Instituto Tecnológico de Chetumal

Ingeniería Civil

Grupo: VA Turno: Matutino

Química

Unidad 3

Trabajo: Carpeta de Evidencias

Profesor: Gabriel Blanco Aguilar

Alumno: Daniel Alberto Castillo Castro

Sistemas dispersos

Los sistemas dispersos son mezclas de dos o más sustancias simples o compuestas en donde

hay una fase dispersa o discontinua, que en la mayoría de casos esta en menor cantidad, y una

fase dispersante o continua, que generalmente interviene en mayor proporción. Estas fases

interactúan en menor o mayor grado según el tipo de sistema disperso que conformen.

En el caso de soluciones, la fase dispersante se llama solvente y la fase dispersa se llama

soluto.

Importancia de los sistemas dispersos

La gran mayoría de las reacciones inorgánicas y bioquímicas (en animales y plantas) no sería

posible si los reactivos implicados no estuvieran disueltos en agua.

son el HCO-3, Cl-, HPO4-2, proteínas, aniones de ácidos orgánicos, etc.

Las medicinas suelen ser soluciones acuosas o alcohólicas de compuestos fisiológicamente

activos.

Para comprender y proponer ciertas alternativas de solución al problema de la contaminación

ambiental (tan crucial en la actualidad), es importante conocer el tema de sistemas dispersos.

La mayor parte de la contaminación en la sociedad moderna se describe en función de

desperdicios sólidos y de soluciones tanto acuosas como gaseosas. Sin embargo, el enorme

problema de contaminación del agua por los detergentes y del aire por partículas (smog

químico) pertenece al área de la ciencia coloidal, y las macropartículas en el aire que son

suspensiones.

Tipos de sistemas dispersos

1. Agua azucarada a solución acuosa de sacarosa.

2. La neblina o niebla es un coloide formado por partículas de agua líquida dispersadas en el

aire.

3. El agua turbia es una suspensión.

En una solución, las partículas dispersas (átomos, iones o moléculas) no se distinguen con el

microscopio; por lo tanto es un sistema homogéneo a nivel microscópico y a simple vista.

En un coloide, las partículas dispersas, debido a ser de mayor tamaño que los átomos y las

moléculas, se distinguen con el microscopio, pero no a simple vista; por lo tanto, es un sistema

heterogéneo (es difásico) a nivel microscópico.

En una suspensión las partículas ordinarias se distinguen a simple vista, por lo tanto, es un

sistema heterogéneo (es difásico) a nivel microscópico y a simple vista.

Características importantes de cada dispersión

Suspensiones: Mayores de 10000 A. Partículas de soluto es visible a simple vista. Sistema de 2 fases. No son transparentes, tienen aspecto nebuloso. Presentan movimiento solo por gravedad. Sedimentan al dejar en reposo. No pasan a través del papel de filtro. Al paso de la luz, tienen aspecto nebuloso a opacas, y a menudo son translúcidas. Constituye sistemas heterogéneos – macro heterogéneos.

Coloides: Tamaños de entre 10 A á 10000 A. Partículas de soluto son visibles en microscopio electrónico. Sistema de 2 fases. Por lo general no son transparentes, son translúcidos y opacos. Presentan movimiento Browniano. No sedimentan al dejar en reposo. Pasan a través de papel de filtro y no por membranas como el papel pergamino. Reflejan y dispersan la luz, presenta efecto Tyndall. Constituye sistemas heterogéneos – micro heterogéneos.

Soluciones: Tamaños de entre 0.3 A á 10 A. Partículas de soluto son invisibles al microscopio. Sistema de una sola fase. Son transparentes. Poseen movimiento molecular. No sedimentan al dejar en reposo. Pasan a través del papel de filtro y membranas como el papel pergamino. No reflejan ni dispersan la luz, no presenta efecto Tyndall. Constituye un sistema homogéneo.

Comentario: Tras leer la investigación, pude comprender que los sistemas dispersos simplemente son mezclas de 2 o más sustancias. Estas pueden ser soluciones, que están compuestas de un soluto y de un solvente. De la misma manera pude comprender que los sistemas pueden ser soluciones, coloides o suspensiones, todos teniendo diferentes características. Tras analizar totalmente el tema, pude comprender que estos sistemas dispersos son muy importantes en la vida diaria en más de un ámbito, siendo el más resaltado el medicinal. Pude comprender que sin estos sistemas, muchas cosas que actualmente fueron creadas, no existirían, y por ende, la vida sería totalmente diferente.

Teoría de ácidos y bases

De manera genérica, a determinadas sustancias se les ha catalogado dentro de dos patrones: los ácidos y las bases. Las primeras definiciones que sugieren éstos términos, fueron enunciadas por Arrhenius, quien enuncia lo siguiente:

 Los ácidos son compuestos que aumentan la concentración de iones hidrógeno cuando se disuelven en agua. Tienen sabor agrio.

 Es decir cuando un ácido se disuelve en agua se forman iones hidrógeno, por ejemplo,  

 HCl (ac)  →   H +1 (ac) + Cl –1 (ac)

 Las bases son compuestos que aumentan la concentración de iones hidroxilo cuando se disuelven en agua. Las soluciones de las bases se sienten resbalosas.

  NaOH (ac)   →   Na +1 (ac) + OH –1 (ac)

Propiedades químicas de los ácidos y las bases:

Los ácidos reaccionan con las bases formando agua y una sal. A ésta reacción se llama neutralización. Cuando ambos se mezclan en las proporciones que indica la ecuación para la reacción, desaparecen tanto el sabor ácido como la sensación resbalosa de la base y la solución que se forma tiene sabor salado. La fuerza que impulsa la neutralización es la formación del electrolito débil, agua.

 Sin embargo, éstas definiciones no alcanzan a establecer el comportamiento de sustancias que no tienen hidrógeno en su composición y se comportan como ácidos, y analógicamente el comportamiento de aquellas que no tienen iones hidróxido y sufren transformaciones como bases.

