj vodenog svijeta

→posebno u velikim vodenim bazenima (jezera i mora)

Temperatura vode se ciklično mijenja sa smjenom dana i noći i sa klimatskim sezonama.

-Miris i ukus vode

Miris vode potiče od isparljivih tvari, određuje se pri uzorkovanju vode i uz zagrijavanje.

Na osnovu mirisa vode određuje se:

1. Pogodnost vode za piće

2. Estetska vrijednost vode

3. Rekreaciona vrijednost vode.

Miris vode prouzrokuje, većina u njoj rastvorenih organskih i anorganskih tvari. Npr. H2S-daje miris na

pokvarena jaja ili miris truleži potiče od razgradnje organske tvari.

Realan indikator mirisa vode je ljudski nos, a ukusa vode –čulo ukusa- jezik. Njihovo određivanje je krajnje

subjektivno i ovisi od ispitivača.

Određivanje ukusa vode je jednostavnije jer se ukus vode dijeli na nekoliko jasno definisanih kategorija: slatko,

slano, kiselo i gorko.

73

-Boja vode

Čista voda je bezbojna, a u debelom sloju poprima plavičastu boju. Istinska boja vode potiče od otopljenih

otpadnih tvari u njoj i određuje se na filtratu.

Primjetna boja vode potiče još i od koloidnog suspendovanog materijala, određuje se na nefiltriranom uzorku

vode.

Boja vode se određuje vizuelno upoređivanjem boje uzorka sa rastvorima neke tvari tačno definisane

koncentracije i najčešće se koristi metoda sa platinum-kobalta.

Kao jedinica boje uzima se boja rastvora 1,0 mg/l platine u formi hloro-platinata (PtCl42-

), koji sadrži određenu

količinu rastvorenog CoCl2 x 6H2O.

Intenzitet se označava kao: bez boje, slabo obojeno, obojeno i jako obojeno.

Voda za piće mora biti bezbojna kao i voda za mnoge industrije koje se koriste kao sirovina direktno u procesu

proizvodnje (industrija papira, prehrambena industrija...).

Prirodne vodu su obojene žućkasto i ta boja potiče od huminskih kiselina iz tla, ili imaju crvenkasto smeđu boju

od spojeva željeza i mangana.

-Mutnoća vode

Mutna voda je nepogodna za piće i mnoge industrije. Koloidno rastvorene i organske i anorganske tvari daju

vodi mutnoću. Zamućenje vode može biti prirodno od nanosa gline, pijeska i mulja poslije velikih kiša ili

vještačko od ulijevanja neprečišćenih gradskih i industrijskih otpadnih voda.

Mutnoća vode je posljedica optičke aktivnosti koloidno otopljenih čestica jer se direktno ulazno svjetlo rasipa i

apsorbuje na u vodi prisutne čestice.

Metode za određivanje mutnoće se temelje na mjerenju intenziteta raspršenog svjetla u odnosu na neku

standardnu referentnu suspenziju. Otopina silikatne zemlje je najčešće referentna suspenzija koja predstavlja

etalon mjerenja.

Mutnoća se može mjeriti nefelometrijski, mjeri se intenzitet raspršenog svjetla pod pravim uglom u odnosu na

upadnu zraku.

-Rezidualne čvrste tvari u vodi (isparni ostatak)

Količina tvari koja zaostane nakon isparavanja vode nazivamo ukupni rezidualni ostatak ili ukupni isparni

ostatak. Određuje se isparavanjem definidanog volumena homogeniziranog uzorka vode (100 cm3), uz

umjereno zagrijavanje. Ostatak nakon isparavanja se suši na 105°C do konstantne mase. Na kraju se vrši

proračun:

Ukupni ispareni ostatak = most x 1000 x 10 / 100 (mg/l)

Određivanje isparenog ostatka vode se vrši na isti način, ali se homogeniziran uzorak vode prethodno profiltira,

a za analizu se uzima 100 ml filtrata.

Nefiltrirajući ostatak (ostatak na filteru) se određuje gravimetrijski →vaganjem filtera prije filtriranja i nakon

filtriranja, sušenja (105° C) i dovođenja do konstantne mase

Nefiltrirajući ostatak = most x 1000 x 10 / 100 (mg/l)

Određivanje ostatka nakon žarenja se vrši također gravimetrijski, žarenjem isparnog ostatka na t = 600 – 700°C

do konstantne mase, a rezultat se iskazuje u mg/l.

Izračunati gubitak žarenjem (razlika između isparenog ostatka i ostatka nakon žarenja) daje grubi uvid u sadržaj

organskih (volatilnih) tvari u vodi, iako na temperaturi žarenja isparavaju i neke anorganske tvari (karbonati).

-Transparentnost vode

Fizikalni parametar kvaliteta vode, pokazatelj kvaliteta vode blisko povezan sa bojom vode i ukupnim isparnim

ostatkom. Može se mjeriti instrumentacijski preko spektralne karakteristike vode.

Najčešće se određuje Secchi (Seki) diskom. To je bijeli disk promjera 20 cm koji se zaranja u vodu u sjeni.

Transparentnost se definiše kao srednja vrijednost dubine vode pri kojoj bijela boja diska iščezava iz vidnog

polja prilikom njegovog uronjavanja u vodu ili se javlja u vidnom polju dizanjem iz dubine vode.

Na vrijednost transparentnosti utiče: koncentracija rastvorenih tvari, suspendiranih tvari i apsorpciona svojstva

vode.

