Учебное пособие: Химия без взрывов

Когда вещество нагревают в стакане, то крышка не нужна, Стакан ставят в водяную баню, но не прямо на дно (так он может перегреться), а на подставку из фанеры или куска дерева. В подставке желательно прорезать отверстия, чтобы вода могла циркулировать. А чтобы дерево не всплывало, подставка должна плотно прилегать к стенкам бани,

Наливать много воды не надо – достаточно, если стакан или пробирка будут погружены в воду наполовину. По мере выкипания воду надо понемногу доливать.

Водяную баню можно нагревать на газовой или электрической плите либо на закрытой электроплитке (пожалуйста, помните об аккуратности в работе!). Если же надо нагревать вещества на открытом пламени до более высоких температур, то лучше пользоваться горелкой с "сухим спиртом", таблетки которого продают в хозяйственных и спортивных магазинах, – таким сухим горючим часто пользуются туристы. Таблетки горючего дают ровное и жаркое пламя. Сжигать их надо на специально сделанном таганке. Его можно изготовить из толстой стальной проволоки в виде треноги и положить сверху жестяную крышку с загнутыми краями, например от стеклянной консервной банки; на этой крышке и поджигают таблетку. Приготовьте и жестяной колпачок, например маленькую консервную банку, которым вы будете гасить пламя: накройте колпачком горящую таблетку, воздух перестанет к ней поступать, и пламя погаснет.

Еще один способ нагревания до высокой температуры песочная баня. В небольшую сковородку насыпьте ровным слоем сухой прокаленный песок на высоту около 2 см. На песок поставьте фарфоровую чашку или металлическую банку с реакционной смесью и нагревайте песочную баню на электроплитке. Это старый, надежный и безопасный метод прокаливания, хотя и не очень быстрый.

В заключение этой главы немного об измерении масс и объемов.

Для домашней лаборатории подойдут аптечные весы, они достаточно точны. Что же касается измерения объемов, то для этой цели можно использовать аптечную мензурку – стеклянную рюмочку с делениями – или мерный стакан. В крайнем случае, можно воспользоваться мерной бутылочкой, из которой кормят через соску младенцев.

ОБРАЗЦЫ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ПРОЕКТОВ

О некоторых особенностях роста кристаллов NaCl

 Алексей Лохов, Андрей Пальянов

Руководитель: П.В. Денисенко

8 класс школы-колледжа 130, г. Новосибирск

1996

AННОТАЦИЯ

В докладе рассказывается об образовании и росте нового типа плавающих кристаллов NaCI и сопутствующих этому явлению эффектах, как-то: образование соляных колец при высыхании капель раствора NaCI, рост дендритов по горизонтальной и вертикальной плоскостям.

ВВЕДЕНИЕ

Проблемой образования колец при высыхании капель растворов солей занимались ещё в 19 веке. В 1882 Лизеганг обнаружил, что при высыхании капли 20% раствора AgNО3 на поверхности, покрытой слоем смеси желатина и К2Сr2О7 образуется система концентрических колец, которые состоят из продукта реакции AgNO3 и K2Cr2O7 - бихромата серебра [5]. Проблемой образования плавающих кристаллов занимался Д.И.Менделеев, который их обнаружил и описал их форму: полые четырехгранные пирамидки, плавающие вершиной вниз. Ещё одно известное наблюдение - на месте высохшей капли AgCI образуются несколько концентрических колец. Рисунок 1 объяснит их образование [3].

По краям выпадают кристаллы, но по мере высыхания капли её объем уменьшается, и она висит на кристаллах. В какой-то момент капля с них срывается и собирается в каплю, но меньшего диаметра. Этот процесс повторяется несколько раз до того момента, когда вся вода испарится.
 Рассмотрев несколько высохших капель раствора NaCl, мы увидели одну и ту же картину (рис. 2): несколько кристаллов находится в центре капли, соляное кольцо по периметру и дендритные структуры за пределами капли. Кристаллы в центре и некоторые кристаллы из соляного кольца имеют характерный крестик.

 Рассмотрев процесс высыхания капли, мы заметили следующее: кристаллы образуются на поверхности раствора, а потом часть из них, находящаяся близко к краю, сползает к границе капли, и в процессе роста образуется соляное кольцо, а остальные опускаются вслед за понижающимся уровнем раствора и ложатся на дно. Рассмотрев такой кристалл под микроскопом, мы увидели, что он представляет из себя плавающую пирамидку Менделеева.

 После этого мы решили подробнее рассмотреть процесс образования пирамидок. Известно ( [1], [2] ), что растворимость NaCI мало зависит от температуры, т.е. плотность раствора, насыщенного при 15 градусах равна плотности раствора, насыщенного при 20 градусах. Это означает, что поверхностный слой раствора может концентрацию большую, нежели сам раствор. По словам Д.И.Менделеева, эти кристаллы не тонут, т.к. постоянно доращиваются при опускании (рис. 4):

ЭКСПЕРИМЕНТ

Мы повторили опыт Менделеева: взяли сосуд с раствором, имеющем концентрацию, близкую к максимальной, и поместили над ним на расстоянии 20 см настольную лампу (лампочка 100 Вт). При температуре 22 градуса и влажности 50% мы получили менделеевские кристаллы. Но они образуются не всегда. Если поставить колбу с раствором в закрытый объём при почти 100% влажности, то образуются другие кристаллы, имеющие форму кубиков со срезанной верхней вершиной и ориентированные другой вершинкой вниз ( рис. 5 ):

Обычно они собираются в группы по 7-40 штук, а потом, достигнув размеров грани каждого кристалла 3-4мм, падают на дно. Кристаллы со срезанной вершинкой образовывались иногда и на дне сосуда, т.к. первоначально были ориентированы вершинкой вверх, а не боком (см. рис 6).

Впоследствии мы обнаружили наличие плавающих кристаллов для растворов других солей, например раствор AIK(SO4)2*12Н2О образует на поверхности одиночные кристаллы. Наоборот, при увеличении скорости испарения поверхность раствора покрывалась сплошной соляной коркой, которая состоит из сросшихся пирамидок Менделеева ( рис. 7 ):

При проведении опытов с кристаллами на поверхности мы заметили, что на стенках сосудов образуются дендриты, которые иногда даже "вылезали" наружу и росли по внешней стенке. Между дендритами и раствором находится полоса свободного пространства, покрытая тонкой пленкой раствора ( рис. 8 ):

Если поместить у основания растущего дендрита каплю концентрированного раствора NaCI, подкрашенную тушью, то она начинает подниматься по дендриту, показывая путь "строительного материала" ( рис. 9 ):

Как выяснили Хлуднева Евгения и Лапина Люба, строительный материал доставляется к вершине в основном по капиллярам внутри дендритов. Если же подкрашенную каплю поместить в центр высыхающей капли, то мы видим такую картину: из капли туши вытянулись тонкие лучи. Это следы сползающих плавающих кристаллов и потоков раствора к растущим дендритам.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Результатом проделанной работы явилось:

1. Обнаружение нового типа плавающих кристаллов, описание которого мы в литературе не нашли.

2. Установление возможности роста дендритов по вертикальной плоскости, описание чего мы также в литературе не нашли.

БЛАГОДАРНОСТИ

Благодарим нашего консультанта Денисенко П.В., Хлудневу Евгению и Лапину Любовь за предоставленные результаты, В.И. Шелеста за помошь в редактировании отчета.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кузнецов "Кристаллы и кристаллография"

2. Менделеев Д.И. "Общая химия"

3. Гегузин "Капля"

4. Реми "Неорганическая химия"

5. Шубников А.В. "Зарождение и рост кристаллов"

vlad@ssl.nsu.ru

ГИМНАЗИЯ №1 ИМЕНИ В. И. ЛЕНИНА

УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ:

“ИССЛЕДОВАНИЕ МОЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ СТИРАЛЬНЫХ ПОРОШКОВ С ОТБЕЛИВАЮЩИМ ЭФФЕКТОМ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ СТИРАЛЬНЫХ МАШИН”

Выполнил ученик 8Э КЛАССА Ахметов Данил

Научный руководитель:

Ахметов Марат Анварович

www.maratakm.narod.ru

Ульяновск 2004 год

Пояснительная записка.

В настоящих время существует огромный выбор стиральных порошков и других моющих средств. Наше внимание было обращено на группу стиральных порошков, предназначенных для использования в автоматических стиральных машинах для стирки белого белья (постельное белье, рубашки, блузки и т. п.). Основная проблема, с которой сталкиваются хозяйки – это постепенная потеря привлекательного вида таких изделий, связанная с появлением желтоватого и сероватого оттенка у этих изделий, что негативно отражается на их внешнем виде. Интерес подогревался еще и тем, что существует достаточно жесткая конкуренция между производителями стиральных порошков, и как говорится, на слуху, и на виду у многих телевизионная реклама, знакомящая с уникальными возможностями тех или иных стиральных порошков.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ УПАКОВКИ ПОРОШКА[2]

Нами было проведено исследование стиральных порошков следующих производителей: Procter & Gamble (ARIEL, TIDE, МИФ), Sorti (BIMAX, SORTI), Невская косметика (SARMA), Хенкель (ПЕМОС).

1.         УПАКОВКА. Практически все производители выпускают порошки в картонной коробке (более удобная упаковка) и в пакетах (более дешевая упаковка).

2.         ЦЕНА. Цена порошка колеблется от 8,33 (ARIEL) до 3,5 (ПЕМОС) рублей за 100 г порошка, что примерно составляет стоимость одной стирки 4 кг белья в мягкой воде

3.         ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ПАВ). Стиральные порошки ARIEL и ТIDЕ содержат все типы ПАВ (анионные, катионные и неионогенные). МИФ содержит неионогенные и анионные ПАВ. Все остальные порошки содержат только анионные ПАВ. Анионные ПАВ наиболее распространенные и наиболее дешевые типы ПАВ. Добавление небольшого количества катионных и неионогенных ПАВ должно увеличивать диапазон действия порошка.

4.          ОТБЕЛИВАТЕЛИ. Все порошки содержат кислородсодержащие отбеливатели, обычно это перборат натрия NaBO3∙H2O2∙3H2O и оптические отбеливатели (вещества, увеличивающие светоотражающую способность ткани)

5.         ЭНЗИМЫ (ферменты или биологические катализаторы) способствуют разрушению и удалению белковых загрязнений (пятен крови и т. д.). Действуют при температуре до 60 0С, так как белок составляющий структуру фермента при более высокой температуре денатурирует (разрушается). Включены в состав всех исследованных синтетических моющих средств (СМС), кроме SARMы и ПЕМОСа.

6.          ФОСФАТЫ И ЦЕОЛИТЫ служат цели смягчения воды. Фосфаты, попадая в сточные воды, способствуют росту сине-зеленых водорослей (цветение воды в водоемах), поэтому с точки зрения экологии оптимальным смягчителями воды являются цеолиты, хотя они увеличивают стоимость СМС. Единственный порошок, в состав которого входят цеолиты, наряду с фосфатами – это ARIEL.

7.          Поликарбоксилаты (КМЦ) препятствуют повторному осаждению грязи на ткани. Входят в состав всех порошков.

8.         Фософонаты (пеногасители) входят в состав практически всех порошков

9.         Силикаты и карбонаты способствуют понижению кислотности моющего раствора за счет гидролиза солей. Также смягчают воду.

10.       Сульфат натрия. Связывает избыток влаги Na2SO4 + 10H2O = Na2SO4∙10H2O

11.       Отдушка способствует созданию приятного арамата

Эксперимент:

На куски белой ткани, размером 20×20 см, были нанесены пятна крови, кетчупа, оливкового масла, паста от шариковой ручки. По прошествии 24 часов после нанесения пятен образцы были испытаны на действие порошка по следующей методике. 1 столовая ложка порошка (20 мл) растворялась в 0,5 л кипятка. В полученную смесь опускался испытуемый образец, который интенсивно перемешивался в полученном растворе течение 5 минут. По окончании данной процедуры образец полоскался в проточной воде в течение 1 минуты.

Образцы ткани по окончании стирки

ВОДА	SORTI
ARIEL	МИФ
BIMAX	SARMA
TIDE	ПЕМОС

Обсуждение результатов[3]

Лучший результаты по отбеливанию ткани продемонстрированы ARIELем. Его по праву можно назвать лидером в данной номинации. За ним, несколько уступая, следуют BIMAX и TIDE. Удовлетворительный результат показан МИФом. Качество отбеливания остальными СМС оставляет желать лучшего. Все стиральные порошки, показавшие отличные и хорошие результаты по отбеливанию ткани содержат в качестве добавок гранулы или крупинки синего цвета (известна хозяйкам как синька), что улучшает визуальные показатели качества отбеливания ткани.

Лучше других обесцветил пасту шариковой ручки опять ARIEL. Хорошие результаты показаны SARMой. Удовлетворительно с работой справились SORTI, МИФ и ПЕМОС.

ОЦЕНКА результатов по удалению пятен крови в связи с условиями эксперимента (разные образцы крови) проводилась отдельно по группам. ГРУППА 1 (ARIEL, BIMAX, TIDE, МИФ), ГРУППА 2 (ВОДА, SORTI, SARMA, ПЕМОС). Неплохо удалили застаревшие пятна крови TIDE и ПЕМОС. Удовлетворительные результаты получены при стирке ARIELем и SARMой. В целом качество удаления застаревших пятен крови в условиях эксперимента оставляет желать лучшего.

Прекрасные результаты по удалению пятен кетчупа продемонстрированы порошками ARIELем, TIDEом, МИФОМ. Отличные результаты показаны BIMAXом и SARMой. Остальные порошки показали неплохие результаты.

Не одному из порошков не удалось полностью избавить ткань от пятен оливкового масла. Лучше других были показаны BIMAXом, МИФом и SARMой.

ВЫВОДЫ.

1.         Среди испытанных стиральных порошков нет ни одного абсолютного лидера по всем номинациям.

2.         Лучшим выбором для получения белоснежных простыней и рубашек является ARIEL.

3.         ARIEL лучше других справился с удалением пятен от шариковой ручки.

4.         Если на белье имеются застаревшие пятна крови, то лучше для этих целей подходят порошки TIDE и ПЕМОС. В любом случае мы рекомендуем при наличии подобных пятен выбирать программу машинной стирки с предварительным замачиванием

5.         Лучше других с удалением пятен кетчупа справились ARIEL, TIDE и МИФ.

6.         Лучше других удаляют пятна масла BIMAX, МИФ и SARMA. При наличии на белье пятен масла желательно является использование порошков со специальной липо- системой. Рекомендуемой является программа стирки с предварительным замачиванием

7.         При покупке стиральных порошков следует обращать внимание на дату изготовления порошка. По истечении срока годности порошка резко ухудшаются его эксплуатационные характеристики

Таблица 1. Характеристика порошков

№	МАРКА ПОРОШКА	ARIEL	BIMAX	TIDE (fairy effect)	SORTI	МИФ (морозная свежесть)	SARMA	ПЕМОС
	Внешний вид
	производитель	Procter & Gamble	SORTI, Казань	Procter & Gamble	SORTI, Казань	Procter & Gamble	Невская косметика, г. Ангарск	Хенкель
	Масса содержимого упаковки, г8	450	450	450	900	400	800	400
1	Цена, р	37,5	33,5	30,1	40	18,2	34	14
2	Цена за 100гр в рублях	8,33	7,44	6,69	4,44	4,55	4,25	3,5
3	Норма расхода для среднезагрязненного белья на стиральную машину в мл. (водопроводная вода правобережья г. Ульяновска)	212	220	212	220	212	230	220
4	упаковка	Картонная	Пакет	Картонная	Пакет	Картонная	Пакет	Картонная каробка
5	ПАВ катионные	+	-	+	-	-	-	-
	ПАВ неионогенные	+	-	+	-	+	-	-
	ПАВ анионные	+	+	+	+	+	+	+
6	Отбеливатель кислорсодержащий	+	+	+	+	+	+	+
7	Отбеливатель оптический	+	+	+	+	+	+	+
8	Энзимы	+	+	+	+	+	-	-
	Цеолиты	+	-	-	-	-	-	-
	Фосфаты	+	+	+	+	+	+	+
	Поликарбоксилаты (КМЦ) (антиресорбент)	+	+	+	+	+	+	+
	Фосфонаты (пеногаситель)	+	+	+	+	+	+	+
9	Силикаты	+	+	-	+	-	-	+
10	Карбонаты	-	+	-	+	-	+	+
	Сульфат натрия	-	+	-	+	-	+	+
12	Запах порошка (отдушка)	Резкий	Мягкий	Достаточно резкий	Мягкий	Умеренный	Умеренный	Умеренный
13	Внешний вид порошка	Белый порошок с синими гранулами	Белый порошок с синими крупинками	Белый порошок с синими крупинками	Белый порошок с синими крупинками	Белый порошок с незначительным количеством синих крупинок	Белый	Мелкие гранулы белого цвета

Таблица 2. Результаты эксперимента.

№	Виды пятен	Чистая вода -0	ARIEL-1	BIMAX-2	TIDE (fairy effect)-3	SORTI-4	МИФ (морозная свежесть)-5	САРМА-6	ПЕМОС-7
1.	Чернила	0	80	20	20	40	40	60	40
2	Кровь	10	40	30	50	30	20	40	50
3.	Кетчуп	50	100	90	100	70	100	80	70
4.	Растительное масло	40	40	60	40	40	60	60	40
5.	Отбеливание	0	50	40	40	20	30	20	10
6.	Запах, сразу по окончанию стирки	Несвежий	Запах одеколона	Аромат с привкусом порошка	Острый, достаточно резкий	Мягкий, ванильный	Запах порошка	Мягкий, с незначительной примесью порошка	Почти без запаха
7.	Рейтинг	100	310	240	250	200	250	260	210

[1] Можно также добавить часть работы, включающую литературный обзор

[2] см. таблицу 1.

[3] см.таблицу 2.