Гипс

Гипс – минерал, водный сульфат кальция, а также осадочная горная порода, состоящая в основном из этого минерала. Гипс применяется при производстве вяжущих веществ, штукатурного гипса, эстрихгипса, гипсового цемента, а также для получения серной кислоты.

***

Гипс

Гипс ( Gyps, gypsum) — представляя в химическом смысле мало растворимую водную, обыкновенно кристаллизованную (как в крупных, так и в мелких кристаллах) серно-известковую соль CaSO42Н2O (20,9% воды), выделяющуюся из морской воды ранее осаждения (при испарении) других солей, весьма распространенную в природе (уд. вес 2,3, твердость около 7), иногда целыми пластами значительной толщины, в техническом отношении составляет весьма важный материал для производства удобрений (см. Гипсование почвы), штукатурных работ, искусственных камней и для отливки, водным путем, всяких форм, напр. при выделке глиняных и алебастровых изделий, украшений и фигур. Для этой цели он слабо обжигается, при чем теряет свою кристаллизационную воду, превращается в мелкий порошок (образуя жженый гипс, или алебастр), смешивается с водой в жидковатое тесто и в таком виде, отливаясь в формы или налагаясь на другие предметы, застывает или отвердевает, слабо нагреваясь, что зависит от нового обратного соединения безводной серно-известковой соли (CaSO4) с кристаллизационной водой в первоначальной пропорции (20,9 воды на 79,1 CaSO4). Безводное соединение, получаемое при слабом прокаливании, носит в торговле название жженого гипса, или алебастра [В Германии название Alabaster применяется преимущественно к природному зернистому, полупрозрачному сплошному гипсовому камню, прямо служащему для выделки ваз и других предметов украшения, но у нас алебастром называют — жженый, молотый гипс], а получаемые из него изделия — гипсовых или алебастровых. Необходимо с самого начала указать на то, что упомянутое обратное соединение безводной соли с водой, а потому и затвердевание, свойственно только продукту, полученному при слабой степени жара (не выше 250°) и обыкновенно содержащему еще 1—5% воды; продукт же, подвергшийся долгому и сильному накаливанию, становясь плотным (лишаясь рыхлого строения и изменяя поверхность отдельных зерен), теряет эту способность (становится "мертвым"), как нет ее у природного ангидрита CaSO4, который, пребывая долго в воде, не поглощает ее. Та серно-известковая соль (состава (CaSO4)2Н2О или CaSO4), которая осаждается в виде накипи из жесткой воды (см. соотв. статью) в паровых котлах при температурах 110—150°, вовсе лишена способности при обыкновенной температуре поглощать воду и образовать с нею застывающее тесто. Сверх того, необходимо иметь в виду, что гипсовые изделия, ничем не пропитанные, сами по себе от воды и жара портятся, так как Г. растворяется в воде, хотя слабо, а в жару теряет связность, выделяя кристаллизационную воду. Поэтому гипсовые работы производятся исключительно внутри комнат и непригодны для крепкого сопротивления атмосферному влиянию. При том Г. сам по себе, даже кристаллический, так мягок, что легко чертится ножом, а отлитые из него фигуры всегда пористы, потому что при отливке берется избыток воды, который испаряется. Для придания гипсовым изделиям твердости и способности полироваться, к нему прибавляются разные подмеси как о том говорится далее. Весьма важное свойство Г. состоит в том, что, затвердевая, он немного увеличивается в объеме (от кристаллизации) и вследствие этого отлично выполняет все подробности той формы, в которой идет отвердевание. Заметим еще, что при прокаливании гипс не должен прямо соприкасаться с горящими углями, потому что тогда он дает сернистый кальций (CaS) и при смешении с водой издает сероводородный запах, что свойственно гипсу выжженному прямо в кострах. Применение Г. как цемента и как вещества для отливки и лепки украшений было известно с глубокой древности со времен египетских фараонов. Индийцы, китайцы, арабы и вообще азиатские народы (см. Гаджа) пользуются им весьма часто.