74

Vrijednost transparentnosti se kreće od nekoliko cm u mutnim vodama do 40 m u veoma čistim i bistrim

vodama.

-Provodljivost vode

Zbog prisustva jona u vodi, voda posjeduje svojstvo provođenja električne energije, što nazivamo provodljivost.

Nosioci električne struje u otopinama su prisutni joni. Osnavna jedinica za iskazivanje provodljivosti je Simens

(S) ili Ohm Ω-1

po jedinici dužine.

Mjerenje se vrši mjerenjem otpora između dvije elektrode zaronjene u uzorak vode na definisanoj udaljenosti, a

najčešće 1 cm. Rezultat se iskazuje u μS / cm.

Pri mjerenju provodljivosti kontroliše se temperatura jer provodljivost raste sa temperaturom otprilike 2 % / °C.

Provodljivost direktno ovisi od koncentracije otopljenih tvari:

Provodljivost = K x (otopljene tvari)

K –poprima vrijednost od 0,55 – 0,90 u ovisnosti od prirode tvari i od temperature mjerenja

-svježa destilovana voda ima provodljivost od 0,5 – 2,0 μS / cm,

-voda za piće ima provodljivost od 50 – 1500 μS / cm,

-otpadne vode imaju provodljivost veću od 10 000 μS / cm.

10.6. HEMIJSKI POKAZATELJI KVALITETA VODE

Hemijski pokazatelji kvaliteta vode su generalno specifičniji i korisniji za trenutnu procjenu kvaliteta vode od

fizikalnih pokazatelja. Postoji veliki broj hemijskih parametara za vodu, ali je poželjno prvo odrediti opće

hemijske pokazatelje koji se odnose na otopljene tvari u vodi.

Hemijsko ispitivanje se sastoji iz određivanja: pH vrijednosti, alkaliteta, aciditeta, slobodne ugljične kiseline,

prolazne i ukupne tvrdoće, hlorida, aktivnog hlora, fluorida, sulfata, nitrita, nitrata, amonijum-jona,

albuminoidnog azota, kalcijuma, magnezijuma, željeza, mangana, biohemijske potrošnje kisika poslije pet dana

(BPK), organske tvari-utroška kalijum-permanganata i relativne stabilnosti. Pored ovoga mogu se ispitivati i

mnogi drugi sastojci vode, zavisno od toga za kakvu upotrebu voda treba da služi.

Kod industrijskih otpadnih voda određuju se oni sastojci koji su karakteristični za dotičnu industriju (npr. fenol,

ulja i masti, deterdženti, hrom, bakar itd.).

Pored prirodnih voda predmet ispitivanja su i otpadne vode. To su vode zagađene otpacima iz industrije i

domaćinstva.

Obim ispitivanja vode zavisi od prirode vode i svrhe za koju je namjenjena. Ispitivanje treba da se ograniči na

sastojke koji utiču na određenu namjenu vode.

Prema namjeni razlikuje se voda za: piće, napajanje kotlova, spravljanje betona, hlađenje, ispiranje itd.

10.7. UZORKOVANJE VODE ZA HEMIJSKU ANALIZU

Uzimanje uzorka vode za hemijsku analizu mora se izvršiti prema sljedećim propisima. Voda se puni u čiste

boce, koje su prije punjenja isprane 2 – 3 puta istom vodom. Boce se zatvaraju plutanim ili staklenim

zapušačem.

Da bi se izbjegla zabuna, sve boce moraju imati natpis sa podacima o vrsti vode, mjestu, vremenu, i temperaturi

vode kao i temperaturi vazduha.

Uzimanje uzorka vrši se na sljedeći način:

-iz vodovoda ili pumpe voda se uzima stavljanjem boce pod mlaz pošto je prethodno isticala 10 minuta,

-sa izvora voda se uzima stavljanjem boce pod mlaz,

-vodu iz bunarskih pumpi treba pumpati 15 – 20 minuta, ali ne tako jako da nastupi zamućenje,

-iz površinskih voda (rijeka, potoka itd.) voda se uzme na približno 15 cm ispod površine, pri čemu treba bocu

okrenuti prema struji, tako se izbjegne prljanje vode muljem i nečistoćama koje plivaju po površini.

75

-Aciditet i alkalitet vode

Kao mjerilo kiselosti ili bazičnosti vode uzima se pH-vrijednost. KISELOST vode potiče od slabih kiselina kao

što su H2CO3, većina organskih kiselina, od soli metala koji jako hidrolizuju (Fe, Al, ...) i od slobodno prisutnih

mineralnih kiselina.

Kiselost je važan pokazatelj kvaliteta vode jer prirodne vode imaju pH-vrijednost od 6 – 8, rjeđe od 3 – 10.

Kisele vode su agresivne, potpomažu koroziju i utiču na pojedine hemijske i biološke procese.

Ukupna kiselost →se određuje titracijom definisanog volumena uzorka vode sa bazom do pH = 8,3, uz

fenolftalein kao indikator.

U prisustvu bikarbonata i karbonata titracija vode do pH = 8,3 odgovara stehiometrijskoj neutralizaciji

karbonatne kiseline od bikarbonata.

