Расчет толщины фундаментной плиты: Плитный фундамент расчет толщины — подробное объяснение с удобным калькулятором

Содержание

расчет толщины бетона для дома из газобетона

Эскиз с указанием толщины плитного фундамента

Монолитные плитные фундаменты можно встретить не только в частном, но и хозяйственном строительстве. Монолитные плиты способны выдерживать большие нагрузки, масса построенного здания равномерно распределяется между плитой и грунтом, поэтому фактор проседания в таких основаниях отсутствует.

Они могут быть различной конструкции, глубины установки и типа, но в целом, состоят из бетона и арматурного пояса. Дополнительно используется песчано-гравийная подушка и гидроизоляция, но это уже сопутствующие материалы и на толщину, собственно, плиты они не влияют. Часто используются как основание для газобетонных и кирпичных зданий.

Какие параметры влияют на расчет плиты

Схема с указанием толщины всех слоев плитного фундамента

Любой расчет плиты для монолитного фундамента нужно начинать непосредственно с подготовки эскизного проекта будущего дома. Также изначально учитывается еще ряд ключевых параметров, без которых правильно посчитать толщину основания не получится:

  • материал будущего здания, это может быть дерево, кирпич или газобетон;
  • расстояние между арматурными слоями. Это расчетный параметр, зависит от глубины залегания грунтовых вод, структуры почвы и способа выполнения плиты;
  • расчетная толщина бетона. Нужно помнить, что бетон должен полностью закрыть арматуру на всех плоскостях без исключения, желательно давать резервную толщину по опалубке не менее 5−7 см;
  • толщина, тип и размеры арматурной сетки.

Как правило, для мягких и легких строительных материалов, типа газобетона, достаточно только просуммировать все эти показатели и тогда получится толщина плиты. Оптимальной считается толщина плиты в 20− 30 см, но конечный результат также определяется составом почвы и равномерностью залегания всех грунтовых пород. Иногда к таким показателям также добавляется параметр послойного суммирования, если грунты неоднородные.

Кроме габаритов самого плитного основания, существует также толщина дренажного слоя, песчаной подушки и гидроизоляционного слоя. Также нужно помнить, что для обустройства такого фундамента нужно снять верхний плодородный слой почвы и вырыть котлован на глубину не менее 0,5 м. Такая глубина залегания дна котлована определяется необходимостью укладывать щебень толщиной 0,2 м и песок на толщину 0,3 м.

В результате получается, что расчетная толщина плитного фундамента составляет суммарно приблизительно 0,6 м. Но и такая величина не считается стандартной, ведь также существует фактор проседания почвы за счет массы здания, есть свои характеристики грунта и высота расположения грунтового горизонта. Также стоит учитывать массу бетона, которая также будет влиять на толщину конструкции в целом.

Например, фундамент для кирпичного дома должен на 5 см быть толще, чем для газобетона. Также учитывается наличие дополнительных этажей, так как каждый добавляет свою нагрузку на основание, и оно будет равномерно возрастать в толщине.

Итак, чем выше и больше здание, тем толще фундаментная плита, а если дом сделан из газобетона, тогда плита будет еще толще. Стандартный двухэтажный дом из газобетона будет устроен на плите толщиной от 35 см, иногда даже и больше, если дом имеет сложную структуру и разветвленную систему несущих стен и перегородок.

Для чего нужно рассчитывать толщину плитного фундамента

Толщина готового плитного основания под здание

Все расчеты плитных оснований всегда делаются в строгом соответствии с нормами ГОСТ и СНиП. Если будет точно рассчитано, какая конструкция для данного здания будет оптимальной, то можно точно рассчитать необходимое количество бетона для его возведения и фундамент получится очень прочный, как и будущий дом.

Перед началом расчетов нужно дополнительно получить следующие данные:

  1. Общий периметр фундамента (соответствует размерам дома, может быть немного больше за счет дополнительной отмостки или внешнего гидроизоляционного слоя).
  2. Суммарную площадь плиты с учетом всех защитных слоев и гидроизоляций.
  3. Площадь поверхностей, которые прямо контактируют с грунтом.
  4. Количество строительных материалов
  5. Расчетные нагрузки на почву за счет подошвы.

А также необходимы данные о конструкции арматурного пояса, периодичности ячеек и общего веса арматуры.

Расчет песчано-щебеневой подушки

Схематическое отображение плитного фундамента с указанием толщины песчано-щебневой подушки

Толщина подушки часто меняется в зависимости от состояния грунта и типа здания, а также из чего дом сделан. Толщина зависит от множества показателей, ведь для деревянных зданий достаточно подушки толщиной в 15 см, а вот для массивных домов из газобетона – уже не менее полуметра. Но, как правило, толщина подушки рассчитывается для каждого дома индивидуально, тут учитываются следующие факторы:

  • состояние и структура грунта;
  • степень промерзания почвы;
  • пучение почв и сезонные подвижки;
  • влажность почвы и высота залегания грунтовых горизонтов;
  • материал дома и суммарная масса здания;
  • размеры плиты.

