ЗАКЛАД ОСВІТИ
Гомелська міська багатопрофільна гімназія № 14 "
Вплив жорсткості води на піноутворення і стійкість піни
2005
Зміст
1. Введення
2. Теоретична частина
2.1 Піни
2.2 Поверхнево-активні речовини
2.3 Поверхневий натяг
3. Практична частина
3.1 Методика проведення дослідження
3.2 Опис дослідження та виконання
3.3 Обробка результатів дослідження та висновки
3.3.1 Використання аніонактивної ПАР
3.3.2 Використання катіонактівних ПАР
3.3.3 Використання неіонактівного ПАР
3.3.4 Порівняння стійкості піни, утвореного ПАР
різного виду
Висновки
Література
1. ВСТУП
Здавна люди з захопленням спостерігали, як з'являється піна. Вони вважали її таємним, цікавим. Тоді ще не знали її склад, але були впевнені в її особливості, її незвичайність, так як не всі речовини могли утворювати піну. Це була загадка, чудо природи. А в наш час не можна здивувати утворенням піни.
Люди помітили, що не завжди утворюється однаково стійка піна. Від чого залежить її стійкість? Може від води (розчинника)? Тоді чим відрізняється природна вода, взята з різних джерел? Що за речовини в ній розчинені? Тепер кожен школяр знає, що природна вода може пом'якшувати розчинені солі магнію та кальцію. Така вода називається жорсткою. У наш час багато говориться про шкідливість жорсткої води для побуту людини. А у нас постало питання: як впливає жорсткість води на процес піноутворення і стійкості піни?
Метою нашої роботи є експериментальне дослідження впливу жорсткості води на піноутворення і стійкість піни.
2. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
2.1 ПІНИ
Піни - ніздрюваті дисперсні системи, що представляє собою сукупність бульбашок газу (пари), розділених тонкими прошарками рідини. Піни за розміром бульбашок відносяться до грубодисперсних систем. Загальний обсяг укладеного в них газу може в сотні разів перевершувати обсяг дисперсійного середовища - рідини, що знаходиться в прошарках. Відношення об'єму піни до об'єму рідкої фази називають кратністю піни. При формуванні високократной пен бульбашки перетворюються на багатогранні осередку, а рідкі прошарки - у плівки товщиною кілька сотень, іноді кілька десятків нм. Такі плівки утворюють просторовий каркас, що володіє деякою пружністю і міцністю. Тому піни мають властивості структурованих систем. Одна з основних характеристик піни - стійкість, обумовлена за часом зменшення на 50% об'єму або висоти шару піни, зміни її дисперсності та ін методами.
Утворення піни, або спінювання, відбувається при диспергуванні газу в рідкому середовищі і під час виділення нової газової фази в об'ємі рідини. Виникнення стійких високодисперсних пен обумовлено присутністю в рідині стабілізаторів піни, або піноутворювачів. Ці речовини полегшують спінювання і ускладнюють відтік рідини з пінних плівок, перешкоджаючи коалесценції (злиття) бульбашок. У водних середовищах особливо ефективні мила, милоподобние поверхнево-активні речовини і деякі розчинні полімери, що утворюють на кордоні рідини з газом шари з явно вираженими структурно-механічними властивостями. Збільшення в'язкості дисперсійного середовища підвищує стійкість піни. Чисті рідини з низькою в'язкістю не утворюють піни.
Для руйнування піни або попередження їх утворення використовують протипінні речовини, або піногасники. Ефективні піногасники - поверхнево-активні речовини, що витісняють з поверхні рідини піноутворювачі, але самі не здатні забезпечити стабілізацію піни (спирти, ефіри, алкіламіни). Іноді піни руйнують впливом високих температур, механічним шляхом або просто «відстоюванням».
2.2 поверхнево-активна речовина
Поверхнево-активні речовини - речовини, здатні накопичуватися (згущуватися) на поверхні зіткнення двох тіл, званою поверхнею розділу фаз, або міжфазної поверхнею. На міжфазної поверхні поверхнево-активні речовини утворюють шар підвищеної концентрації - адсорбційний шар.
Будь-яка речовина у вигляді компонента рідкого розчину або газу (пара) при відповідних умовах може проявити поверхневу активність, тобто адсорбуватися під дією міжмолекулярних сил на тій чи іншій поверхні, знижуючи її вільну енергію. Проте поверхнево-активними зазвичай називаються лише ті речовини, адсорбція яких з розчинів вже при дуже малих концентраціях (десяті й соті частки%) призводить до різкого зниження поверхневого натягу.