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2

Sistem od prisutnih jona CO32-

- HCO3- - CO2 se može opisati ravnotežnim reakcijama:

CO2 + H2O → HCO3- + H

+

HCO3- → CO3

2- + H

+

Alkalitet vode predstavlja kapacitet vode da akceptira H+

- jone. Alkalitet primarno potiče od sadržaja

karbonata, bikarbonata i hidroksida, a u manjoj mjeri od anjona slabih kiselina (borati, silikati, fosfati, ...).

Alkalitet je značajno svojstvo vode jer ukazuje na njen prirodni pufer-kapacitet.

Važan je parametar za vodu za piće i određuje se kontinuirano jer tretman pitke vode ovisi od njegove

vrijednosti (dodatak koagulanta, omekšivača, ...).

Važan je za biljni i životinjski svijet u vodi jer puferira promjene pH-vrijednosti.

-Tvrdoća vode

Tvrda voda je ona voda što izaziva stvaranje kamenca usudovima u kojima isparava.

Nosioci tvrdoće vode su, zbog visokog sadržaja, ponajprije Ca i Mg, ali isti efekat daju i viševalentni metali

kao: Fe, Al, Mn, Zn, ...

Od anjona koji dolaze sa ovim metalima ima najviše: bikarbonata (HCO3-

), manje sulfata (SO42-

), hlorida (Cl-) i

nitrata (NO3-).

Tvrda voda ne predstavlja opasnost za zdravlje čovjeka, dok je u industriji nepoželjna jer izaziva veću potrošnju

energije kod zagrijavanja vode. Može izazvati pucanje kotlova u zatvorenim sistemima zbog različitog

koeficijenta širanje metala i formiranog kamenca.

Tvrdoća vode si dijeli:

1. Ukupna tvrdoća →predstavlja ukupnu količinu Ca2+

i Mg2+

jona →predstavlja zbir karbonatne i

nekarbonatne tvrdoće →obično iznosi od 10 – 20 0dH,

2. Karbonatna tvrdoća →ranije se nazivala prolaznom tvrdoćom →predstavlja tvrdoću koja potiče od

bikarbonata Ca i Mg →kuhanjem bikarbonata se razlažu i talože kao CaCO3, dok MgCO3 ostaje

rastvoren →obično iznosi 5 – 15 0dH,

3. Nekarbonatna tvrdoća →predstavlja tvrdoću koja potiče od jona Ca2+

i Mg2+

vezanih za anjone

mineralnih kiselina (sulfati, hloridi, nitrati, ...) →kreće se obično od 4 – 15 0dH.

Obično se određuje ukupna i karbonatna tvrdoća, a nekarbonatna se izračunava iz razlike ove dvije.

Vrijednost tvrdoće se obično iskazuje u Njemačkim stepenima 0dH:

1 0dH = 10 mg/l CaCO3 ili 17,9 mg/l CaCO3

Engleski i Francuski stepeni tvrdoće vode odgovaraju:

1 0E = 14,3 mg/l CaCO3

1 0F = 10,0 mg/l CaCO3

76

Vode sa tvrdoćama:

1. 0 – 4 0dH →su veoma mehke

2. 8 – 12 0dH →su umjereno tvrde

3. 12 – 30 0dH →su tvrde

4. ˃ 30 0dH →su veoma tvrde.

Za piće su najukusnije vode sa 10 – 15 0dH tvrdoće.

-Redoks potencijal vode

Polutanti koji dospiju u prirodne vode najbolje se uklanjaju oksidacijom. Pri tome se odnos koncentracija

oksidovanog i redukovanog oblika polutanta stalno mijenja.

Parametar koji opisuje redoks reakciju je Nernstova jednačina. Gotovo sva oksidativna moć vode potiče od

rastvorenog kiseonika, bilo atmosferskog i nastalog kao produkt fotosinteze.

Sadržaj kiseonika predstavlja jedan od najbitnijih pokazatelja kvaliteta vode. Čiste površinske vode sadrže

relativno visoke koncentracije rastvorenog oksigena -9,1 mg/l na 20° C, a industrijske i gradske otpadne vode

niske koncentracije. Plemenite ribe se ne mogu održavati u vodama koje sadrže manje od 5 – 6 mg/l O2.

Čiste vode, zasićene kiseonikom imaju prijatan, osvježavajući ukus. Industrijskim vodama ne pogoduje visok

sadržaj rastvorenog kisika jer izaziva oksidaciju i ubrzanu koroziju betona i metala.

Prisustvo organskih tvari u vodi smanjuje koncentraciju rastvorenog kiseonika zbog njegove potrošnje u

razgradnji organske tvari.

Produkti razgradnje djelovanjem aerobnih bakterija su inertne molekule: CO2, NH3 i H2O.

Pri rutinskoj kontroli kvaliteta vode vrši se:

1. Određivanje rastvorenog kisika

2. Određivanje potrošnje kisika od strane otpadnih tvari

a sve sa ciljem da se utvrdi nivo rastvorenog kiseonika potrebnog za održavanje života u vodi.

Potrošnja rastvorenog kiseonika je osobito povećano prilikom zagađenja vodotoka gradskim otpadnim vodama.

Takve vode su generalno obogaćene organskim otpacima koji predstavljaju supstrat za razvoj i održanje

mnogobrojnih mikroorganizama.

Mikroorganizmi razgrađuju otpadne tvari i pri tom procesu troše rastvoreni kisik iz vode.

Količina organske tvari u vodi se može odrediti:

a) Direktno, preko sadržaja ukupnog organskog ugljika

b) Indirektno, putem određivanja BPK ili HPK (biohemijska ili hemijska potrošnja kisionika).