Щебень в подушке нужен для компенсации пучинистости грунта, поэтому невысокую плотность почвы щебень компенсирует каменистостью. Также это отличный дренажный материал, особенно на глинистых грунтах с высоким содержанием влаги. Песок обеспечивает равномерное распределение массы здания по всей площади подошвы.

Пример расчета основных параметров плиты фундамента

Эскиз оптимальной толщины плиты фундамента

Чтобы правильно разобраться в расчете параметров плитного фундамента, а также четко рассчитать необходимое количество бетона, стоит использовать следующий пример:

  1. Принимается типичное здание из газобетона площадью 100 м² (10х10) и под него подбирается плитный фундамент на скальных породах толщиной 0,25 м мелкозаглубленного типа.
  2. Объем плиты в таких случаях составляет 25 м³. Это суммарное количество бетона, необходимое для заливки такой конструкции. Тут объем арматурной сетки принимается за ноль, чтобы не усложнять расчеты. На практике такие расчеты также проводятся, но уже для больших сооружений.
  3. Установка ребер жесткости, которые используются для повышения надежности конструкции. Шаг ребер жесткости составляет 3 м, при этом создаются квадраты.
  4. Длина ребер жесткости будет соответствовать длине фундамента, а высота – это толщина плиты.

Итак, для заливки плитного фундамента площадью 100 м² нужно использовать 25 м³ бетона. Также сюда пойдет некоторое количество арматуры, гидроизоляции и песка со щебнем для подушки. В целом хочется отметить, что любому застройщику посчитать толщину плиты можно самостоятельно, достаточно иметь минимальные математические знания.

Зато, если сразу сделать расчет фундаментной плиты, то можно в общем контролировать расходы строительных материалов, и следить за недобросовестными строителями, а также четко определиться с размерами дома из газобетона или кирпича. Необходимое количество материалов Вы так же можете посчитать на нашем онлайн калькуляторе.

Онлайн-калькулятор фундаментной плиты

Рассчитать плитный фундамент можно, забив индивидуальные значения в соответствующие поля калькулятора. Там же можно сделать расчет арматуры на монолитную плиту.

толщина, расчет высоты слоя для дома

Основываясь на многолетнем опыте строительства загородных домов и анализе архитектурных проектов специалистами Фул Хаус предлагается следующие характеристики конструкции фундаментной плиты с ответом на вопрос: какая толщина плиты фундамента
является оптимальной? Разберем краткими и наиболее значимыми тезисами весь процесс строительства фундаментной плиты с оптимальными конструктивными параметрами.