Встречаясь в природе то в виде кристаллов, то в виде кристаллических полупрозрачных сплошных масс (селенит служит прямо для выделки разных украшений, подобно мрамору), то в виде волокнистых или зернистых почти непрозрачных масс "гипсового камня", иногда целыми пластами, напр. у нас в таком случае, по берегам Волги, в пермском, донецком, польском (Кельцы) и остзейском (около Риги) краях, Г. добывается или выламывается обычными способами (см. Каменоломни) и обыкновенно тут же обжигается и мелется. Но так как, во-первых, обожженный Г. долго не может сохраняться, потому что притягивает влагу воздуха и теряет в своей способности связывать и затвердевать, во-вторых, обжиг Г. требует низкой температуры и при недостаточности обжига часть необожженного Г. играет ту же роль, как песок, прибавляемый к известке и штукатурке, и так как обожженный Г. легко толчется домашними средствами и мелкого зерна здесь вовсе нет надобности получать, то нередко и поныне обжигание Г. ведется домашними способами, обжигая или в кучах или печах, вперемежку с мелкими дровами, не дающими углей, или в обыкновенных хлебопекарных печах [В печь, где сгорало около 2,5 пуд. дров, тотчас после загребания углей кладут около 8 пуд. Г. кусками, заслонку закрывают, а трубу оставляют открытой. По личному опыту я знаю, что этим путем получается отличный жженый Г., если куски гипсового камня сперва хорошо высушены на поверхности той же обыкновенной (так назыв. русской) печи. Штукатуры обжигают иногда толченый гипсовый камень в чугунах, на огне, при постоянном помешивании.]. Однако главная масса выжигается на местах добычи, складывая в особом каменном здании, играющем роль печи, прямо неплотные параллельные своды больших кусков гипса и засыпая поверх их массу гипсового камня сперва крупных, потом мелких, с тем, чтобы жар и дым от сухих дров, зажигаемых под сводами, распределялся с возможной равномерностью во всей массе камня [При обжиге Г. садится, то есть высота слоя уменьшается примерно на 1/5 первоначальной, почему отчасти судят о достаточности обжига.]. На обжиг идет примерно, 1/6—1/3 по весу сухих дров. Когда обжиг ведут каменным углем, то его жгут в особых боковых печах (подобно тому, как при обжиге извести) и расходуют около 1/20 угля. Там, где выжигают кокс, пользуются теряющимися при этом горючими газами. Для получения лучшего алебастра устраивают вертикальные железные казаны, нагреваемые снаружи дымом и имеющие внизу заслонку для выгреба выжженного камня. Только этим последним способом можно получить совершенно однородный продукт, обыкновенно же часть Г. недожигается, часть пережигается. Во всяком случае при обжиге избегают, при помощи медленной шуроровки топлива и избытка воздуха (см. Горючие материалы), получения высоких температур, которые безвозвратно портят Г., тогда как недожженные куски можно отбирать и вновь обжигать, так как они легко отличаются от выжженного камня. Из того, что Г. начинает выделять воду уже около 100°, при 125° теряет 3/4 воды (остается H2O2CaSO4), а при достаточно продолжительном нагревании до 194° (Ле Шателье) теряет всю свою кристаллизационную воду, можно уже видеть, что высокая температура вовсе не нужна для обжига Г. Поэтому понятна легкая возможность обжигать Г. перегретым паром, имеющим температуру около 250°, как то предлагает Виолетт, при чем легко сделать производство непрерывным, если бы спрос на готовый гипс не был ограничен. Отобранный — если надобно — для особо чистого сорта [Куски закоптелые даже оскабливаются при отборке на алебастр, назначенный для отливки статуй и украшений. Все отбросы идут в штукатурный Г.], обожженный гипс измельчается, но не очень мелко, потому что в этом нет надобности, в особых чугунных вертикальных конических мельницах, подобных кофейным, или под жерновами, или бегунами, или наконец пестами в ступах, просеивается для придания однородности и укупоривается или в бочки, или в мешки. Достоинство покупного Г. определяют мягкостью зерна (отсутствием каменистых зерен), чистотой цвета и скоростью застывания теста, замешанного из 3 част. алебастра и 1 част. воды, а также тем, что тесто, замешанное из 2 част. алебастра и 1 части воды, по застывании оказывается сухим на ощупь (впитывает воду), если Г. добротен. Для более точного испытания прокаливают отвешенную