Laboratorijska određivanja BPK5 ne mogu upotpunosti reproducirati stvarne uslove koji vladaju u tekućoj vodi

kao što su: temperatura, Sunčevo svjetlo, biološka populacija, kretanje vode, i koncentracija kiseonika.

Uzorci vode na BPK5 se moraju analizirati u toku 24 sata poslije uzimanja uzorka a do tada se trebaju držati na

hladnom, u frižideru.

10.8. BIOLOŠKI POKAZATELJI KVALITETA VODE

U prirodnim vodama uvijek su prisutni različiti mikroorganizmi koji potpomažu razgradnju organske tvari i

tako ostvaruju biološko samoprečišćavanje vode.

Voda za piće ne smije sadržavati mikroorganizme ni bakterije ni viruse, zbog prenošenja različitih bolesti (tifus,

kolera, dizenterija, infektivni hepatitis, ...).

Biološki pokazatelji predstavljaju pouzdan način za određivanje karaktera i stupnja zagađenja vode i oni

određuju da li je zagađenje trajno ili prolazno. Za tu svrhu se vrše bakteriološka i saprobiološka ispitivanja.

Bakteriološka ispitivanja →se sastoje u određivanju gustine koliformnih bakterija u ispitivanom uzorku vode.

Te bakterije potiču iz crijeva toplokrvnih životinja i služe kao indikator prisustva fekalnih tvari u vodi.

Sa stanovišta sigurnosti vode za piće sigurnije je ispitati sadržaj patogenih bakterija ali to zahtijeva veće

količine uzorka vode i duže vrijeme ispitivanja.

77

Preko sadržaja koliformnih bakterija indirektno se može zaključiti i o prisustvu ili odsustvu patogenih bakterija,

posebno zato što se koliformne bakterije u vodi ponašaju slično kao i patogene.

Odsustvo sadržaja koliformnih bakterija u vodi uzima se kao indikacija da voda nije zagađena fekalijama i da je

zdravstveno sigurna za piće. Metode bakteriološkog ispitivanja vode su definisane važećim Pravilnicima o

ispitivanju vode (volumen uzorka, razblaženje, hranljive podloge, vrijeme i temperatura inkubacije).

Princip metode se sastoji u brojanju bakterije Ecsherichie colli.

Svaka koliformna klica (živa bakterija) će na hranljivoj podlozi rasti stvarajući na kraju koloniju bakterija.

Druga metoda (pored metode u tubi) je metoda diska (malog filter papira) koji se namoči ili se preko njega

isfiltrira definisan volumen vode i zatim se disk stavi na hranljivu podlogu u Petrijevu ploču i inkubira.

Metoda je reproducibilna i brza.

Standardi prihvataju sljedeći broj bakterija u 100 ml uzorka vode:

1. manje od 1 →vode za piće

2. 10 – 100 →bormalne, nezagađene vode

3. 1000 – 5000 →sumnjive vode (blago zagađene fekalijama)

4. 5000 – 10 000 →siguran dokaz zagađenja fekalijama

5. 10 000 – 100 000 →vode jako zagađene fekalijama

6. više od 100 000 →kanalizacione vode

10.9. SAPROBIOLOŠKO ISPITIVANJE VODE

Ovo ispitivanje se vrši da bi se zajedno sa fizikalnim, hemijskim i bakteriološkim ispitivanjima dobila potpunija

slika stvarnog zagađenja vode. Poznavajući floru i faunu površinskih voda kao i promjene koje izazivaju

različite vrste zagađivača može se zaključiti o stepenu zagađenja voda.

Izvjesne biljke i životinje služe kao indikatori zagađenja jer rastu i žive tamo gdje truhnu organske tvari.

Određivanje njihovog broja i učestalosti njihovog javljanja predstavlja osnovu saprobiološkog određivanja

kvaliteta voda.

Sa procesima truhljenja organske tvari, mijenja se sadržaj rastvorenog kiseonika, nastaju hemijske promjene

pod uticajem produkata truhljenja (nastaju NH3, H2S, ...). Dolazi do poremećaja u biološkoj ravnoteži vodenih

biocenoza. Neki se organizmi masovno razvijaju, a drugi ugibaju i nestaju.

Generalno broj vrsta i biljaka i životinja u zagađenim vodama se smanjuje, ali one koje ostaju anormno se

razvijaju i zastupljene su u velikom broju.

Da bi se ocijenio stepen zagađenja organskim tvarima potrebno je posmatrati i procijeniti cijelu životnu

zajednicu.

Kao indikatore zagađenja trebaju se uzimati kosmopolitski životni oblici kako bi saprobiološka metoda bila

univerzalno primjenljiva (npr. pastrmka ili neka vrsta ježeva). Ovisno o stepenu zagađenja, vode se mogu

podijeliti:

1. Katarobne (K)

2. Limunosaprobne (L)

3. Eusaprobne (E)

4. Transsaprobne (T)

Katarobne vode →su najčistije, bez ikakvog zagađenja. To su čiste podzemne vode, čiste izvorske vode i pijaće

vode u sistemu gradskih vodovoda.

Limnosaprobne vode →su manje ili više zagađene podzemne vode, površinske tekućice i stajaće vode i

industrijske vode za različitu namjenu.

Eusaprobne vode →su otpadne vode sa visokim sadržajem organske tvari koje su razgradljive biohemijskim

procesima uz pomoć mikroorganizama.