  1. С помощью экскаватора-погрузчика убирается верхний плодородный слой грунта до ровного плотного основания. Размер котлована должен быть на 1м больше основания дома с каждой стороны.
  2. На дно котлована укладывается геотекстиль с перехлестами полотен.
  3. Послойно утрамбовывается тяжелой вибротрамбовкой песок карьерный с проливкой водой. Толщина слоя определяется расчетами, но не менее 20см.
  4. Послойно утрамбовывается тяжелой вибротрамбовкой щебень фракции 20-40. Толщина слоя определяется расчетами, но не менее 20см.
  5. Устанавливается опалубка из обрезной доски хвойных пород 150х50 1-3 сорта. С внутренней стороны опалубки фиксируется полиэтиленовая пленка.
  6. В пределах опалубки укладываются плиты экструдированного пенополистирола. Швы проклеиваются клейкой лентой. Толщина утеплителя определяется расчетами, но не менее 50мм.
  7. Поверх плит утеплителя укладывается рулонная битумная гидроизоляция с наплавлением нахлестов горелкой. Наплавление необходимо производить аккуратно, чтобы не разрушить плиты утеплителя.
  8. Устройство арматурного каркаса фундаментной плиты производится на пластиковых фиксаторах арматуры в два яруса с ячейкой 200х200мм арматурными стержнями AIII диаметром d12 (определяется расчетом, но не менее d12) с использованием вязальной проволоки. Необходимое расстояние между нижним и верхним ярусами арматурного каркаса формируется с помощью гнутых элементов из арматуры AIII d8. При наличии линейных размеров фундамента более 11,7м перехлесты арматуры выполняются «вразбежку» и должны составлять не менее 480мм. Все существующие проходы инженерных труб усиливаются по периметру арматурой с формированием ячейки 100х100мм. Заблаговременно делаются выпуски под будущий ж/б ростверк. Толщина защитного слоя бетона должна быть не менее 30мм. Бетон рекомендуется использовать М300 B22,5. Бетонирование необходимо производить без перерывов между миксерами с использованием глубинного вибратора. Какой толщиной должен быть фундамент
    ? Оптимальная толщина фундаментной плиты составляет 250мм, но не более 300мм.
  9. Устройство арматурного каркаса ростверка производится с формированием четырех продольных стержней арматуры и с ячейкой 200х200мм арматурными стержнями AIII диаметром d12 (определяется расчетом, но не менее d12) с использованием вязальной проволоки. Ростверк рекомендуется выполнять под всеми несущими стенами (наружными и внутренними). Толщина защитного слоя бетона должна быть не менее 30мм. Бетон рекомендуется использовать М300 B22,5. Бетонирование необходимо производить без перерывов между миксерами с использованием глубинного вибратора. Высота ж/б ростверка определяется расчетами, но не менее 300мм. Ширина ростверка определяется толщиной наружных несущих стен с учетом отделочных материалов.
  10. После демонтажа опалубки торцевая часть фундаментной плиты и ростверка закрывается обмазочной битумной гидроизоляцией не менее чем в два слоя.
  11. Поверх гидроизоляции производится монтаж экструдированного пенополистирола с помощью тарельчатых пластиковых дюбелей. Толщина утеплителя определяется расчетами, но не менее 50мм.
  12. На верхнюю часть ростверка (основание несущих стен) укладывается битумная отсечная гидроизоляция не менее чем в два слоя.
  13. Все пространство над фундаментной плитой между ростверками засыпается песком (термоизоляционная засыпка), поверх которого укладываются плиты экструдированного пенополистирола 50мм таким образом, чтобы утеплитель был выше границы «ростверк-несущая стена». Поверх утеплителя начинаем устройство пола, конструкция которого согласовывается с заказчиком (стандартный пол или система «теплый пол»).
  14. Далее проводим основные противопучинистые мероприятия по защите фундаментной плиты по периметру: устройство дренажной системы, монтаж ливневой канализации, строительство железобетонной утепленной отмостки.
  15. Уложить дренажные трубы с наружной стороны фундаментной плиты, чтобы верх труб был ниже фундамента. Перед укладкой необходимо правильно рассчитать уклон дренажной трубы и расположить дренажные колодцы (не менее трех). После укладки дренажные трубы засыпаться щебнем на толщину >150мм сбоку и сверху.
  16. Устроить ливневую канализацию, которая может быть двух основных видов: 1) линейный водоотвод; 2) точечный водоотвод. Точечный водоотвод устраивается до строительства ж/б отмостки, линейный водоотвод – после ее монтажа.
  17. Строительство железобетонной отмостки по периметру фундаментной плиты. На предварительно выровненную поверхность укладываются плиты экструдированного пенополистирола толщиной 50мм, поверх которых укладывается арматурная сетка. Замес и заливка бетонного раствора может производится вручную с формированием бетонного слоя толщиной 100мм. Обязательно создание уклона (около 2 0) и формирование деформационных швов (не менее, чем через каждые 2м). Ширина отмостки должна быть 1-1,5м.

Предложенная конструкция фундаментной плиты является надежной и долговечной – проверена временем при строительстве нескольких десятков коттеджей из газобетона и кирпича компанией Фул Хаус в двух регионах: Московская и Ленинградская области. При этом данная конструкция монолитной плиты, утепленная экструдированным пенополистиролом, максимально сохранит тепло внутри коттеджа, а проведенные противопучинистые мероприятия исключат возможность боко­вого промерзания грунта под фундаментом.


Фундаменты могут быть абсолютно разными, он могут отличаться по основному материалу, конструктивным особенностям и методу заливки. Монолит – один из самых надежных фундаментов, выдерживающий огромные нагрузки, перепады температуры и суровый климат.

Что такое монолитный фундамент

Как и другое фундаментальное строение, он предназначен для опоры будущего дома, но его обустраивают из монолитных железобетонных конструкций. Из монолита можно оборудовать свайный, плиточный или ленточный фундамент, он нашел применение не только для строительства частных домов, но и для крупных промышле

расчёт и возведение своими руками.

Плитный фундамент широко используется при строительстве малоэтажных зданий. Монолитная конструкция надежно защищает сооружение от проникновения грунтовых вод. Большая площадь опирания предотвращает просадку и деформацию грунта. Жесткая система армирования предохраняет основание от разрушения.

Блок: 1/10 | Кол-во символов: 295
Источник: https://SpecNavigator.ru/strojka/fundament/raschet-tolshhiny-fundamentnoj-plity.html

Информация по назначению калькулятора

Онлайн калькулятор монолитного плитного фундамента (плиты) предназначен для расчетов размеров, опалубки, количества и диаметра арматуры и объема бетона, необходимого для обустройства данного типа фундамента домов и других построек. Перед выбором типа фундамента, обязательно проконсультируйтесь со специалистами, подходит ли данных тип для ваших условий.