пробу до 200° в тигле, при чем вес должен убывать не более как 3—5% и испытывают отливку пробной палочки, которая должна обладать достаточным сцеплением и после высыхания известной звонкостью, а по весу (высушенная) равна весу Г. + 25% воды. Испортившийся от лежания Г. идет для удобрения лугов, особенно клеверных. При замешивании Г. с водой поступают всегда так, что в воду всыпают Г. (а не обратно) и, наполнив до верху, взмешивают лопаткой (деревянной; французы берут медную, если не желают иметь ржавых пятен от железной) и прямо тотчас применяют в дело. Для штукатурных работ в тесто всыпают еще известковый "раствор", т. е. смесь извести с песком и водой. Если взять один последний, то образуются трещины, а от прибавки (1 на 3 или более) Г. их не происходить, так как Г., отвердевая, расширяется, а известковый раствор "садится", т. е. уменьшается в объеме. Такая смесь известки с Г. застывает тем медленнее, чем более взято известки и воды. Если желают иметь быстро застывающее Г. тесто, то берут на 2 части по весу алебастра не более 1 весов. части воды, а для более жидких растворов берут равные части по весу, т. е. на ведро воды только 30 ф. алебастра. Обыкновенно, для отливки берут на 4 части алебастра 3 части воды, так как при хорошем материале затвердевание тогда идет довольно быстро (длится менее 15 м), вся вода впитывается (но потом избыток испаряется), отливка получается плотная, но нагрев незначителен. Если же желают иметь медленное застывание и полное воспроизведение мелких подробностей, хотя и не очень плотную массу отливки, тогда берут на 1 часть мелкого Г. до 2 частей воды. Хотя формование или отливка из Г. не представляет существенных трудностей, тем не менее оно требует выполнения определенных условий для успеха, тем более, что формы для отливки должны приготовляться обыкновенно из того же алебастра. Для того, чтобы дать общее понятие о некоторой сложности предмета, рассмотрим способ производства гипсовых отливок с бюста, вылепленного из глины художником, потому что глиняный оригинал мягок и не может выносить без порчи прикосновения твердых предметов. Сперва готовят "первую" или простую форму, которая служит только один раз для получения гипсового же оригинала, с которого уже легко изготовить, как со всякого (бронзового или иного) твердого предмета, окончательную, сложную, или разъемную, форму, могущую служить для многократных отливок. Глиняный оригинал облепляют Г. или вполне весь [Если первую форму делают не разъемную, цельную, то по ее затвердевании глину вынимают изнутри руками или вымывают водой, а если оригинал восковой, то воск плавят. При этом уже не получается никакого остатка от оригинала, тогда как при описываемом далее способе главные по трудности и значению части оригинала, напр. лицо в бюсте, могут быть сохранены, т. е. модель не вполне теряется.], или по частям, разделив всю поверхность оригинала на две, или вообще на небольшое число частей, назначая грани деления на частях лишенных трудных деталей, например, в бюсте отдельно приготовляют всю переднюю часть изображения и всю затылочную. Г. к глине не прилипает и по застывании Г. глина легко отходит от него, но сохранить оригинал во всех подробностях обыкновенно нельзя (глиняный оригинал и не назначается для сохранения, но когда окончательная форма готова, из нее легко выдавить глиняную копию, которая может, после обжига, дать терракотовый бюст — размером немного менее гипсового — от усышки), потому что при разъемке первой формы часть глины, сидящая в углублениях застывшей формы, отрывается. Назначив грань раздела формы, на одну сторону оригинала сперва накладывают кистью смесь гипса с водой, а потом всю сторону закидывают заготовленной смесью воды с Г. и продолжают, по мере затвердевания Г., утолщать слой до желаемой степени, а около грани раздела уравнивают гипсовое тесто так, чтобы здесь получилась вся желаемая толщина, а за грань Г. не переходил. Когда намётано столько Г., сколько необходимо, и он затвердел, тогда грань оскабливают и на ней делают несколько круглых углублений, при помощи которых впоследствии обе половины формы можно составить вместе совершенно так, как они помещаются на оригинале. Затем эту грань обмазывают кистью, погруженною в воду, в которой наболтана глина, — для того, чтобы