La definición de Bronsted-Lowry, que implica lo siguiente:

“Un ácido es cualquier especie que pueda donar un protón (H+1, un átomo de hidrógeno sin su electrón), y una base es cualquier especie que pueda aceptar un protón. Una reacción ácido-básica consiste en la transferencia del protón de un ácido a una base (Umland, 2000, p.574).”

Por otra parte, la neutralización debe entenderse como la reacción ácido-básica consistente en la transferencia del protón de un ácido a una base, donde ambas sustancias pierdan sus características propias y formulen una sal y agua.

Así mismo es necesario entonces, tener muy claro cuándo y dónde termina una reacción de neutralización, dicho de otro modo, cuándo se han dejado de transferir los protones del ácido a la base, y para ello se utiliza una titulación.

La titulación es un método para determinar la cantidad de una sustancia presente en solución. Una solución de concentración conocida, llamada solución valorada, se agrega con una bureta a la solución que se analiza. En el caso ideal, la adición se detiene cuando se ha agregado la cantidad de reactivo determinada por la ecuación de la reacción. A este punto se le llama punto de equivalencia (Umland, 2000, p.139).

Para determinar éste punto, podemos utilizar la curva de titulación potencio métrica de la  reacción ácido-básica cuya gráfica resulta del pH del sistema contra el volumen de ácido o de base agregados en la titulación (Umland, 2000, p.602).

Haciendo un paréntesis, es necesario recordar el comportamiento de la escala de pH, la cual en sus valores de 1 a 5.9999 se representa al pH ácido, al punto medio 7, se le asigna un pH neutro y a los valores superiores a 7 y hasta 14 se les denominan pH básicos. Es decir, las soluciones que tienen la misma concentración de iones hidrógeno que de iones hidróxido, se llaman soluciones neutras. Las soluciones con concentración más alta de iones hidrónio (concentraciones de iones hidroxilo) que el agua pura, se llaman soluciones ácidas. Las soluciones con concentraciones más baja de iones hidrónio (concentraciones más alta de iones hidroxilo) que el agua pura, se llaman soluciones básicas (Umland, 2000, p.578).

Entonces podría entenderse como final de la titulación al momento en que el pH llegase a 7, sin embargo, esto está en función de la “fuerza” del ácido o la base que se están titulando.

Así cuando la neutralización se produce entre un ácido fuerte y una base fuerte. El pH en el punto de equivalencia es 7 ya que todos los iones han sido neutralizados.

Por otra parte, cuando la reacción ocurre entre una base fuerte y un ácido débil, el anión del ácido sufre una hidrólisis, por lo que el pH al que ocurre la neutralización es mayor que 7. Y en la situación contraria, esto es si ocurre una reacción entre un ácido fuerte y una base débil, el catión de la base sufre una hidrólisis produciéndose iones hidrónio, por lo que el pH es menor que 7.

Para llevar a cabo una titulación entre un ácido y una base, es indispensable comprender que las normalidades de los reactivos y el volumen de éstos son proporcionales entre un ácido y una base.  Háblese así de la fórmula:

NA VA = NB VB

Así por ejemplo si se utilizara una base 0.01N, en un volumen de 50 mL, ésta será neutralizada con 20.5mL de ácido, con una normalidad del ácido de  0.02 N .

Comentario: Las materias se han catalogado, con el paso del tiempo, en 2 grupos, ácidos y bases, siendo estos totalmente diferentes, incluso considerándose "contrarios", hasta llegar a tal punto en el cual, si un acido y una base llegaran a juntarse, estos se "cancelarían" mutuamente, llegando a considerarse una neutralización. Pude captar, que una manera de

distinguir un acido y una base, podría ser su pH, de otra manera, es que, al juntarse un acido con agua, se forman iones hidrogeno, y cuando una base se junta con agua, forman iones hidroxilo.

Estructura de Lewis

La estructura de Lewis es una representación gráfica que muestra los pares de electrones de enlaces entre los átomos de una molécula y los pares de electrones solitarios que puedan existir.

Se usa para saber la cantidad de electrones de valencia de un elemento que interactúan con otros o entre su misma especie, formando enlaces ya sea simples, dobles, o triples y estos se encuentran íntimamente en relación con los enlaces químicos entre las moléculas y su geometría molecular, y la distancia que hay entre cada enlace formado.

Las estructuras de Lewis muestran los diferentes átomos de una determinada molécula usando su símbolo químico y líneas que se trazan entre los átomos que se unen entre sí. En ocasiones, para representar cada enlace, se usan pares de puntos en vez de líneas. Los electrones desapartados (los que no participan en los enlaces) se representan mediante una línea o con un par de puntos, y se colocan alrededor de los átomos a los que pertenece

Este modelo fue propuesto por Gilbert N. Lewis quien lo introdujo por primera vez en 1916 en su artículo La molécula y el átomo.

El número total de electrones representados en un diagrama de Lewis es igual a la suma de los electrones de valencia de cada átomo.

La valencia que se toma como referencia y que se representa en el diagrama es la cantidad de electrones que se encuentran en el último nivel de energía de cada elemento al hacer su configuración electrónica.

Cuando los electrones de valencia han sido determinados, deben ubicarse en el modelo a estructurar.

Una vez que todos los pares solitarios han sido ubicados, los átomos, especialmente los centrales, pueden no tener un octeto de electrones. Los átomos entre sí deben quedar unidos por enlaces; un par de electrones forma un enlace entre los dos átomos. Así como el par del enlace es compartido entre los dos átomos, el átomo que originalmente tenía el par solitario sigue teniendo un octeto; y el otro átomo ahora tiene dos electrones más en su última capa.