Все расчеты выполняются в соответствии со СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции», СНиП 3.03.01-87 и ГОСТ Р 52086-2003

Плитный фундамент (ушп) – монолитное железобетонное основание, закладываемое под всю площадь постройки. Имеет самый низкий показатель давления на грунт среди других типов. В основном применяется для легких построек, так как с увеличением нагрузки существенно возрастает стоимость данного типа фундамента. При малом заглублении, на достаточно пучинистых грунтах, возможно равномерное приподнимание и опускание плиты в зависимости от времени года.

Обязательно наличие хорошей гидроизоляции со всех сторон. Утепление может быть как подфундаментное, так и располагаться в стяжке пола, и чаще всего для этих целей применяется экструдированный пенополистирол.

Главным преимуществом плитных фундаментов является относительно низкая стоимость и простота возведения, так как в отличии от ленточного фундамента нет необходимости в проведении большого количества земляных работ. Обычно достаточно выкопать котлован 30-50 см. в глубину, на дне которого размещается песчаная подушка, а так же при необходимости геотекстиль, гидроизоляция и слой утеплителя.

Обязательно необходимо выяснить какими характеристиками обладает грунт под будущим фундаментом, так это это является основным решающим фактором при выборе его типа, размера и других важных характеристик.

При заполнении данных, обратите внимание на дополнительную информацию со знаком Дополнительная информация

Далее представлен полный список выполняемых расчетов с кратким описанием каждого пункта. Вы так же можете задать свой вопрос, воспользовавшись формой в правом блоке.

Блок: 2/3 | Кол-во символов: 2080
Источник: https://stroy-calc.ru/raschet-fundamenta-plita

Принцип строения монолитного фундамента

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓

  • Образование
  • Исследование
  • Инновации
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Выпускников
  • О MIT
  • Подробнее ↓

    • Прием + помощь
    • Студенческая жизнь
    • Новости
    • Выпускников
    • О MIT

Меню ↓

Поиск

Меню

Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще!

Что вы ищете?

Увидеть больше результатов

Предложения или отзывы?

Пример проектирования продавливания ножниц в плитах (Еврокод 2)

Для плоской плиты с общей компоновкой, как показано ниже, давайте спроектируем пробивные ножницы для колонны B1 с учетом следующей проектной информации;

Предельное осевое усилие на колонну V Ed = 400 кН
Толщина плиты = 250 мм
Размер колонны = 450 x 230 мм
Армирование плиты в более длинном направлении = h26 @ 150 мм (A s, prov = 1340 мм 2 )
Армирование плиты в более коротком направлении = h26 @ 175 мм (A s, prov = 1149 мм 2 )
Марка бетона = C30
Предел текучести арматуры = 500 МПа
Покрытие бетона до плита = 25 мм


Решение

Эффективная глубина перекрытия в направлении оси y d y = 250-25 — (16/2) = 217 мм
Эффективная глубина перекрытия в направлении x d x = 250-25-16 = 209 мм

ρ ly = (1340) / (1000 × 217) = 0.00617 (коэффициент армирования)
ρ лк = (1149) / (1000 × 209) = 0,00549 (коэффициент армирования)

(a) Контрольный сдвиг по периметру колонны

V Ed = β V Ed / (u 0 d) Rd, max

Из рисунка 6.21N EN 1992-1-1;
β = 1,40
d = (217 + 209) / 2 = 213 мм

u 0 = c 2 + 3d 2 + 2c 1 Для краевых колонн (п.6.4,5 (3))

u 0 = 230 + (3 × 213) <(230 + 2 × 450)
u 0 = 869 мм
V Ed = 1,40 × 400 × 1000 / (869 × 213) = 3,025 МПа
V Rd, max = 0,5 ν f cd
= 0,5 × 0,6 (1 — f ck /250) × α cc f ck / γ м
= 0,5 × 0,6 (1 — 30/250) × 1,0 × (30 / 1,5) = 5,28 МПа
V Ed Rd, max … OK

(b) Контрольный сдвиг в u 1 , основной контрольный периметр
V Ed = β V Ed / (u 1 d) Rd, c

β, V Ed как раньше
u 1 = c 2 + 2c 1 + π × 2d
u 1 = 230 + (2 × 450) + (π × 2 × 213) = 2468 мм

V Ed = 1.4 × 400 × 1000 / (2468 × 213) = 1,065 МПа
V Rd, c = 0,12 k (100 ρ l f ck ) 1/3

k = 1 + (200 / d) 1/2 = 1 + (200/213) 1/2 = 1.969

ρ l = (ρ ly ρ lx ) 1 / 2 = (0,00617 × 0,00549) 1/2 = 0,00582

В Rd, c = 0,12 × 1,969 (100 × 0,00582 × 30) 1/3 = 0,613 МПа

V Ed > V Rd, c ?
1.065 МПа> 0,613 МПа… Следовательно, требуется усиление сдвига при продавливании