Transsaprobne vode →su otpadne vode u kojima ne može doći do biohemijske razgradnje tvari. Toksične su i

sadrže mnoge anorganske tvari ili su radioaktivne. U njima pod normalnim uslovima ne mogu opstati živi

organizmi.

78

Biljni i životinjski oblici koji se nalaze u čistim i vrlo malo zagađenim vodama se nazivaju oligosaprobni.

Oligosaprobne vode (planinski potoci i jezera), u njima su organske tvari potpuno oksidirane, a mulj je potpuno

mineraliziran. Vode su bistre i plavkaste, sa veoma velikim količinama rastvorenog kiseonika. Broj bakterija u

jedinici volumena je malen oko 100/1 cm3.

Većina organizama oligosaprobnih voda je vrlo osjetljiva na promjenu u sadržaju: rastvorenog kiseonika, pH-

vrijednosti i na organska zagađenja.

Polisaprobne vode →su one u koje se direktno ulijevaju velike količine neprečišćenih gradskih i industrijskih

otpadnih voda i naseljene su polisaprobnim organizmima. Procesi truhljenja su intenzivni tako ne sadrže

rastvorene količine kiseonika ili ga ima vrlo malo –u tragovima.

Organski sumpor se izdvaja u formi H2S ili merkaptana što tim vodama daje karakterističan neugodan miris.

Ukupna količina organskog ugljika je vrlo velika, a broj bakterija je veći od 1 000 000/1 cm3. Od flore i faune u

takvim vodama mogu opstati samo jednoćelijski mikroorganizmi.

Biomonitoring vode →jedan drugi sistem biološkog ispitivanja kvaliteta voda, alternativan saprobiološki i

naziva se biomonitoriranje vode. Sastoji se (posebno kod otpadnih voda) u korištenju bioloških organizama koji

indiciraju prisustvo hemijskih polutanata u eluentu u odnosu na zdrave kontrolne organizme.

U odnosu na hemijska ispitivanja voda –koja su većinom standardizirana, biološka ispitivanja su najvećim

dijelom nestandardizirana što predstavlja problem, inače veoma upotrebljivih ispitivanja.

Biološke metode još uvijek iskazuju lošu međulaboratorijsku reproduktivnost, zbog nepostojanja jednakih

kriterija: za definiciju zdravih kontrolnih organizama, način ishrane, hemijskih parametara.

Biološka ispitivanja kvaliteta voda putem biomonitoriranja po složenosti i brzini se dijele:

1. A-novi →najbrža i najjednostavnija ispitivanja daju rezultate za 1 – 2 sata, mjeri se samo neki

pokazatelj aktivnosti ispitivanih organizama u zagađenoj vodi

2. B-nivo →ispitivanja traju više dana i provode se statički u zatvorenim sistemima pod konrolisanim

uslovima, ispituju se latentne doze pojedinih polutanata na odabranim organizmima

3. C-nivo →ispitivanja traju najduže, sedmicu pa do godine. Najteža su za izvedbu i interpretaciju

dobivenih rezultata. Ovaj nivo ispitivanja je pak najvjerodostojniji, jer blisko simulira vodu

vodoprijemnika.

Biološki pokazatelji kvaliteta voda su vrlo korisni za procjenu kvaliteta vode, generalno, ali se uvijek moraju

određivati paralelno sa fizikalno-hemijskim pokazateljima, zbog međusobne tijesne povezanosti.

-Protokol uzorkovanja vode

Uzorkovanje, kao prvi korak u postupku ispitivanja vode je od velike važnosti. Mora se uzorkovati

reprezentativan uzorak, a to znači da u svom cjelokupnom sastavu i po svim parametrima odgovara mediju

kojeg ispitujemo (vodovodna voda, potok, jezero, otpadna voda, ...).

Uzorkovanju, transportu i čuvanju (skladištenju) uzoraka vode do ispitivanja mora se posvetiti posebna pažnja

jer je voda vrlo promjenljiv medij. Uzorci se ne smiju kontaminitati drugim tvarima, ne smiju se dozvoliti

gubici na pojedine parametre, posebno volatilne komponente.

-Protokol uzorkovanja

Priprema za uzorkovanje →podrazumijeva utvrđivanje sljedećeg:

1. Broja i vrsta analiza koje na uzorku vode želimo ispitivati

2. Analitičke tehnike pripreme i mjerenja pojedinih parametara

3. Vrsta posuda, materijal (staklo ili polietilen) i broj za uzorkovanje

4. Okvirni način uzorkovanja

5. Način transporta i čuvanja uzoraka vode

Program uzorkovanja →podrazumijeva utvrđivanje:

1. Vrijeme uzorkovanja (sezonu –godišnje doba)

2. Frekvenciju uzorkovanja (sezonsko, sedmično, dnevno) →periodično -kompozitivno (npr. dnevni profil

vode)

3. Lokacija uzorkovanja →prisrupačna i vidna (rijeka u sredini nikako uz obalu)

4. Broj i volumen uzoraka (broj uzoraka mora biti najmanje dupli)

79

5. Čuvanje uzoraka do početka analize mora biti adekvatno →da ne dođe do gubitka analita →posebno

lahko volatilnih.

-Voda za analizu NO3- se čuva na 4° C da bi se izbjegla biološka razgradnja.

-Za analizu pesticida voda se čuva na tamnom i hladnom mjestu.