Fuera de los compuestos orgánicos, solo un porcentaje menor de los compuestos tiene un octeto de electrones en su última capa. Compuestos con más de ocho electrones en la representación de la estructura de Lewis de la última capa del átomo, son llamados hipervalentes, y son comunes en los elementos de los grupos 15 al 18, tales como el fósforo, azufre, yodo y xenón.

Cuando se escribe la estructura de Lewis de un ion, la estructura entera es ubicada entre corchetes, y la carga se escribe como un exponente en el rincón derecho superior, fuera de los corchetes.

Regla del Octeto

La regla del octeto, establece que los átomos se enlazan unos a otros en el intento de completar su capa de valencia (última capa de la electrosfera). La denominación “regla del octeto” surgió en razón de la cantidad establecida de electrones para la estabilidad de un elemento, o sea, el átomo queda estable cuando presenta en su capa de valencia 8 electrones.

Para alcanzar tal estabilidad sugerida por la regla del octeto, cada elemento precisa ganar o perder (compartir) electrones en los enlaces químicos, de esa forma ellos adquieren ocho electrones en la capa de valencia. Veamos que los átomos de oxígeno se enlazan para alcanzar la estabilidad sugerida por la regla del octeto. La justificativa para esta regla es que las moléculas o iones, tienden a ser más estables cuando la capa de electrones externa de cada uno de sus átomos está llena con ocho electrones (configuración de un gas noble). Es por ello que los elementos tienden siempre a formar enlaces en la búsqueda de tal estabilidad.

Los átomos son más estables cuando consiguen ocho electrones en la capa de su estado de óxido, sean pares solitarios o compartidos mediante enlaces covalentes. Considerando que cada enlace covalente simple aporta dos electrones a cada átomo de la unión, al dibujar un diagrama o estructura de Lewis, hay que evitar asignar más de ocho electrones a cada átomo.

Comentario: Por lo que entendí, la regla del octeto y la estructura de Lewis están estrechamente relacionadas. La regla del octeto indica que todos los átomos buscaran siempre mantener 8 electrones en su último nivel de energía, exceptuando los gases nobles que son estables en ese aspecto. Mientras tanto, la estructura de Lewis, es una representación grafica ,por llamarlo de una forma, en la que se muestra cuantos electrones llegara a compartir cada átomo en una molécula.

Reacciones quimicas del fraguado

El fraguado indica de una forma aproximada el comienzo de la hidrólisis inicial, de la hidratación y el comienzo del endurecimiento del conglomerante. No tiene importancia para lo que trata este trabajo, que la norma DIN 1164 diga que el fraguado deberá iniciarse una hora después del amasado del cemento y que haya de finalizar después de 12 horas. El proceso del endurecimiento va unido al del fraguado, comprobándose normalmente con morteros en los que hay una parte de cemento y tres partes de arena, con una relación de a/c de 0,5.

La presencia de ettringitas hexagonales como consecuencia de la reacción de C3A o de alumino ferrito bicálcico, en presencia de hidróxido cálcico, ha sido ya observada por Schwiete y Niël, 30 segundos después del amasado del cemento portland con aguas. Es un hecho que el

hidróxido cálcico y el sulfato cálcico se disuelven y se forman fases similares a la ettringita en las superficies de los gránulos que contienen aluminato o ferrito aluminato y debido a esto se inhibe la rápida reacción posterior de estos minerales del clínker. Ahora se determina la velocidad de reacción mediante la difusión del sulfatto cálcico a través de la envoltura de ettringita en las superficies que contienen aluminato cálcico a través de la envoltura de ettringita en las superficies que contienen aluminato cálcico y ferrito. Las capas de ettringita se desconchan debido a la presión de la cristalización que se origina de vez en cuando. Estas fisuras de la superficie se cierran mediante nuevas formaciones de ettringita. Sólo entonces reacciona el restante C3A o el ferrito aluminato cálcico a causa de la disolución de las primeras ettringitas formando monosulfato o sus cristales combinados con aluminato tetracálcico hidratrado y finalmente el ferrito aluminato.

Comentario: El fraguado simplemente es la etapa siguiente de la hidratación, es simplemente cuando el concreto o cualquier material, comienza a agarrar solidez, comienza a volverse un elemento rígido. Es un proceso que conlleva muchas reacciones quimicas.

YESO

El yeso es un conglomerante no estable en presencia de humedad, constituido por sulfato de calcio con dos moléculas de agua.

SO4 Ca . 2 H2O

Se puede conseguir como un mineral natural de pureza y composición variables, que introduce un amplio rango granulométrico. Cuando posee cantidades importantes de cloruros, magnesio, u otras sales solubles no debe emplearse para producir materiales de construcción. Las impurezas de los yesos de mina, son generalmente arcillas, cuarzos, dolomitas y calcitas. Se obtiene también químicamente como un sulfato de calcio de alta pureza. Actualmente, se emplean con buenos resultados, los yesos derivados como subproductos de la Industria química de fertilizantes y cítricos, o de la desulfurización de los gases de chimenea, para la elaboración de yesos de alta calidad. Este sulfato de calcio difiere del natural, en su estado físico, con una finura uniforme, en el mínimo de impurezas que contiene y su alta pureza. La pureza requerida para obtener un buen yeso aglomerante, debe ser mínima del 90% en sulfato de calcio. Si el yeso contiene anhidritas, se puede admitir un límite mínimo del 80% de pureza. El grado de blancura nos indica su pureza y de ella depende la calidad de los productos obtenidos a partir del yeso.

TRANSFORMACION DEL YESO EN UN MATERIAL AGLOMERANTE

El yeso en su estado natural se encuentra como un sulfato de calcio dihidratado, es decir, tiene dos moléculas de agua de hidratación. En el proceso de calcinación pierde parte de esa agua, dependiendo de la temperatura a que se someta. Idealmente se debe alcanzar la forma de hemidrato, en la cual el yeso ha perdido molécula y media de agua.