Проверка NA:
В Ed ≤ 2,0 В Rd, c по периметру основного контроля
1,06 МПа ≤ 2 × 0,613 МПа = 1,226 МПа — OK

(c) Периметр, по которому больше не требуется продавливание
u out = β V Ed / (dV Rd, c )
= 1,4 × 400 × 1000 / (213 × 0,613) = 4289 мм

Переупорядочить: u out = c 2 + 2c 1 + π r out
r out = (u out — (c 2 + 2c 1 )) / π
r из = (4289 — 1130) / π = 1005 мм

Положение внешнего периметра арматуры от торца колонны:
r = 1005 — 1.5 × 213 = 686 мм

Максимальный радиальный шаг арматуры:
с r, макс. = 0,75 × 213 = 159,75 мм, скажем, 150 мм

(d) Площадь армирования
A sw ≥ (V Ed — 0,75V Rd, c ) s r u 1 /(1,5f ywd, ef )
f ywd, ef = (250 + 0,25d) = 303 МПа

A sw ≥ (1,065 — 0,75 × 0,613) × 150 × 2468 / (1,5 × 303)
≥ 492 мм 2 по периметру

Обеспечить 7х20 (А спров = 549 мм 2 по периметру)

В пределах периметра u 1 расстояние между звеньями по периметру,
s t ≤ 1.5d = 1,5 × 213 = 319,5 мм

За пределами периметра u 1 расстояние между звеньями по периметру,
s t ≤ 2d = 426 мм
Используйте, скажем, s t, max = 300 мм

Минимальная площадь звена:
A sw, min ≥ [0,053 с r с t sqrt (f ck )] / f yk = (0,053 × 150 × 300 × √30) / 500
≥ 26 мм 2

Используйте h20s (78,5 мм 2 ) и 7 по периметру.
при тангенциальном расстоянии 300 мм и радиальном расстоянии 150 мм

Спасибо, что посетили Structville сегодня, и да благословит вас Бог.

Коэффициент затухания

Интенсивность передачи и
Коэффициент линейного затухания

Для узкого пучка моноэнергетических фотонов изменение интенсивности рентгеновского пучка на некотором расстоянии в материале может быть выражено в форме уравнения как:

Где: dI = изменение интенсивности
я = начальная интенсивность
n = число атомов / см 3
с = константа пропорциональности, которая отражает полную вероятность рассеяния или поглощения фотона
dx = инкрементная толщина пройденного материала

Когда это уравнение интегрировано, оно становится следующим:

Число атомов / см 3 (n) и константа (ы) пропорциональности обычно объединяются для получения линейного коэффициента затухания (m).Следовательно, уравнение принимает следующий вид:

Где: я = интенсивность фотонов, прошедших на некоторое расстояние x
I 0 = начальная интенсивность фотонов
с = константа пропорциональности, которая отражает полную вероятность рассеяния или поглощения фотона

Минимальная толщина бетонной плиты

Минимальная толщина бетонной плиты, балки, колонны, фундамента и других конструктивных элементов требуется для выполнения проектных требований с соблюдением стандартных норм.Наименьшая толщина бетонных конструктивных элементов зависит от ACI 318-14, IRC 2009, IS 456 2000 и UBC 1997.

Процесс проектирования заключается в точном угадывании размеров конструктивных элементов. После этого следует проверить рекомендуемые размеры, чтобы убедиться, что они соответствуют требованиям проекта.

Если не указан точный размер конструкции, то для проектирования потребуется много времени и тяжелой работы, поскольку потребуются значительные испытания, если не указаны подходящие размеры.

В результате большинство кодов предлагают минимальные размеры и особую толщину почти для всех структурных компонентов.

а. Минимальная толщина плит
б. Минимальная толщина односторонней плиты

Согласно рекомендованной ACI 318-14 минимальной толщине для односторонней цельной плиты, если ниже не указаны прогибы: —

Минимальная толщина обозначается как h. — Для простых опор = I / 20 Один конец непрерывно = I / 24 Оба конца непрерывно = I / 28 Консоль = I / 10

Примечания: Приведенные значения следует использовать непосредственно для элементов из бетона нормального веса и арматуры класса 420.Для других условий значения следует изменить следующим образом:

a) Для легкого бетона с равновесной плотностью (wc) в диапазоне от 1440 до 1840 кг / м3 значения следует умножить на (1,65 — 0,0003wc), но не ниже 1,09.

b) Для fy, кроме 420 МПа, значения следует умножить на (0,4 + fy / 700).

Наименьшая толщина ребристой плиты: Согласно нормативам ACI 318-14, балки без предварительного напряжения эквивалентны указанным выше. Согласно Единым строительным нормам (UBC) минимальная толщина ребристой плиты должна составлять 1/12 расстояния между ребрами жесткости или 51 мм.