-Za analizu metala uzorak vode se zakiseli sa HNO3 ili H3PO4.

-Za analizu fenola uzorku vode se dodaje NaOH kako bi mu se smanjila volatilnost.

Posebnu pažnju treba obratiti na uzorke kod kojih se kani ispitivati:

1. NH3 →uzorak zakiseliti da NH3 pređe u NH4+ oblik, manje volatilan

2. Hloroform →uzorkovati vodu u staklenu bocu i čuvati je u tami

3. Hg →u uzorak vode po litri dodati 2 ml 5 molova HCl →pH = 2

Pri čuvanju uzoraka vode do analize, treba posebnu pažnju obratiti kod uzoraka sa količinom analita nivoa μg/l

ili ng/l jer mogu nastupiti sljedeće reakcije: volatizacija, fotolitička razgradnja, kontaminacija iz zidova posude,

gubitak analita na zidovima posude i aktivnost mikroorganizama. To su osnovni problemi nivoa mikro ili ultra

tragova pri ispitivanju vode.

10.10. OTPADNE VODE

Dijele se na gradske, komunalne ili kanalizacione. One sadrže najviše organske tvari i industrijske otpadne

vode sa vrlo različitim sadržajem. Porastom protrošnje vode javlja se problem snabdijevanja naselja vodom, ali

se javlja još veći problem njenog odvođenja kao otpadne gradske ili industrijske vode.

Voda se nekada iz naselja odvodila otvorenim kanalima, što je dovodilo do ozbiljnih obolijevanja ljudi. Kasnije

se prešlo na zatvoreni sistem odvođenja otpadnih voda.

Kanalizacione vode se često ispuštaju direktno, bez prečišćavanja, u vodoprijemnike najčešće rijeke što za

posljedicu ima da su rijeke velikih gradova postale beživotne.

-Prečišćavanje gradskih otpadnih voda

Glavni sastojak ovih voda je organska tvar, iz čovječijih ekstemenata. U rijekama sva zagađenja bivaju

razblažena.

U vodoprijemnicima generalno, razgrađuje se organska tvar pri čemu se povećava potrošnja kisika. Tako se

smanjuje kvalitet i upotrebljivost vode iz tih vodoprijemnika.

Ako su sa gradskim pomiješane i industrijske otpadne vode, pored organske tvari u vodi su prisutne i brojne

toksične tvari.

Neophodno je vršiti prečišćavanja otpadnih voda prije se ispuste u neki vodoprijemnik. Procesi prečišćavanja

ovih voda predstavljaju kopiju prirodnog načina uklanjanja otpadnih tvari i smanjenje BPK.

Procesi prečišćavanja se djele na: primarno, sekundarno i tercijerno.

PRIMARNO →je zasnovano na fizičko-hemijskim tehnikama i ima za cilj uklanjanje suspendovanog

materijala. To se ostvaruje procesima: procjeđivanja, usitnjavanja, koagulacije, flokulacije i sedimentacije.

SEKUNDARNO →predstavlja biohemijsko uklanjanje organske tvari zaostale nakon primarnog prečišćavanja.

Uklanjanje preostale čvrste tvari vrši se ponovnom filtracijom ili sedimentacijom, oksidacijom ili razgradnjom

pomoću mikroorganizama.

Primarno i sekundarno prečišćavanje rješava problem zagađivanja prijemnog vodotoka.

Pitke vode na Zemlji je sve manje pa se prečišćena voda iznova mora koristiti –recikliranje vode. Pristupa se

još potpunijem prečišćavanju otpadnih voda do nivoa čistoće pitkih voda. Tada se mora provesti tercijerno

prečišćavanje kojim se uklanjaju gotovo sve otpadne tvari iz vode (efluenta) do nivoa od 99 %.

-Značaj mikroorganizama za prečišćavanje vode

Mikroorganizmi imaju poseban značaj za uklanjanje stranih tvari iz vode. Cilj prečišćavanja je uklanjanje

patogenih bakterija i virusa koji izazivaju zarazne bolesti.

Međutim, prisustvo drugih bakterija, algi i mikroflore iz čovječijih fekalija neophodno je za razgradnju i

uklanjanje kompleksnih organskih tvari i niza toksičnih spojeva (teški metali).

80

Univerzalnim metabolizmom mikroorganizama iz vode se uspješno uklanjaju različite tvari, a one koje se ne

uklone njihovim djelovanjem ostaju u vodi nerazgrađene dugi niz godina (sintetičke mase). Za prečišćavanje

vode najvažniji mikroorganizmi su iz reda: bakterija, gljivica i algi.

BAKTERIJE →su malih dimenzija (0,3 – 30 μm). Mogu biti u obliku štapića, lopte i spirale, a često imaju

repove, što im omogućava kretanje. Imaju veliku aktivnu površinu. Djeluju tako šro okružuju otpadnu tvar i

svojim enzimima katalizuju niz reakcija razgradnje. Osnovni izvor energije za njihovo djelovanje i

razmnožavanje je oksidacija vanjske organske tvari.

CO2 + H2O ↔ (CH2O) + O2 – ciklus kruženja ugljika u prirodi

Bakterije dijelimo na: aerobne (ovisne o energiji oksidacije ugljiko-hidrata) i anaerobne (koje opstaju bez

kisika).