CaSO4. 2 H2O ------------------> CaSO4. ½ H2O

yeso dihidratado 90 a 130 ° C yeso hemihidratado

A temperaturas mayores de 130° C el yeso puede continuar perdiendo agua, hasta llegar al estado de anhidrita.

Todas las formas de sulfato de calcio dihidratado son termodinámica y cristalográficamente equivalentes, dependiendo únicamente de su pureza. Su forma puede ser de agujas, de conchas o prismática.

CaSO4. ½ H2O ---------> SO4 Ca

yeso hemidrato 150 a 300 ° C anhidrita tipo III

Esta anhidrita producida a bajas temperaturas fragua rápidamente y reacciona ávidamente con agua o con la humedad del aire para formar nuevamente un hemidrato. Por esta razón se recomienda estabilizar el yeso en grandes silos, almacenándolo con una humedad relativa del 80% durante 12 horas. Esta anhidrita tipo III es soluble. Las variedades alotrópicas más importantes, relacionadas con las propiedades de un hemidrato, son los tipos α y β. La producción de un yeso hemidratado del tipo α, se logra a presiones mayores de 1 atmósfera en autoclaves y en ambientes saturados de vapor de agua.

En el proceso de calcinación se puede producir:

Hemidrato α anhidrita III α 220°C

Hemidrato β anhidrita III β 300°C

Generalmente el hemidrato beta se obtiene en horno rotatorio y el alfa en autoclaves. Dependiendo del proceso se pueden obtener los dos tipos en un horno rotatorio y se pueden separar por una extracción en lugares distintos o mezclados al final.

Industrialmente en los procesos de calcinación, se obtiene de los granos gruesos un yeso hemidrato que no alcanza a reaccionar, mientras que de las partículas finas se obtienen anhidritas que están directamente expuestas a las altas temperaturas de cocción. El hemidrato α es muy compacto, resistente y de cristales grandes. El hemidrato β es más poroso, menos denso, ávido de agua, reacciona liberando gran calor y tiene un tiempo de fraguado de 4 o 5 minutos.

SO4Ca -----------> SO4Ca

anhidrita tipo III 250-1000 ° C anhidrita tipo II

Esta anhidrita tipo II, es relativamente inerte e insoluble. Su reactividad depende de la temperatura y el tiempo de calcinación relacionados con el tamaño de las partículas. La anhidrita tipo II se le conoce como un yeso cocido a muerte.

SO4Ca -----------> SO4Ca

anhidrita tipo II más de 1000 ° C anhidrita tipo I

La anhidrita tipo I producida a altas temperaturas contiene oxido de calcio libre, generado por la descomposición del sulfato de calcio. Esta anhidrita es soluble y puede fraguar incluso bajo el agua. (tiene propiedades hidráulicas) Las anhidritas producen un conglomerante más denso y con mayor resistencia. Los yesos comerciales, contienen además del hemidrato, cantidades variables de anhidritas y de dihidratos. La presencia de uno u otro, afecta la calidad de los yesos producidos. La variedad del tipo de yeso se puede determinar por análisis térmico diferencial. Cuando se utiliza yeso de roca como materia prima, se introduce al horno un material con un amplio rango granulométrico, que genera toda la gama de yesos descrita anteriormente. Esto dificulta la estandarización de la calidad del producto final.

Comentario: En el tema se menciona el largo proceso y las reacciones químicas que se lleva a cabo con el yeso, todo dirigido al ámbito de la construcción. Conlleva un extenuante proceso donde se incluye calcinación, en el cual simplemente se le extraen moléculas de agua que vienen incluidas desde el principio.

Cemento, cal, polvo y grava

Antiguamente se decía que los agregados eran elementos inertes dentro del concreto ya que no intervenían directamente dentro de las reacciones químicas, la tecnología moderna se establece que siendo este material el que mayor % de participación tendrá dentro de la unidad cúbica de concreto sus propiedades y características diversas influyen en todas las propiedades del concreto.

La influencia de este material en las propiedades del concreto tiene efectos importante no sólo en el acabado y calidad final del concreto sino también sobre la trabajabilidad y consistencia al estado plástico, así como sobre la durabilidad, resistencia, propiedades elásticas y térmicas, cambios volumétricos y peso unitario del concreto endurecido.

La norma de concreto E-060, recomienda que ha pesar que en ciertas circunstancias agregados que no cumplen con los requisitos estipulados han demostrado un buen comportamiento en experiencias de obras ejecutadas, sin embargo debe tenerse en cuenta que un comportamiento satisfactorio en el pasado no garantiza buenos resultados bajo otras condiciones y en diferentes localizaciones, en la medida de lo posible deberán usarse agregados que cumplan con las especificaciones del proyecto.

Existen varias formas de clasificar a los agregados, algunas de las cuales son:

POR SU NATURALEZA:

Los agregados pueden ser naturales o artificiales, siendo los naturales de uso frecuente, además los agregados utilizados en el concreto se pueden clasificar en: agregado grueso, fino y hormigón (agregado global).

a. El agregado fino, se define como aquel que pasa el tamiz 3/8" y queda retenido en la malla N° 200, el más usual es la arena producto resultante de la desintegración de las rocas.

b. El agregado grueso, es aquel que queda retenido en el tamiz N°4 y proviene de la desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y grava.

c. El hormigón, es el material conformado por una mezcla de arena y grava este material mezclado en proporciones arbitrarias se encuentra en forma natural en la corteza terrestre y se emplea tal cual se extrae en la cantera.

POR SU DENSIDAD:

Se pueden clasificar en agregados de peso especifico normal comprendidos entre 2.50 a 2.75, ligeros con pesos específicos menores a 2.5, y agregados pesados cuyos pesos específicos son mayores a 2.75.

POR EL ORIGEN, FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL:

Por naturaleza los agregados tienen forma irregularmente geométrica compuestos aleatoriamente por caras redondeadas y angularidades. En términos descriptivos la forma de los agregados pueden ser:

Angular: Poca evidencia de desgaste en caras y bordes.