Толщина плиты с имплантированными трубопроводами и трубами

• Согласно UBC, минимальная толщина плит с имплантированными кабелепроводами и трубами должна быть на 25 мм больше и выше всей общей глубины трубопроводов или труб.
• В соответствии с нормами ACI 318-14 трубы и трубы не должны быть больше по внешнему размеру, чем 1/3 общей толщины плиты, стены или балки, в которую они имплантированы.

Наименьшая толщина плиты перекрытия на земле: Согласно UBC, наименьшая толщина бетонных плит перекрытия, которые опираются непосредственно на землю, должна составлять 89 мм, в то время как BCGBC4010A использует структурные принципы для жилых малоэтажных конструкций, минимальная толщина которых должна составлять 100 мм.

Наименьшая толщина диафрагм: Согласно UBC, предлагаемая бетонная плита и композитная перекрывающая плита, которые функционируют как структурная диафрагма для передачи сил землетрясения, должны быть 50 мм.

Наименьшая толщина двусторонней плиты: чтобы получить наименьшую толщину плит (вместе с плитами с балками, плоскими плитами, плоскими плитами) в соответствии с кодом ACI 318-14, щелкните следующую ссылку theconstructor.org

Наименьшая толщина откидной панели: Иногда откидные панели используются в верхней части колонн для повышения прочности плит на сдвиг.-, Fe4 [Fe (CN) 6] 3, Nh5NO3, so42-, ch4cooh, cuso4 * 5h3o).

Степень окисления атома — это заряд этого атома после ионного приближения его гетероядерных связей. Степень окисления является синонимом степени окисления. Определить степень окисления по структуре Льюиса (рис. 1a) даже проще, чем по молекулярной формуле (рис. 1b). Степень окисления каждого атома может быть рассчитана путем вычитания суммы неподеленных пар и электронов, которые он получает от связей, из числа валентных электронов.Связи между атомами одного элемента (гомоядерные связи) всегда делятся поровну.

Рисунок 1. Различные способы отображения степеней окисления этанола и уксусной кислоты. R — это сокращение для любой группы, в которой атом углерода присоединен к остальной части молекулы связью C-C. Обратите внимание, что замена группы CH 3 на R не изменяет степень окисления центрального атома. → Скачать изображение высокого качества

При работе с органическими соединениями и формулами с несколькими атомами одного и того же элемента легче работать с молекулярными формулами и средними степенями окисления (рис. 1d).Органические соединения можно записать таким образом, что все, что не изменяется до первой связи C-C, заменяется сокращением R (рис. 1c). В отличие от радикалов в органических молекулах, R не может быть водородом. Поскольку электроны между двумя атомами углерода распределены равномерно, группа R не изменяет степень окисления атома углерода, к которому она присоединена. Вы можете найти примеры использования на странице Разделите окислительно-восстановительную реакцию на две полураакции.

Правила присвоения степеней окисления

  • Степень окисления свободного элемента всегда равна 0.
  • Степень окисления одноатомного иона равна заряду иона.
  • Фтору в соединениях всегда присваивается степень окисления -1.
  • Щелочные металлы (группа I) всегда имеют степень окисления +1.
  • Щелочноземельным металлам (группа II) всегда присваивается степень окисления +2.
  • Кислород почти всегда имеет степень окисления -2, за исключением пероксидов (H 2 O 2 ), где она равна -1, и соединений с фтором (OF 2 ), где она равна +2.
  • Водород имеет степень окисления +1 в сочетании с неметаллами, но имеет степень окисления -1 в сочетании с металлами.
  • Алгебраическая сумма степеней окисления элементов в соединении равна нулю.
  • Алгебраическая сумма степеней окисления иона равна заряду иона.

Определение степени окисления органических соединений

  • Степень окисления любого химически связанного углерода может быть определена путем добавления -1 для каждого дополнительного электроположительного атома (H, Na, Ca, B) и +1 для каждого еще электроотрицательного атома (O, Cl, N, P) и 0 для каждого атома углерода, непосредственно связанного с представляющим интерес углеродом.Например:

Закон Гесса и расчеты изменения энтальпии

ЗАКОН ГЕССА И РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНТАЛЬПИИ

 

Эта страница объясняет закон Гесса и использует его для выполнения некоторых простых расчетов изменения энтальпии, включающих изменения энтальпии реакции, образования и горения.

 

Закон Гесса

Закон Гесса

Закон Гесса — самый важный закон в этой части химии.Из него следует большинство расчетов. Это говорит. . .

Изменение энтальпии, сопровождающее химическое изменение, не зависит от пути, по которому происходит химическое изменение.
 

Объяснение закона Гесса

Закон

Гесса гласит, что если вы конвертируете реагенты A в продукты B, общее изменение энтальпии будет точно таким же, независимо от того, делаете ли вы это за один шаг, за два шага или за любое количество шагов.

Если вы посмотрите на изменение на диаграмме энтальпии, это на самом деле довольно очевидно.