обе половины формы легко было разнять по окончании работы. После смачивания глиной краев первой половины формы (не снимая ее с оригинала), готовят другую ее часть, забрасывая остальную часть формы гипсовым тестом, сперва свежим и жидким, и потом уже отчасти отвердевшим. Когда и эта половина затвердеет, тогда разнимают обе половины. Если раздел был избран надлежащим образом, то некоторые части глиняного оригинала (напр. лицо) остаются целыми, но вообще оригинал теряется, но получается верный отпечаток, из которого осторожно вынимают остатки глины и дают вполне высохнуть. Когда это произойдет, форму изнутри покрывают или смесью масла с мыльной водой, или шеллаковым лаком, предохраняющим форму от приставания новых слоев Г. [Деревянные формы покрывают таким же лаком, металлические смесью из масла и мыла, которую применяют в при всяких других отливках, п. ч. гипс должен быть очень тонок, чтобы форма предмета от него не изменялась.], и обе половины складывают друг с другом как следует, скрепляя снаружи, чтобы не расходились при вливании Г. Тогда вливают в форму жидкую смесь воды и Г., утолщают новыми слоями и получают внутри формы воспроизведение глиняного оригинала. Когда такой новый оригинал отвердеет вполне, тогда осторожно отбивают форму в тех местах, которые не могут сняться как с барельефа и по этому гипсовому оригиналу, исправив его, если то окажется необходимым, уже надлежащую сложную, или разъёмную, форму, в которой можно делать любое число оттисков. Нет надобности описывать, понятные по существу дела, подробности разделения всякого твердого оригинала (напр. гипсового, мраморного, деревянного, каменного, металлического и др.) на такие части, формы которых могут быть сняты с оттиска без его повреждения, п. ч. с барельефа застывшая форма снимается вполне и всякая фигура может быть соответственными плоскостями разделена на ряд барельефов. Число частей формы, конечно, тем больше, чем далее удаляется оригинал от барельефа (каковы напр. медали или монеты) и искусство мастера состоит в том, чтобы выбрать для деления формы на отдельные части такие места, которые не имеют особого значения (на краях частей формы получается след, который сравнивается ножом) и в то же время получить наименьшее число частей формы, при том так, чтобы при складывании частей не нарушалась бы общая пропорция частей. Из предшествующего уже видно, что гипсовые формы бывают двоякого рода: с потерянным оригиналом и с сохраняющимся. Когда отливка сложна и тяжела, например, в случае сложных больших статуй, тогда обыкновенно не все отливают сразу, а по частям, которые скрепляют хорошим гипсом при помощи железных или деревянных внутренних скреплений. Почти подобными же способами готовят гипсовые изображения с предметов животного и растительного царства. Если требуется, напр., снять гипсовую маску с умершего, то волосы на голове, бороде и бровях и проч. сильно помадят и располагают так, чтобы они не залились гипсом и образовали барельеф, отверстия носа залепляют воском, все лицо смазывают маслом, обкладывают его с боков полотенцами, чтобы образовать барельеф, который и заполняют гипсом, начиная опять сперва жидким и кистью (затем иногда кладут слой кисеи), а потом быстро заливая образующуюся кору. С живых людей точно так же снимают как маски, так и всю головную форму, разделяя лицо на две, а всю голову на 4 части при помощи ниток, положенных на тело, которые вытягивают (разрезывая Г.) при застывании Г., чтобы получить соответственное число барельефных частей формы, а в нос и рот вставляют трубки, достаточные для дыхания. Особенно легко этим способом снимают формы с рук и ног. Вместо гипсовых форм, для отливки часто повторяющихся архитектурных выпуклых (горельефных) украшений часто применяют глиняные и металлические формы. Те же основания применяются в хирургии для нанесения гипсовых накладок на оперируемые части тела, если их, напр. при вывихе и переломе костей, следует удержать в неподвижном положении. Для этого забинтовывают сперва бинтами, смоченными в гипсовом растворе, а потом налагают гипс утолщенным слоем, придавая ему еще большую прочность прикладыванием лубка или других твердых предметов. Таким же свойством гипса пользуются для получения гипсовых форм для глиняных, гальванопластических и разных иных изделий.