Sub angular: Evidencia de algo de desgaste en caras y bordes.

Sub redondeada: Considerable desgaste en caras y bordes.

Redondeada: Bordes casi eliminados.

Muy Redondeada: Sin caras ni bordes

POR EL TAMAÑO DEL AGREGADO:

Según su tamaño, los agregados para concreto son clasificados en:

Agregados finos (arenas) y

Agregados gruesos (piedras).

Áridos y Arenas:

El tamiz que separa un agregado grueso de uno fino es el de 4,75 mm. Es decir, todo agregado menor a 4,75 mm es un agregado fino (arena).

La arena o árido fino es el material que resulta de la desintegración natural de las rocas o se obtiene de la trituración de las mismas, y cuyo tamaño es inferior a los 5mm.

Para su uso se clasifican las arenas por su tamaño. A tal fin se les hace pasar por unos tamices que van reteniendo los granos m’as gruesos y dejan pasar los más finos.

-Arena fina: es la que sus granos pasan por un tamiz de mallas de 1mm de diámetro y son retenidos por otro de 0.25mm.

- Arena media: es aquella cuyos granos pasan por un tamiz de 2.5mm de diámetro y son retenidos por otro de 1mm.

- Arena gruesa: es la que sus granos pasan por un tamiz de 5mm de diámetro y son retenidos por otro de 2.5mm.

Las arenas de granos gruesos dan, por lo general, morteros más resistentes que las finas, si bien tienen el inconveniente de necesitar mucha pasta de conglomerante para rellenar sus huecos y será adherente. En contra partida, el mortero sea plástico, resultando éste muy poroso y poco adherente.

El hormigón es un material formado por cemento, áridos de diferentes granulometrías, agua y aditivos que, mezclado en diferentes proporciones, permite obtener el hormigón que es distribuido en camiones hormigoneras.

Es un material vivo, no almacenable, ya que su tiempo de uso se limita a 90 minutos; a partir de los cuales el hormigón pierde sus propiedades.

Las características especiales de este material obligan a fabricar bajo pedido, adecuando la producción a la situación geográfica, al horario y ritmo de cada obra, debiendo optimizar los recursos para ofrecer no sólo un producto de calidad sino un buen servicio al cliente.

Cualquiera sea el tipo de material utilizado, sus partículas deben ser duras y resistentes, ya que el concreto, como cualquier otro material se romperá por su elemento más débil. Si el agregado es de mala calidad sus partículas se romperán antes que la pasta cementicia,  o el mortero.

Agregado Fino:

Un agregado fino con partículas de forma redondeada y textura suave ha demostrado que requiere menos agua de mezclado, y por lo tanto es preferible en los HAD. 

 Se acepta habitualmente, que el agregado fino causa un efecto mayor en las proporciones de la mezcla que el agregado grueso.- Los primeros tienen una mayor superficie específica y

como la pasta tiene que recubrir todas las superficies de los agregados, el requerimiento de pasta en la mezcla se verá afectado por la proporción en que se incluyan éstos. 

Una óptima granulometría del árido fino es determinante por su requerimiento de agua en los HAD, más que por el acomodamiento físico. 

La experiencia indica que las arenas con un módulo de finura ( MF ) inferior a 2.5 dan hormigones con consistencia pegajosa, haciéndolo difícil de compactar. Arenas con un módulo de finura de 3.0 han dado los mejores resultados en cuanto a trabajabilidad y resistencia a la compresión. 

Agregado Grueso: 

Numerosos estudios han demostrado que para una resistencia a la compresión alta con un elevado contenido de cemento y baja relación agua-cemento el tamaño máximo de agregado debe mantenerse en el mínimo posible (12,7 a 9,5 ). 

En principio el incremento en la resistencia a medida que disminuye el tamaño máximo del agregado se debe a una reducción en los esfuerzos de adherencia debido al aumento de la superficie específica de las partículas. 

Se ha encontrado que la adherencia a una partícula de 76 mm. es apenas un 10% de la correspondiente a una de 12,5 mm., y que excepto para agregados extremadamente buenos o malos, la adherencia es aproximadamente entre el 50 a 60% de la resistencia de la pasta a los 7 días. 

Las fuerzas de vínculo dependen de la forma y textura superficial del agregado grueso, de la reacción química entre los componentes de la pasta de cemento y los agregados. 

Otro aspecto que tiene que ver con el tamaño máximo del agregado es el hecho de que existe una mayor probabilidad de encontrar fisuras o fallas en una partícula de mayor tamaño provocadas por los procesos de explotación de las canteras (dinamitado) y debido a la reducción de tamaño (trituración), lo cual lo convertirá en un material indeseable para su utilización en concreto. 

También se considera que la alta resistencia producida por agregados de menor tamaño se debe a una baja en la concentración de esfuerzos alrededor de las partículas, la cual es causada por la diferencia de los módulos elásticos de la pasta y el agregado 

Se ha demostrado que la grava triturada produce resistencias mayores que la redondeada.- Esto se debe a la trabazón mecánica que se desarrolla en las partículas angulosas.

Sin embargo se debe evitar una angulosidad excesiva debido al aumento en el requerimiento de agua y disminución de la trabajabilidad a que esto conlleva.

El agregado ideal debe ser limpio, cúbico, anguloso, triturado 100%, con un mínimo de partículas planas y elongadas. 

FUNCIONES EN EL CONCRETO:

El agregado dentro del concreto cumple principalmente las siguientes funciones:

a. Como esqueleto o relleno adecuado para la pasta (cemento y agua), reduciendo el

contenido de pasta en el metro cúbico.

b. Proporciona una masa de partículas capaz de resistir las acciones mecánicas de desgaste o de intemperismo, que puedan actuar sobre el concreto.

c. Reducir los cambios de volumen resultantes de los procesos de fraguado y endurecimiento, de humedecimiento y secado o de calentamiento de la pasta.