Здесь показаны изменения энтальпии для экзотермической реакции с использованием двух разных способов перехода от реагентов A к продуктам B. В одном случае вы выполняете прямое преобразование; в другом — вы используете двухэтапный процесс с участием некоторых промежуточных продуктов.

В любом случае общее изменение энтальпии должно быть одинаковым, поскольку оно определяется относительным положением реагентов и продуктов на диаграмме энтальпии.

Если вы перейдете через промежуточные продукты, вам для начала придется подвести дополнительную тепловую энергию, но вы получите ее снова на втором этапе последовательности реакций.

Сколько бы стадий ни проходила реакция, в конечном итоге общее изменение энтальпии будет таким же, потому что положения реагентов и продуктов на диаграмме энтальпии всегда будут одинаковыми.


Примечание: Возможно, меня сбивает с толку то, что я переключаюсь между терминами энтальпия и энергия. Изменение энтальпии — это просто особая мера изменения энергии. Вы помните, что изменение энтальпии — это тепло, выделяющееся или поглощаемое во время реакции, происходящей при постоянном давлении.

Я обозначил вертикальный масштаб на этой конкретной диаграмме как энтальпию, а не как энергию, потому что мы специально думаем об изменениях энтальпии. Я мог бы просто использовать более общий термин «энергия», но я предпочитаю быть точным.


Вы можете выполнять вычисления, представляя их в виде диаграмм энтальпии, как указано выше, но есть гораздо более простой способ сделать это, практически не требующий размышлений.

Вы можете представить приведенную выше диаграмму как:

Закон

Гесса гласит, что общее изменение энтальпии на этих двух маршрутах будет одинаковым.Это означает, что если вам уже известны два значения изменения энтальпии для трех отдельных реакций, показанных на этой диаграмме (три черные стрелки), вы можете легко вычислить третью — как вы увидите ниже.

Большим преимуществом этого способа является то, что вам не нужно беспокоиться об относительном расположении всего на диаграмме энтальпии. Совершенно неважно, является ли конкретное изменение энтальпии положительным или отрицательным.

Предупреждения!

Хотя большинство вычислений, с которыми вы столкнетесь, впишутся в треугольную диаграмму, подобную приведенной выше, вы также можете столкнуться с другими немного более сложными случаями, требующими большего количества шагов.Это не усложняет задачу!

Вам нужно внимательно выбрать два маршрута. Шаблон будет , а не , всегда будет выглядеть так, как показано выше. Вы увидите это в примерах ниже.

 

Расчет изменения энтальпии с использованием циклов закона Гесса

Я могу дать здесь только краткое введение, потому что это подробно описано в моей книге расчетов по химии.

 

Расчет изменения энтальпии образования из изменений энтальпии горения

Если вы читали предыдущую страницу в этом разделе, вы, возможно, помните, что я упоминал, что стандартное изменение энтальпии образования бензола невозможно измерить напрямую.Это потому, что углерод и водород не вступают в реакцию с образованием бензола.


Важно: Если вы не знаете (не слишком об этом задумываясь) точно, что подразумевается под стандартным изменением энтальпии образования или горения, вы, , должны сейчас разобраться с этим. Перечитайте страницу об определениях изменения энтальпии, прежде чем идти дальше — и изучите их !


Стандартные изменения энтальпии сгорания, ΔH ° c относительно легко измерить.Для бензола, углерода и водорода это:

ΔH ° c (кДж моль -1 )
C 6 H 6 (л) -3267
C (с) -394
H 2 (г) -286

Сначала вам нужно разработать свой цикл.

  • Запишите изменение энтальпии, которое вы хотите найти, в виде простого горизонтального уравнения и напишите ΔH над стрелкой.(В диаграммах такого типа мы часто пропускаем стандартный символ, чтобы не загромождать.)

  • Затем поместите остальную информацию, которая у вас есть, на ту же диаграмму, чтобы создать цикл закона Гесса, записывая известные изменения энтальпии поверх стрелок для каждого из других изменений.

  • Наконец, найдите два маршрута по диаграмме, всегда идущие в соответствии с потоком различных стрелок. Ни одна из стрелок маршрута никогда не должна идти в направлении, противоположном одной из стрелок уравнения под ней.

В данном случае мы пытаемся найти стандартное изменение энтальпии образования бензола, так что уравнение идет горизонтально.

 

Вы заметите, что я не удосужился включить кислород, в котором сжигаются различные предметы. Количество кислорода не критично, потому что вы все равно просто используете его избыток, и его включение действительно сбивает диаграмму.

Почему я нарисовал рамкой углекислый газ и воду в нижней части цикла? Я делаю это, если не могу заставить все стрелки указывать именно на то, что нужно.В этом случае нет очевидного способа заставить стрелку от бензола указывать на и углекислый газ, и воду . Рисовать коробку не обязательно — я просто считаю, что это помогает мне легче увидеть, что происходит.