Anaerobne se dijele na: obligatno anaerobne (uvijek opstaju bez kisika) i fakultativne anaerobne (uzimaju kisik

kad ga ima, a kad ga nema uzimaju neki drugi oksidant).

Većina bakterija je osjetljiva na promjene: pH-vrijednosti, temperature. Najduže opstaju u neutralnoj sredini.

Pod nepovoljnim uslovima pretvaraju se u spore, leže umrtvljene dok se ne povrate pogodni uslovi za razvoj.

GLJIVICE →su višećelijski mikroorganizmi. Sve su heterotrofne – zahtijevaju vanjsku organsku tvar kao izvor

energije i ugljika.

Većina ih je u obliku vlakanaca prečnika 5 – 10 μm. Aerobne su što znači da je za njihov rast i razvoj potreban

kisik. Otpornije su na promjene pH-vrijednosti, kiselu sredinu i prisustvo teških metala. Gljivice obično ne

uspijevaju u vodi, ali njihovim djelovanjem u vodu dospijevaju mnoge teksične tvari – kao posljedica

razgradnje organske tvari.

ALGE →najčešće su autotrofne – sposobne da vrše fotosintezu koja je kontrolisana pigmentom koji im daje

zelenu ili zeleno-plavu ili zeleno-žutu boju. U odsustvu svjetla alge iskorištavaju rezervnu organsku tvar i pri

tome troše rastvoreni kiseonik i zbog toga bilans rastvorenog kiseonika ovisi od algi.

10.11. PRIMARNO PREČIŠĆAVANJE

Započinje preliminarnim procesima kojima se uklanjaju veći agregati, plivajuće ili suspendovane čvrste tvari –

grančice, krpe, ulja i masti i nafta. Nakon izbistravanja uklanja se mulj, a voda odvodi u postrojenje za

sekundarno prečišćavanje ili ako njega nema direktno u vodotok.

Najčešći način primarnog prečišćavanja se sastoji u propuštanju vode preko metalnih mrežica različitog

promjera na kojima se zadržavaju plutajuće i suspendovane tvari.

Mogu se koristiti i mlinovi koji melju veće čvrste tvari u sitnije koje se naknadno sliježu u bazenu za

sedimentaciju. Mrežice mogu biti fiksirane ili pokretne, a sabiranje nakupljenog otpada ručno ili automatsko.

Nakon toga voda ulazi u bazene za izbistravanje gdje se vrši sedimentacija (taloženje) suspendovanih čvrstih

tvari.

Koloidne čvrste tvari iz vode ne sedimentiraju dovoljno brzo. Proces sedimentacije se može ubrzati

aglomeracijom, tj. koagulacijom (zgrušavanje/ukrupnjavanje) koloida dodatkom hemikalija.

Nakon sedimentacije javlja se problem sa nastalim talogom i njegovim odlaganjem. U novije vrijeme uz

modifikacije ipak se vrši hemijsko taloženje jer ima prednosti nad biohemijskim prečišćavanjem: mogućnost

trenutnog početka i završetka taloženja, bolje uklanjanje fosfora, količine vode koje se mogu prečišćavati se

veće u poređenju sa kapacitetom bazena za sedimentaciju.

Voda se prije ispuštanja iz sedimentacionog bazena hlorira, talog zgrušnjava i digerira anaerobnom

fermentacijom.

Primarnim prečišćavanjem se ukloni 30 – 40 % ukupne BPK i oko 60 % suspendovane tvari.

10.12. SEKUNDARNO PREČIŠĆAVANJE

U vodi su nakon primarnog prečišćavanja zaostale rastvorene količine organske tvari i voda kao takva dolazi na

sekundarno prečišćavanje, koje je u suštini biohemijski proces koji se odvija pod djelovanjem mikroorganizama

iz vode.

81

Vode posjeduju sposobnost samoprečišćavanja – uz prisustvo dovoljnih količina kisika bakterije oksidiraju

organsku tvar od ugljen-dioksida i vode. Preduslovi za efikasno sekundarno prečišćavanje vode su: dovoljan

broj mikroorganizama i kisika, dobar kontakt bakterija i hranljive tvari.

Tako se oponaša prirodni proces u vodama, samo što je: prečišćavanje kontrolisano, vremenski skraćeno uz

stalno održavanje aerobnih uslova – uz kontinuirano dovođenje kisika.

Proces se sastoji od sljedećih koraka:

1. Voda se dovodi u bazene gdje se nalazi aktivni mulj.

2. Mulj se održava u suspendiranom stanju strujom kisika koji se uduvava odozdo prema gore. Tako se

obezbjeđuje i kisik za metabolizam bakterija.

3. Voda dolazi u bazene za izbistravanje vrši se sedimentacija čvrstog materijala koji se filtrira, suši i

prohranjuje.

4. Jedan dio vode se reciklira u ulazni bazen kako bi se održala bakterijska kolonija.

Prečišćavanjem sa aktivnim muljem ukloni se 95 % BPK i 95 % suspendovanih materija.

Sekundarno prečišćavanje se može provesti i putem kapajućih filtera. To se ostvaruje propuštanjem vode preko

površine na kojoj se nalaze mikroorganizmi u formi tankog filma i sluzi (biološki aktivan film). Prolaskom

vode po toj površini organske tvari se asimiliraju od strane bakterija. Ovakvo prečišćavanje je vrlo efikasno, a

nedostatak je što se kod niskih temperatura proces sporo odvija.