Los agregados finos son comúnmente identificados por un número denominado Módulo de finura, que en general es más pequeño a medida que el agregado es más fino. La función de los agregados en el concreto es la de crear un esqueleto rígido y estable lo que se logra uniéndolos con cemento y agua (pasta). Cuando el concreto está fresco, la pasta también lubrica las partículas de agregado otorgándole cohesión y trabajabilidad a la mezcla.

Para cumplir satisfactoriamente con estas funciones la pasta debe cubrir totalmente la superficie de los agregados Si se fractura una piedra, como se observa en la figura, se reducirá su tamaño y aparecerán nuevas superficies sin haberse modificado el peso total de piedra.

Los agregados finos y gruesos ocupan comúnmente de 60% a 75% del volumen del concreto (70% a 85% en peso), e influyen notablemente en las propiedades del concreto recién mezclado y endurecido, en las proporciones de la mezcla, y en la economía. Los agregados finos comúnmente consisten en arena natural o piedra triturada siendo la mayoría de sus partículas menores que 5mm. Los agregados gruesos consisten en una grava o una combinación de grava o agregado triturado cuyas partículas sean predominantemente mayores que 5mm y generalmente entre 9.5 mm y 38mm. Algunos depósitos naturales de agregado, a veces llamados gravas de mina, río, lago o lecho marino. El agregado triturado se produce triturando roca de cantera, piedra bola, guijarros, o grava de gran tamaño. La escoria de alto horno enfriada al aire y triturada también se utiliza como agregado grueso o fino.

El esqueleto granular está formado por los agregados que son elementos inertes, generalmente más resistentes que la pasta cementicia y además económicos. Por lo tanto conviene colocar la mayor cantidad posible de agregados para lograr un concreto resistente, que no presente grandes variaciones dimensionales y sea económico.

Pero hay un límite en el contenido de agregados gruesos dado por la trabajabilidad del concreto. Si la cantidad de agregados gruesos es excesiva la mezcla se volverá difícil de trabajar y habrá una tendencia de los agregados gruesos a separarse del mortero (segregación). Llegado este caso se suele decir que el concreto es "áspero", "pedregoso" y "poco dócil".

En el concreto fresco, es decir recién elaborado y hasta que comience su fraguado, la pasta  cementicia tiene la función de lubricar las partículas del agregado, permitiendo la movilidad de la mezcla. En este aspecto también colabora el agregado fino (arena).

La arena debe estar presente en una cantidad mínima que permita una buena trabajabilidad y brinde cohesión a la mezcla. Pero no debe estar en exceso porque perjudicará las resistencias.

Se debe optimizar la proporción de cada material de forma tal que se logren las propiedades deseadas al mismo costo.

El concreto reciclado, o concreto de desperdicio triturado, es una fuente factible de agregados y una realidad económica donde escaseen agregados de calidad.

Los agregados de calidad deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril optimo: deben consistir en partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la adherencia la pasta del cemento. Las partículas de

agregado que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son indeseables. Los agregado que contengan cantidades apreciables de esquistos o de otras rocas esquistosas, de materiales suaves y porosos, y ciertos tipos de horsteno deberán evitarse en especial, puesto que tiene baja resistencia al intemperismo y pueden ser causa de defectos en la superficie tales como erupciones.

Comentario: Existe una estrecha relación entre el cemento, la cal, el polvo y la grava, estos sirven de mucho para el ámbito de la construcción, sirviendo de agregados que brindaran diferentes características y propiedades a la mezcla, todo en beneficio de la construcción, pero siempre cuidando que no se haga con cantidades que no sean las adecuadas.

Reactivo limitante

El reactivo limitante es el reactivo que en una reacción química determina, o limita, la cantidad de producto formado, y provoca una concentración limitante a la anterior. Cuando una ecuación está balanceada, la estequiometría se emplea para saber los moles de un producto obtenidos a partir de un número conocido de moles de un reactivo. La relación de moles entre reactivo y producto se obtiene de la ecuación balanceada.

Generalmente cuando se efectúa una reacción química los reactivos no se encuentran en cantidades estequiométricamente exactas, es decir, en las proporciones que indica su ecuación balanceada. En consecuencia, algunos reactivos se consumen totalmente, mientras que otros son recuperados al finalizar la reacción. El reactivo que se consume en primer lugar es llamado reactivo limitante, ya que la cantidad de éste determina la cantidad total de producto formado. Cuando este reactivo se consume, la reacción se detiene. El o los reactivos que no se consumen parcialmente son los reactivos en exceso.

La cantidad de producto que se obtiene cuando reacciona todo el reactivo limitante se denomina rendimiento teórico de la reacción.

El concepto de reactivo limitante, permite a los químicos asegurarse de que un reactivo, el más costoso, sea completamente consumido en el transcurso de una reacción, aprovechándose así al máximo.

Geometría molecular

La geometría molecular o estructura molecular se refiere a la disposición tridimensional de los átomos que constituyen una molécula. Determina muchas de las propiedades de las moléculas, como son la reactividad, polaridad, fase, color, magnetismo, actividad biológica, etc. Actualmente, el principal modelo de geometría molecular es la Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de Valencia (TRePEV), empleada internacionalmente por su gran predictibilidad.

Determinación de la geometría molecular

Las geometrías moleculares se determinan mejor a temperaturas próximas al cero absoluto porque a temperaturas más altas las moléculas presentarán un movimiento rotacional considerable. En el estado sólido la geometría molecular puede ser medida por Difracción de rayos X. Las geometrías se pueden calcular por procedimientos mecánico cuánticos ab initio o por métodos semiempíricos de modelamiento molecular.

La posición de cada átomo se determina por la naturaleza de los enlaces químicos con los que se conecta a sus átomos vecinos. La geometría molecular puede describirse por las posiciones de estos átomos en el espacio, mencionando la longitud de enlace de dos átomos unidos, ángulo de enlace de tres átomos conectados y ángulo de torsión de tres enlaces consecutivos

Isómeros

Los isómeros son tipos de moléculas que comparten la misma fórmula química, pero que tienen diferentes geometrías, resultando en propiedades muy distintas:

Una sustancia "pura" está compuesta de sólo un tipo de isómero de una molécula (todas tienen la misma estructura geométrica).

Los isómeros estructurales tienen la misma fórmula química, pero diferente ordenamiento físico, frecuentemente formando geometrías moleculares alternas con propiedades muy diferentes. Los átomos no están enlazados (conectados) en el mismo orden.

Los isómeros funcionales son una clase especial de isómeros estructurales, donde ciertos grupos de átomos exhiben un tipo especial de comportamiento, como es un éter o un alcohol.

La estereoisómeros pueden tener muchas propiedades físico-químicas idénticas y, al mismo tiempo, actividad biológica muy diferente. Esto se debe a que poseen la quiralidad que es muy común en los sistemas vivientes. Una manifestación de esta quiralidad es su habilidad para hacer rotar la luz polarizada en direcciones diferentes.

Protein folding, que concierne a la compleja geometría y diferentes isómeros que las proteínas pueden tener.

La geometría molecular se representa en una pirámide en la cual en la punta inicial hay una molécula de oxígeno con carga negativa, quedando en las otras dos puntas dos moléculas de hidrógeno con carga positiva, que son separadas por un ángulo de 104.5º; el enlace que une los hidrógenos con el oxígeno se llama enlace covalente, y también existe un enlace que une a otra pirámide idéntica a la anteriormente nombrada llamado enlace puente hidrógeno.

Tipo de

moléculaForma

Disposición

electrónica†Geometría‡ Ejemplos

AX1En

Molécula

diatómicaHF, O2, CO

AX2E0 Lineal BeCl2, HgCl2, CO2,PbCl2

AX2E1 Angular NO2−, SO2, O3

Tipo de

moléculaForma

Disposición

electrónica†Geometría‡ Ejemplos

AX2E2 Angular H2O, OF2, SCl2

AX2E3 Lineal XeF2, I3−

AX3E0 Trigonal plana BF3, CO32−, NO3

−, SO3

AX3E1

Pirámide

trigonalNH3, PCl3

AX3E2 Forma de T ClF3, BrF3

AX4E0 Tetraédrica CH4, PO43−, SO4

2−, ClO4−

Tipo de

moléculaForma

Disposición

electrónica†Geometría‡ Ejemplos

AX4E1 Balancín SF4

AX4E2 Cuadrada plana XeF4

AX5E0

Bipirámide

trigonalPCl5

AX5E1

Pirámide

cuadrangularClF5, BrF5

AX6E0 Octaédrica SF6

AX6E1

Pirámide

pentagonal

XeOF—

5, IOF2-

51

Tipo de

moléculaForma

Disposición

electrónica†Geometría‡ Ejemplos

AX7E0

Bipirámide

pentagonalIF7

Comentario: La geometría molecular, en pocas palabras, sirve de mucho, ya que es aquella que nos ayudara a detectar algunas de las características de las moléculas, todo dependiendo de la forma en que estén acomodados sus átomos correspondientes. Por lo que pude entender, cada molécula será diferente a la de otro tipo, teniendo cada una caracteristicas y propiedades unicas.

Redes cristalinas

La red cristalina está formada por iones de signo opuesto, de manera que cada uno crea a su alrededor un campo eléctrico que posibilita que estén rodeados de iones contrarios.

Los sólidos cristalinos mantienen sus iones practicamente en contacto mutuo, lo que explica que sean prácticamente incompresibles. Además, estos iones no pueden moverse libremente, sino que se hallan dispuestos en posiciones fijas distribuídas desordenadamente en el espacio formando retículos cristalinos o redes espaciales. Los cristalógrafos clasifican los retículos cristalinos en siete tipos de poliedros llama sistemas cristalográficos. En cada uno de ellos los iones pueden ocupar los vértices, los centros de las caras o el centro del cuerpo de dichos poliedros. El más sencillo de éstos recibe el nombre de celdilla unidad.

 Uno de los parámetros básicos de todo cristal es el llamado índice de coordinación que podemos definir como el número de iones de un signo que rodean a un ion de signo opuesto. Podrán existir, según los casos, índices diferentes para el catión y para el anión.

 El índice de coordinación, así como el tipo de estructura geométrica en que cristalice un compuesto iónico dependen de dos factores:

• Tamaño de los iones. El valor del radio de los iones marcará las distancias de equilibrio a que éstos se situarán entre sí por simple cuestión de cabida eni espacio de la red.

• Carga de los iones. Se agruparán los iones en la red de forma que se mantenga la electroneutralidad del cristal.

 El número de iones existentes en la red cristalina es indefinido, de manera que la fórmula con que caracterizamos una sustancia iónica sólo indica la cantidad relativa (proporción) de iones de uno u otro signo que deben existir en el cristal para mantener la neutralidad eléctrica.

Podemos agrupar la mayor parte de los compuestos iónicos en una serie de estructuras:

Red Índice de coordinación Compuesto

Cúbica centrada en el cuerpo 8 CsCl, CsBr, Csl

 

Cúbica centrada en las caras 6NaCl, NaBr, Nal, MgO, CaO

 

Tetraédrica 4ZnS, BeO, BeS

 

Tipo fluoritaCatión = 8Anión = 4

CaF2, SrF2, BaCl2

 

Tipo rutiloCatión = 6Anión = 3

TiO2, SnO2, PbO2

 

Comentario: Las redes cristalinas se forman mediante iones de carga opuesta que entran en contacto entre sí mismas, así formándose paredes de cristal. Todo dependerá primordialmente del tamaño de los iones, y de la carga de los mismos.