Отлитые гипсовые изделия в обычном виде мало прочны, не только по слабости связи между частями (изделия легко бьются), но и вследствие мягкости поверхности (стирается и царапается всякими твердыми телами), ее ноздреватости (от испарившейся воды) и ее способности разрушаться (понемногу растворяться) от воды. По этим причинам гипсовые изделия недолговечны и плохо очищаются с поверхности, т. е. скоро теряют начальный вид, а потому остановимся на средствах, которыми в большей или меньшей степени устраняют указанные их недостатки, указав при этом, что простая прибавка песка или тому подобных твердых предметов не увеличивает прочности гипсовых изделий, потому что песок удерживается непрочно в массе Г. и предметы крошатся, а покрытие Г. клеевыми красками, как это делается на штукатурке, придает поверхности мало прочности. С давних пор стало известно, что подмесь квасцов и прямо серно-калиевой соли придает Г. и его поверхности твердость, недостающую ему самому. Вероятно это основано на способности серно-известковой соли образовать водные двойные соли, подобно тому, как это проявляется у солей магния (см.). Г., разведенный на растворе серно-калиевой соли, затвердевает быстрее, чем просто с водой, и дает массу более плотную, чем обыкновенно. Влияние квасцов, по-видимому, еще яснее. Если обожженный гипсовый камень погрузить в раствор квасцов и потом обжечь сильнее обыкновенного, то после размола и смешения с водой получается масса скоротвердеющая и обладающая значительно большей плотностью, чем обыкновенный Г. Такой квасцованный Г. производят заводскими способами и применяют как обыкновенный. Того же результата достигают, смешивая Г. со жжеными квасцами, при чем избегается вторичное прокаливание. На 100 ч. Г. берется не более 5 ч. квасцов. Наиболее обыкновенный и давно (из Италии) известный способ придания Г. плотного сложения и способности полироваться составляет образование его теста на клеевой воде. Размоченный клей растворяют в горячей воде (около 1,5 ф. клея на ведро воды) и на такой воде (остывшей) замешивают обыкновенный или квасцованный Г. Такую штукатурку стен "под мрамор" наносят на смоченную подготовку и, по затвердевании притертого слоя, полируют пемзой, смачивая клеевой водой. Политуру кончают трепелом с водой, а по высыхании маслом, через что достигается блестящая и очень прочная поверхность, которую нередко разделывают под цветные и полосатые сорта мрамора, прибавляя к массе соответственных красок и нанося их в надлежащем порядке в углубления не вполне остывшей штукатурки. Г. на клеевой воде затвердевает медленнее, чем на чистой. Некоторые соли, особенно бура, также замедляют затвердение Г. Замешенный на смеси 1 об. насыщенного раствора буры с 4 об. воды, Г. затвердевает (по Casentini) только после 3—4 часов и приобретает значительную крепость. Если уже готовую штукатурку вспрыснуть раствором буры, то она становится, после затирания, тверже обыкновенной и отличается тем, что после оклейки обоями препятствует заводиться насекомым. Водонепроницаемость [Г. в отливках столь порист и так легко вбирает в себя воду, что употребляется в виде пластинок для отнятия (высасывания) воды из осадков, высушенные Г. пластинка по своей скважности пропускают воздух и др. газы.] гипс. отливок достигается очень часто пропитыванием их в нагретом виде стеарином, воском или раств. в бензине парафином. Статуэтки, пропитанные стеарином, имеют довольно своеобразный желтоватый оттенок (как изделия из слоновой кости), некоторую степень прозрачности и легко моются водой. Того же достигают иногда масляными лаками. Г., смешанный со снятым молоком и небольшим количеством извести после отливки отличается белизной, неизменяемостью от воды и значительной плотностью. Прибавка спирта к воде, на которой размешивается Г., придает ему плотность и способность после отливки уменьшаться в объеме, что, вероятно, происходит от того, что тогда кристаллизация гипса получается более мелкой и плотной [Утверждают также, что готовые отлитые гипсовые изделия явно уменьшаются в размерах при погружении в спирт.]. Известно, что раствор Г. в воде (1 ч. CaSO4 растворяется в 525 ч. воды при 0°, в 466 ч. при 38° и в 571 г. при 100°, а в пресыщенных растворах до 110 ч. воды) осаждается от прибавки спирта. Поверхностное уплотнение гипсовых изделий достигается также при смачивании их баритовой водой (образуется серно-баритовая соль) и растворимым стеклом (образуется двойная кристаллическая соль). Хотя таким образом имеется много способов для придания гипсу большей против обычной плотности и связности, но тем не менее никакие гипсовые изделия не могут быть сравниваемы по вязкости и сцеплению с портландским цементом. К камням гипс пристает слабее, чем известка или цемент. К дереву Г. также пристает слабо, но на железе он довольно хорошо удерживается, особенно при разведении на растворах некоторых сернокислых солей [Двойные соли гипса с сернокислыми солями Na и K хорошо известны (Розе, Струве, Фрицше) и дают повод думать, что, разрабатывая (подобно тому как это сделано Вант-Гофом и Розебумом для астрахацита MnNa2(SO4)24H2O, см. "Основы химии", 5 изд., стр. 433 и 443) этот предмет можно достичь новых усовершенствований в произведений гипсовых изделий для придания им недостающей твердости связности, что особо желательно ввиду широкого распространения Г. в природе и легкости его формовки.].

В заключение упомянем о том, что некоторое количество Г. применяется также для многих других видов промышленных целей, например для прибавки в бумажную и фарфоровую массу, для разных замазок и т. п. При накаливании с углем он отдает ему свой кислород и образуется сернистый кальций, из которого (см. Сера и Сода) можно получить серу. В гипсе (природном, водном) более 18% серы, но ее из него ныне нет способов выгодно добывать; однако, в природе самородная сера получается чаще всего именно из гипса.

..

Некоторые тексты близкой тематики