Najveći problem i kod primarnog i sekundarnog prečišćavanja je nastajanje velikih količina sedimentnog taloga

koji je polutečan. On se mora koncentrirati, a organska tvar prevesti u stabilne forme digestijom pri kojoj se

oslobađa metan (CH4). Nastali plin metan se može koristiti kao izvor energije za postrojenja za prečišćavanje

otpadne vode.

Mulj se na kraju pohranjuje zatrpavanjem u tlo ili se prevodi u poljoprivredno gnojivo, ali samo pod uslovom

da ne sadrži štetne tvari.

10.13. TERCIJERNO PREČIŠĆAVANJE

Tercijerno prečišćavanje otpadne vode je neophodno ako se voda kani reciklirati, koristiti u različite svrhe.

Pri tercijernom prečišćavanju klanjaju se:

1. Preostali BPK i HPK

2. Ukupni organski ugljik

3. Mineralne tvari

4. Teški metali (na nivou jona)

5. Spojevi nitrogena i fosfora

6. Patogene bakterije

7. Druge štetne tvari

Tercijerno prečišćavanje vode je kompleksan problem i zahtijeva istovremenu upotrebu različitih tehnika. Zbog

visoke cijene koštanja tercijerno prečišćavanje se rijetko provodi na gradskim otpadnim vodama, ali su metode

pogodne za industrijske otpadne vode.

Od tehnika prečišćavanja najviše su korištene adsorpcija na aktivnom ugljenu i ultrafiltracija.

Adsorpcija na aktivnom ugljenu →organske tvari koje nisu sedimentirale u primarnom niti oksidirale u

sekundarnom prečišćavanju mogu se ukloniti propuštanjem kroz slojeve aktivnog ugljena. Aktivni ugljen ima

veliku aktivnu površinu i adsorpcijom na njegovoj površini se uklanjaju mnoge vrste molekula, miris i ukus

vode.

Adsorpcijom se može ukloniti oko 90 % suspendovanih ćelija tvari i oko 80 % organskih tvari.

Ultrafiltracija →se primjenjuje na uklanjanje molekulskih ili jonskih zagađivača čiji je prečnik ili hidratacioni

omotač veći od prečnika molekula vode.

Kao filteri služe osmotske membrane načinjene najčešće od celuloznog acetata sa malim porama (otuda su i

dobili ime ultrafilteri).

82

Proces se naziva i obrnuta osmoza jer se mora zadati dovoljan pritisak vode na filter (pravi se razlika u

pritiscima prije membrane i nakon membrane) kako bi se ostvarilo filtriranje – relativno brzo. U suprotnom

odvijala bi se osmoza.

Ultrafiltracijom se ukloni 88 % rastvorene tvari, 84 % HPK, 98 % fosfora i oko 75 % nitrogena. Postupak

ultrafiltracije se koristi za tretman otpadnih industrijskih voda i za desalinizaciju morske vode.

-Uklanjanje rastvorenih jonskih tvari

Mogle bi se uklanjati nekom od laboratorijskih tehnika prečišćavanja (npr. destilacijom ili zamrzavanjem

vode), ali obje tehnike su neekonomične zbog velikog utroška energije.

Elektrodijaliza (destilizacija morske vode) →zasniva se na migraciji jona uticajem jakog električnog polja.

Provodi se u ćelijama čiji su krajevi suprotno naelektrisani i tako se ostvaruje kretanje katjona i anjona u

suprotnom smjeru.

Jonska izmjena → osim za dobijanje dejonizovane vode u laboratoriju i industriji koristi se za prečišćavanje

otpadnih voda – za uklanjanje specifičnih jona (jona metala).

-Uklanjanje bakterija i virusa

Zaostale količine bakterija i virusa nakon sekundarnog prečišćavanja vode se uklanjaju hloriranjem vode i to

najčešće sa Cl2, a povremeno i sa ClO2 i ClBr. Ovi agensi se smatraju vrlo efikasnim agensima.

Rastvaranjem plinovitog hlora 7 g/l nastaje hipohlorna kiselina HOCl, koja je samo djelimično disocirana.

Hloriranjem uspješno se uklanjaju patogene bakterije i dio virusa ali i ostali mikroorganizmi koji su korisni.

Hloriranjem može doći do potpune sterilizacije vode.

Hloriranjem vode mogu nastati izvjesni kancerogeni, hlorirani organski spojevi. Tako se sve više razmišlja o

ozoniranju vode – ali i tad mogu nastati toksični nusproizvodi. Ozoniranjem vode popravlja se ukus vode.

-Industrijske otpadne vode

Voda igra dvije važne uloge u industriji:

1. Služi za zagrijavanje ili hlaženje

2. Biva upotrebljena direktno u hemijskim procesima (reaktant, produkt ili rastvarač)

Voda za hlađenje je najmanje reaktivna pa i najmanje zagađena i ne prečišćava se prije ispuštanja u

vodoprijemnik. Procesna voda je zagađena i mora se prečišćavati prije ispuštanja u prirodne vodoprijemnike.

Industrijske otpadne vode se ne mogu prečišćavati konvencionalnim uređajima jer sadrže teške metale,

hemijske spojeve koji su biološki nerazgradivi i koji toksično djeluju na mikroorganizme (pri sekundarnom

prečišćavanju).

Ovisno o tipu industrije u otpadnim vodama može se naći niz opasnih tvari suspendovanih ili adsorbovanim na

suspendovanim česticama.