Sádrovec, hemihydrát a anhydrit: Vlastnosti, vznik a využití

Sádrovec je hydratovaný síran vápenatý, CaSO4·2H2O, a je známý také pod označením gyps. Jedná se o velmi rozmanitý minerál, u kterého je známo asi 70 jeho tvarů. Sádrovec zpravidla neobsahuje izomorfní příměsi a krystalizuje v jednoklonné (monoklinické) soustavě. Ve vrstevnaté krystalové struktuře sádrovce jsou dva listy anionových skupin [SO4]2- úzce spojené s ionty Ca2+. Molekuly H2O jsou mezi dvojitými vrstvami, což vysvětluje výbornou štěpnost sádrovce. Každý iont vápníku obklopuje 6 iontů kyslíku, které patří skupinám [SO4]2-, a 2 molekuly vody. Každá molekula H2O spojuje iont Ca s jedním iontem kyslíku ve stejné dvojité vrstvě a s druhým iontem kyslíku v sousední vrstvě.

Vznik a výskyt sádrovce

Sádrovec vzniká různými způsoby: z vulkanických plynů, vysrážením z mořské vody, v oxidačních zónách sulfátových usazenin, ale je i hydrotermální. Je to typický minerál sedimentogenních a zvětrávacích procesů. U nás se objevuje jako produkt oxidace pyritu (např. Chvaletice) a je velmi hojným produktem větrání kyzů i v horninách, například v okolí Prahy. Velká ložiska sádrovce vznikla odpařováním mořské vody, například v Kobeřicích u Opavy. Jednotlivé krystaly a jejich shluky lze najít v jílech a slínech na Jižní Moravě. Sádrovec vykvétá s jinými solemi ve stepních a pouštních oblastech, kde tvoří i konkrece, krusty a takzvané "pouštní růže" (shluky tabulkovitých vějířovitých krystalů narůžovělé barvy). Za redukčních podmínek krystalizuje kolem teplých pramenů, například u Františkových Lázní. Hojně se vyskytuje v hnědouhelných pánvích, například u Šardic na Hodonínsku a u Kadaně. Na Slovensku je primární na hydrotermálních ložiskách u Banské Štiavnice. Znamenité krystaly jsou známy ze solných ložisek u Prešova a Michalovců.

Lokalizace ložisek sádrovce

  • Česká republika: Menší ložiska v Kobeřicích a Kateřinkách, dále se nachází například ve Zbýšově, Oslavanech, Zastávce, dříve v jílovitých břidlicích v Praze. Krásné srostlice se nacházely ve Strkovicích.
  • Svět: Známé jsou obří krystaly z Mexika o délce několika metrů, dále je v USA, Kanadě, Číně, Itálii, Francii, Německu, Polsku a na spoustě dalších lokalit.

Fyzikální a chemické vlastnosti sádrovce

Sádrovec bývá jemně krystalický až celistvý, tvoří tabulky, čočkovité tvary, jehlicovité, vláknité agregáty, růžice, konkrece. Na krystalech je známo asi 70 jednoduchých tvarů, z nich 15 běžných. Často dvojčatí (takzvané vlaštovčí ocasy a pařížská dvojčata). Obvykle tvoří jemně zrnité (sněhobílý alabastr), celistvé, vláknité nebo lupenité (dokonale čiré mariánské sklo) agregáty.

Charakteristika sádrovce

  • Barva: Většinou je bezbarvý, dle příměsí i bílý, šedý, žlutý, nažloutlý, hnědavý až černý.
  • Průsvitnost: Průsvitný až průhledný.
  • Vryp: Bílý.
  • Lesk: Skelný, na štěpných plochách perleťový.
  • Štěpnost: Štěpné lupínky jsou poněkud ohebné.
  • Rozpustnost: Nepatrně rozpustný ve vodě, dobře v HCl.
  • Vedení tepla: Špatný vodič tepla.
  • Tvrdost: 1,5 - 2 (v závislosti na anizotropii).
  • Hustota: 2,3 g.cm-3 (přírodního sádrovce).

Sádrovec tvoří pseudomorfózy po kalcitu, anhydritu a halitu, sám je nahrazován aragonitem, kalcitem, křemenem a opálem.

Přeměna sádrovce na sádru (hemihydrát)

Sádrovec je dihydrát síranu vápenatého CaSO4·2H2O, což znamená, že krystalizuje se dvěma molekulami vody. Množství krystalové vody tvoří necelých 21 % hmotnosti. Sádru získáváme zahřátím sádrovce, přičemž se odstraní určité množství krystalové vody.