Типові поверхнево-активні речовини - органічні сполуки діфільного будови, тобто містять в молекулі атомні групи, сильно розрізняються по інтенсивності взаємодії з навколишнім середовищем.
За типом гідрофільних груп поверхнево-активні речовини ділять на іонні, або йоногенних, і неіонні, або неіоногенні. Іонні Поверхнево-активні речовини розпадаються у воді на іони, одні з яких мають адсорбційної (поверхневої) активністю, інші (протівоіони) - адсорбційно неактивні. Якщо адсорбційно активні аніони, поверхнево-активні речовини називають аніонними, або аніоноактивні, в протилежному випадку - катіонними, або катіоноактивні. Аніонні поверхнево-активні речовини - органічні кислоти і їх солі, катіонні - підстави, звичайно аміни різного ступеня заміщення, і їх солі. Деякі поверхнево-активні речовини містять і кислотні, і основні групи. Залежно від умов вони проявляють властивості або аніонних, або катіонних поверхнево-активних речовин, тому їх називають амфотерними, або амфолітні.
2.3 Поверхневий натяг
Для утворення піни необхідно зменшити поверхневий натяг води. Як відомо, ця величина для води є досить великою. Що ж таке поверхневий натяг води?
Поверхневий натяг - це найважливіша характеристика поверхні розділу фаз. Воно залежить від роду рідини і від її температури: з підвищенням температури воно зменшується. Так звані поверхнево-активні речовини (мило) також зменшують поверхневий натяг. У випадку рідин поверхневий натяг розглядають як силу, яка скорочує поверхню до мінімуму. А утворення піни - це явище, яке суперечить силі поверхневого натягу, тому що в цій ситуації поверхню тіла (води) збільшується. Отже, для утворення піни необхідно зменшити поверхневий натяг, використовуючи при цьому поверхнево-активні речовини.
3. ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА
Тема дослідження: вплив жорсткості води на піноутворення і стійкість піни.
Мета дослідження: експериментально розглянути вплив жорсткості води на піноутворення і стійкість піни.
Для більш повного і точного відповіді ми вирішили провести досліди при використанні поверхнево-активних речовин різного виду (аніоноактивні, катіонактівних, неіонактівних).
3.1 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ
Для дослідження ми вибрали конічні колби однаково обсягу з розрахунком, що б навіть при сильному вспіненні вони були заповнені не більше ніж на ½ об'єму. Для точності експерименту необхідно брати рівні об'єми води і до них додавати рівні об'єми ПАР. Для більшої легкості і точності дослідження в якості вимірювача обсягу ми взяли медичний шприц на 2 і 10 мл, а час - годинник. Всі вимірювання повинні проводитися при однаковій температурі всіх речовин. Дана умова легко досягається, коли за постійну температуру прийнята кімнатна і всі речовини тривалий час перебуватимуть при цій температурі. Для дослідження використовували ПАР однаковій концентрації. Ми використовували промислові ПАР, які входять до складу звичайних речовин.
3.2 ОПИС ДОСЛІДЖЕННЯ І ВИКОНАННЯ
Обладнання: конічні колби (50 мл), шприци (2 мл і 10 мл), скляна паличка, лінійка, годинник з секундною стрілкою, зразки води: дістілірованая, кип'ячена, водопровідна, вода з додаванням кальцій-сульфату та натрій-карбонату; зразки ПАР різного виду (розчини мила, ополіскувач білизни і желатин).
Хід дослідження:
Відміряти по 20 мл кожного із запропонованих видів води і налити їх у колби.
До рівним обсягами води додати по 2 мл розчину поверхнево-активної речовини, струснути.
Визначити спостережуваний ефект.
Виміряти висоту піни і час зникнення половини її обсягу.
3.3 ОБРОБКА ПІДСУМКІВ ДОСВІДУ І ВИСНОВКИ
Для досвіду використовувалися ПАР різних типів. В ході досвіду увага зверталася на порівняння висоти, об'єму піни і час її напіврозпаду, а також на наявність у пенах осаду.
3.3.1 ВИКОРИСТАННЯ Аніонактивні ПАР
Як аніоноактивні ПАР було взято мило. При розчиненні в воді вона утворює негативно активні іони:
C 17 H 35 COONa С17 H 35 - COO + Na +
Був приготований розчин мила, 2 мл якого були додані до всіх видів води. Отримані результати занесені в таблицю 1.
Таблиця 1. Вплив жорсткості води на піноутворення і стійкість піни для аніонактивної ПАР (мила).