Tipos de enlace

Los enlaces son las fuerzas que unen a los átomos entre sí para que estos conformen moléculas. Existen tres tipos de enlaces: el iónico, el metálico y el covalente.

Enlace iónico: este enlace se da con la atracción electroestática de átomos que poseen cargas eléctricas cuyos signos son contrarios. Para que se realice este enlace, necesariamente uno de los elementos debe cederle electrones a otro. Generalmente, los enlaces iónicos se dan entre un metal que cede electrones y un no metal. El primero es electropositivo y el segundo electronegativo. Estos enlaces se caracterizan por poseer elevados puntos de ebullición y fusión, suelen ser solubles y, en soluciones acuosas o fundidos, conducen electricidad aunque no en estado sólido.

Enlace covalente: a diferencia de los enlaces iónicos, los covalentes se establece a partir del compartimiento, entre dos o varios átomos, de electrones y no de su transferencia. De esta manera, los átomos se unen por medio de los electrones ubicados en las últimas órbitas. Suele establecerse entre elementos gaseosos no metales. Existen dos tipos de sustancias covalentes: las redes y las sustancias covalentes moleculares. Las redes se caracterizan por ser aislantes, sólidas, duras y las temperaturas de ebullición y fusión son muy altas. Las sustancias, en cambio, son blandas, aislantes del calor y de la corriente eléctrica, sus temperaturas de ebullición y fusión son bajas y pueden encontrarse en estado sólido, líquido o gaseoso.

Enlace metálico: es el que mantiene unidos a los átomos de los metales entre sí y sólo se da entre sustancias que se encuentren en estado sólido. Los átomos metálicos conforman estructuras muy compactas al agruparse muy próximos entre sí. Los electrones de valencia tienen la capacidad de moverse con libertad en el compuesto metálico a causa de la baja electronegatividad que tienen los metales. Esto hace que el compuesto posea conductividad térmica y eléctrica. Estos enlaces se caracterizan por encontrarse en estado sólido, poseer brillo metálico, son maleables y dúctiles y emiten electrones al recibir calor.

Comentario: Un enlace químico es la fuerza que mantiene unidos a dos átomos entre sí para formar moléculas. Dependiendo de los átomos que se unan, será el tipo de enlace. Por lo que entendí, el enlace iónico es aquel enlace en el que se une un "no metal" + un metal. Por otro lado, el enlace covalente es aquel donde la fuerza unirá un elemento no metal con otro no metal. Y por el contrario, el enlace metálico, se encarga de la unión de un átomo metálico con otro metálico.

Fuerzas de Van der Walls

En fisicoquímica, las fuerzas de Van der Waals (o interacciones de Van der Waals), denominada así en honor al científico neerlandés Johannes Diderik van der Waals, es la fuerza atractiva o repulsiva entre moléculas (o entre partes de una misma molécula) distintas a aquellas debidas al enlace covalente o a la interacción electrostática de iones con otros o con moléculas neutras. El término incluye:

fuerzas dipolo permanente-dipolo permanente (fuerzas de Keesom o interacción dipolo-dipolo)

fuerzas dipolo permanente-dipolo inducido (fuerzas de Debye)

fuerzas dipolo inducido instantáneo-dipolo inducido (fuerzas de dispersión de London)

Las fuerzas de Van der Waals son relativamente débiles comparadas con los enlaces químicos normales, pero juegan un rol fundamental en campos tan diversos como química supramolecular,biología estructural, ciencia de polímeros, nanotecnología, ciencia de superficies, y física de la materia condensada. Las fuerzas de Van der Waals definen el carácter químico de muchos compuestos orgánicos. También definen la solubilidad de los alcoholes inferiores. Las propiedades del grupo polar hidróxilo dominan a las débiles fuerzas intermoleculares de Van der Waals.

Las fuerzas de Van der Waals incluyen a atracciones entre átomos, moléculas, y superficies. También tiene un componente atractivo que, a su vez, consiste de tres contribuciones distintas:

1. La primera fuente de atracción es la interacción electrostática, también denominada interacción de Keesom o fuerza de Keesom, en honor a Willem Hendrik Keesom.

2. La segunda fuente de atracción es la inducción (también denominada polarización electroquímica), que es la interacción entre un ultipolo permanente en una molécula, con un multipoloinducido en otra. Esta interacción se mide algunas veces en debyes, en honor a Peter Debye.

3. La tercera atracción suele ser denominada en honor a Fritz London que la denominaba dispersión. Es la única atracción experimentada por moléculas no polares, pero opera entre cualquier par de moléculas, sin importar su simetría.

4. A distancias de radios de Van der Waals.

Todas las fuerzas intermoleculares de Van der Waals presentan anisotropía (excepto aquellas entre átomos de dos gases nobles), lo que significa que dependen de la orientación relativa de las moléculas. Las interacciones de inducción y dispersión son siempre atractivas, sin importar su orientación, pero el signo de la interacción cambia con la rotación de las moléculas. Esto es, la fuerza electrostática puede ser atractiva o repulsiva, dependiendo de la orientación mutua de las moléculas. Cuando las moléculas tienen movimiento térmico, como cuando están en fase gaseosa o líquida, la fuerza electrostática se reduce significativamente, debido a que las moléculas rotan térmicamente y experimentan las partes repulsiva y atractiva de la fuerza

electrostática. Algunas veces, este efecto se expresa indicando que el "movimiento térmico aleatorio a temperatura ambiente puede imponerlo o anularlo" (refiriéndose al componente electrostático de la fuerza de Van der Waals). Claramente, el efecto térmico promedio es mucho menos pronunciado para las fuerzas atractivas de inducción y dispersión.

Comentario: Por lo que entendí del tema, la fuerza Van der Walls es simplemente un tipo de enlace, mas débil que los enlaces comunes, pero de igual importancia. Este tipo de enlace, ayuda a definir el carácter químico de los compuestos orgánicos. Este menciona atracción entre átomos, moléculas y superficies.