Čtěte také: Jak na rekonstrukci trámové podlahy

Pražením sádrovce při 150 stupních Celsia vzniká všem dobře známá sádra CaSO4·1/2H2O, která obsahuje pouze jednu molekulu vody na dvě molekuly síranu vápenatého. Jde tedy o hemihydrát síranu vápenatého (polohydrát).

Fáze dehydratace sádrovce a rehydratace sádry

  1. Dihydrát (sádrovec): CaSO4·2H2O. Jedná se o výchozí produkt při dehydrataci (výrobě sádry) a konečný produkt po ztuhnutí (rehydrataci). Dihydrát je stabilní jen při teplotách do 40 °C.
  2. Polohydrát (sádra): CaSO4·1/2H2O. Vzniká při vyšších teplotách odvodněním - dehydratací. Vyskytuje se ve dvou formách α a β, které se liší způsobem výroby a vlastnostmi.

Výroba polohydrátu α a β

  • Polohydrát β: Vytváří vločkovité, šupinkovité částice, které jsou tvořeny z velice jemných krystalů. Vzniká suchou dehydratací zahřátím v suchém vzduchu mezi 95-200 °C. Rozemletý sádrovec se zahřívá v otevřených nebo rotačních pecích za přístupu vzduchu při teplotách 120-180 °C, krystalky sádrovce se při tom poruší unikající párou z krystalové vody.
  • Polohydrát α: Je z kompaktních hutných, většinou průhledných krystalů. Vyrábí se mokrou dehydratací buď pod tlakem v autoklávu (sádra se nazývá hydrokal), nebo bez tlaku v roztocích kyselin nebo solí při teplotách mezi 80-150 °C (sádra se nazývá denzit). Hotový polohydrát α se ihned suší při 105 °C a pak mele na jemný prášek. Výsledné vlastnosti polohydrátu α lze do značné míry ovlivnit variacemi v tlaku, teplotě a způsobu sušení.

Reakce dehydratace a rehydratace

CaSO4·2H2O + energie → CaSO4·1/2H2O + 1 1/2H2O

CaSO4·1/2H2O + 1 1/2H2O → CaSO4·2H2O

Tuhnutí sádry a ovlivňující faktory

Po smíšení sádry s vodou vzniklá kaše ztuhne za opětného vzniku sádrovce. Proces probíhá tak, že po rozmíchání prášku polohydrátu s vodou v předepsaném poměru začíná směs tuhnout a vytváří nejdříve mazlavou a později tvrdou hmotu. Ve směsi dochází k rozpouštění polohydrátu ve vodě a vytvoření jeho nasyceného roztoku. V něm se polohydrát změní na dihydrát a ten vykrystalizuje. Proces probíhá tak dlouho, až je celý prostor vyplněn dlouhými, do sebe zaklíněnými krystaly dihydrátu a sádra ztuhne.

K rehydrataci je třeba jen část vody, kterou použijeme při míchání. Předepsaný poměr vody a sádry označujeme V/S. Je-li například 0,6, je považován za vyšší a znamená, že na 100 g sádry použijeme 60 ml vody.

Čtěte také: Která podlaha je lepší?

Faktory ovlivňující rychlost tuhnutí sádry

  • Urychlovače: Rychlost tuhnutí sádry lze zvýšit různými způsoby, například některými anorganickými kyselinami nebo jejich solemi. Samotným sádrovcem, přidaným v množství 0,1 %, urychlíme tuhnutí o 75 %. Tuhnutí urychlují také chloridy nebo sírany, například síran draselný K2SO4 v množství 2-3 %. Účinné jsou i některé fyzikální prostředky jako delší a intenzivnější míchání, nižší poměr V/S nebo vyšší teplota vody, ale pouze do 37 °C.
  • Zpomalovače: Prodlužování doby tuhnutí naopak způsobí organické kyseliny a jejich soli, koloidy (krev na otisku), želatina a agar. Účinným zpomalovačem je borax, ale také chlorid sodný, pokud se použije v množství nad 3 %.

Expanze sádry

Zvětšování objemu nazýváme expanze a její vznik a průběh jsou značně nejasné. Probíhá souběžně se zvyšováním teploty tuhnoucí sádry a navíc je velmi těžké na celkové změně objemu rozeznat podíl počátečního zmenšení - kontrakce. Kontrakce, která nastoupí hned po smíchání, převládá tak dlouho, dokud dalšímu smršťování nezabrání vznikající pevná struktura tuhnoucí hmoty. Od tohoto okamžiku až do konce rehydratace se objem zvětšuje. Tepelná složka expanze je reverzibilní, což znamená, že po vychladnutí se teplem zvětšený objem opět zmenší. Velikost expanze lze také ovlivnit různým způsobem. Čím bude vyšší poměr V/S, tím nižší bude expanze. Z užívaných urychlovačů tuhnutí zmenšuje přísada 2% síranu draselného expanzi o 50 %, sádrovec v množství 1 % ji naopak o 10 % zvyšuje. Vysoká vlhkost vzduchu během tuhnutí při 23 °C zvyšuje expanzi až o 15 %. Alginátové otisky zvyšují expanzi sádry, zatímco silikonové ji nijak nezvětšují. Sádra expanduje rovnoměrně a stlačí při tom každou pružnou otiskovací hmotu.