Обратите внимание, что вам, возможно, придется умножить используемые вами числа. Например, стандартные изменения энтальпии сгорания начинаются с 1 моля вещества, которое вы сжигаете. В этом случае уравнения требуют, чтобы вы сожгли 6 моль углерода и 3 моля молекул водорода.Забыть об этом — вероятно, самая распространенная ошибка, которую вы, вероятно, совершите.

Как были выбраны эти два маршрута? Помните, что вы должны плыть по течению стрел. Выберите начальную точку как угол, из которого выходят только стрелки. Выберите конечную точку как угол, в который прибывают только стрелки.

Теперь произведем расчет:

Закон Гесса гласит, что изменения энтальпии на двух маршрутах одинаковы. Это означает, что:

ΔH — 3267 = 6 (-394) + 3 (-286)

Перестановка и решение:

ΔH = 3267 + 6 (-394) + 3 (-286)

ΔH = +45 кДж моль -1


Примечание: Если у вас хорошая память, вы, возможно, помните, что я дал цифру +49 кДж моль -1 для стандартного изменения энтальпии образования бензола на более ранней странице в этом разделе.Так почему этот ответ отличается?

Основная проблема здесь в том, что я принял значения энтальпий сгорания водорода и углерода до трех значащих цифр (обычно это делается в расчетах на этом уровне). Это вносит небольшие ошибки, если вы просто берете каждую цифру один раз. Однако здесь вы умножаете ошибку в значении углерода на 6, а ошибку в значении водорода на 3. Если вам интересно, вы можете переработать расчет, используя значение -393,5 для углерода и -285.8 для водорода. Это дает ответ +48,6.

Так почему я вообще не использовал более точные значения? Потому что я хотел проиллюстрировать эту проблему! Ответы, которые вы получаете на подобные вопросы, часто немного нечеткие. Причина обычно кроется либо в ошибках округления (как в этом случае), либо в том, что данные могли быть получены из другого источника или источников. Попытка получить согласованные данные может быть немного кошмаром.


Расчет изменения энтальпии реакции по изменениям энтальпии образования

Это наиболее частое использование простых циклов закона Гесса, с которым вы, вероятно, столкнетесь.

В этом случае мы собираемся рассчитать изменение энтальпии для реакции между этеном и газами хлористого водорода, чтобы получить газообразный хлорэтан, исходя из стандартных значений энтальпии образования, указанных в таблице. Если вы никогда раньше не сталкивались с такой реакцией, это не имеет значения.

ΔH ° f (кДж моль -1 )
C 2 H 4 (г) +52,2
HCl (г) -92.3
C 2 H 5 Cl (г) -109

Примечание: Я не очень доволен стоимостью хлорэтана! Источники данных, которые я обычно использую, дают широкий диапазон значений. Я выбрал среднее значение из электронной книги по химии NIST. Эта неопределенность никоим образом не влияет на то, как вы выполняете вычисления, но ответ может быть не совсем правильным — не цитируйте его, как будто было правильным.


В приведенном ниже цикле эта реакция написана горизонтально, и значения энтальпии образования добавлены для завершения цикла.

 

Опять же, обратите внимание на рамку, нарисованную вокруг элементов внизу, потому что невозможно аккуратно соединить все отдельные элементы с соединениями, которые они образуют. Будьте осторожны, подсчитав все атомы, которые вам нужно использовать, и убедитесь, что они записаны так, как они встречаются в элементах в их стандартном состоянии.Например, нельзя записывать водород как 5H (г), потому что стандартное состояние водорода — H 2 .


Примечание: По правде говоря, если я сам вычисляю этот тип энтальпии (никто не смотрит!), Я обычно просто пишу слово «элементы» в нижнем поле, чтобы не беспокоиться о том, сколько именно Все, что мне нужно. Однако я бы опасался делать это на экзамене.


А теперь расчет.Просто запишите все изменения энтальпии, составляющие два маршрута, и приравняйте их.

+52,2 — 92,3 + ΔH = -109

Перестановка и решение:

ΔH = -52,2 + 92,3 — 109

ΔH = -68,9 кДж моль -1


Примечание: Я боюсь, что это все, что я чувствую, я могу дать вам по этой теме без риска для продажи моей книги или нарушения контракта с моими издателями. К сожалению, вам недостаточно быть уверенным в том, что вы сможете каждый раз производить эти вычисления.Помимо всего прочего, вам нужно много практики.

Я говорил об этом более мягко в книге с множеством примеров. Если вы решите проработать главу 5 в книге, вы будете уверены, что сможете выполнить любой расчет химической энергии, который вам дали.

Очевидно, я предвзято, но я настоятельно рекомендую вам либо купить книгу, либо получить копию в вашей школе, колледже или местной библиотеке. Не верьте мне на слово — читайте отзывы на сайте Amazon.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

*

*