Химия без взрывов

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 см. таблицу 1.

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 20Ч20 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

Обсуждение результатов см.таблицу 2.

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

Таблица 2. Результаты эксперимента.