Pevnost a tvrdost sádry

Hustota přírodního sádrovce je 2,3 g/cm³ proti 0,5-1,6 g/cm³ u rehydratovaného sádrovce, tedy ztuhlé sádry. Rozdíly jsou způsobeny různým množstvím vody potřebné k smíchání. Pevnost ztuhlého vyschlého sádrového modelu je závislá na jeho hustotě, na jeho porozitě (pórovitosti) a užitém poměru vody a sádry. Přebytečná voda zůstává po ztuhnutí v pórech modelu a snižuje jeho pevnost stejně jako vzduch vpravený při míchání do směsi. Vyschnutím modelu pevnost stoupá a u přírodních druhů sádry dosáhneme konečné hodnoty asi za týden, u chemických za 4 dny. Ještě 5 % vlhkosti však snižuje pevnost modelu o polovinu! Pevnost i tvrdost sádry závisí na řadě faktorů významných pro laboratorní zpracování. Čím menší množství vody použijeme, tím pevnější a tvrdší bude sádra. Při tuhnutí v otisku je sádra na dně pevnější než v horní části modelu. Z otiskovacích materiálů zmenšují pevnost sádry hydrokoloidy. Po vyplnění sádrou musí být z hydrokoloidního alginátového otisku vyjmut model maximálně za 30-40 minut. Hydrokoloidní otiskovací hmoty při delším ponechání na ztuhlém modelu ztrácejí při kontaktu se sádrou mnoho vody, sádra je méně pevná, modely zubů se snadno lámou a povrch modelu je málo odolný vůči otěru.

Význam a využití sádrovce a sádry

Význam sádrovce je velký. Sádra je univerzální materiál a podle použití patří do několika skupin pomocných hmot: otiskovacích, modelových, formovacích a v dalších je obsažena. I když se v současnosti k otiskování už téměř neužívá, získala zato zcela univerzální postavení jako materiál užívaný k přípravě všech typů situačních modelů a lisovacích forem na zpracování korunkových a bazálních plastů. Základní surovina pro výrobu sádry, sádrovec, se vyskytuje po celém světě, je snadno dosažitelný a poměrně levný. Dnes se sádra stále používá více ve stavebnictví než v zubní protetice.

Využití sádry a síranu vápenatého

  • Stavebnictví: Sádra se vyrábí ze sádrovce a přidává se při výrobě cementu.
  • Zubní protetika: Sádra se používá k přípravě všech typů situačních modelů a lisovacích forem.
  • Potravinářství (E 516): Od roku 1995 je síran vápenatý v EU schválen v potravinářském průmyslu pod názvem E 516 jako potravinářská přídatná látka bez množstevního omezení.
    • Funkce: Regulátor kyselosti, nosič (např. pro potravinářská barviva), zpevňující látka, prostředek k úpravě mouky, komplexotvorná látka a stabilizátor.
    • Použití:
      • Směsi na pečení: Reguluje kyselost, stabilizuje a zpevňuje těsto, podporuje množení kvasinkových kultur v chlebu.
      • Konzervované potraviny: Slouží jako zpevňující prostředek (např. pro rajčata, brambory, mrkev, fazole a papriky).
      • Výroba tofu: Slouží jako koagulant, díky němuž je tofu odolné proti krájení.
      • Doplňky stravy: Tělo absorbuje síran vápenatý velmi snadno, proto se přidává do doplňků stravy jako zdroj vápníku.
      • Potraviny pro děti: Přidává se do potravin (např. do kukuřičných lupínků) jako reklama na "vápník navíc".

Zajímavosti

Krystaly sádrovce v mexické Jeskyni Krystalů dosahují mnohametrových délek. Největší z nich je 11 m dlouhý, 4 m široký a váží 55 tun. Tyto krystaly vznikají shlukováním drobných krystalků příbuzného minerálu bassanitu CaSO4·H2O v roztoku nasyceném síranem vápenatým.

Čtěte také: Příprava anhydritové podlahy před pokládkou

tags: #sadrovec #hemihydrat #anhydrit #informace

Oblíbené příspěvky: