Научно - практическая работа по физике "Исследование качества средств для мытья посуды"

Введение.

 В настоящее время выпускается много средств для мытья посуды. Производители и продавцы рекламируют свой товар, как только могут, в том числе и по телевизору. Мы решили проверить в лабораторных экспериментах, действительно ли исследуемое средство «моет идеально, экономит оптимально» и «моет даже в холодной воде», как утверждает реклама. Моющая способность синтетических моющих средств (СМС) зависит от коэффициента поверхностного натяжения.

 Целью работы: вычислить коэффициент поверхностного натяжения некоторых синтетических моющих средств, проверить зависимость коэффициента поверхностного натяжения растворов СМС от температуры.

 В связи с этой целью ставятся задачи:

Изучение учебной, научно - популярной литературы, материалов в сети «Интернет» по данной теме.

Проведение физического эксперимента.

Анализ полученных результатов.

1. Анализ действия моющих средств.

 Считается, что варить мыло умели еще в 2800 - х годах до н. э. При раскопках Древнего Вавилона были найдены глиняные емкости, наполненные веществом, похожим на мыло. Надписи на этих сосудах гласили, что содержимое сделано при кипячении жира с пеплом.

 Мыло - самое простое моющее средство - это натриевая или калиевая соль одной из жирных кислот. Использование мыла после II мировой войны пошло на убыль, его постепенно вытесняли синтетические моющие средства (СМС). Производство СМС стало важной отраслью химической промышленности.

 Молекула мыла представляет собой длинную цепочку (хвост) углеродно - водородных атомов с концами, обладающими разными свойствами (Приложение 1а). Один конец заканчивается тремя атомами водорода, он менее активен; другой конец завершается группой атомов кислорода и калия или натрия и потому проявляет значительную активность, энергично притягиваясь к атомам водорода, входящим в состав воды. Благодаря такому строению молекула занимает вертикальное положение относительно поверхности воды (Приложение 1б).

 Всем приходилось мыть посуду, загрязненную жиром. Отмыть тарелку от жира чистой холодной водой трудно. Вода не смывает жир с поверхности, т. к. вода не смачивает его. Если чистую воду заменить мыльной, то жир лучше смачивается и легко отмоется. Молекулы моющих средств действуют как «захватчики» примесей: инертные концы молекул притягиваются к грязи и скапливаются на ее частицах; частицы грязи становятся взвешенными и могут быть, потом удалены проточной водой.

2. Процесс “мойки”.

 Поверхность жидкости находится в особых условиях по сравнению с остальной массой жидкости. Это связано с тем, что на поверхности жидкости, вблизи границы разделяющей жидкость и пар, молекулы испытывают иное молекулярное взаимодействие, чем молекулы, находящиеся внутри объема жидкости.

 На каждую молекулу внутри жидкости действуют силы притяжения соседних молекул, окружающих ее со всех сторон. Равнодействующая этих сил равна нулю. А равнодействующая сил притяжения, действующих на молекулы поверхности слоя, не равна нулю (т. к. над поверхностью жидкости находится пар, плотность которого во много раз меньше, чем плотность жидкости) и направлена внутрь жидкости (Приложение 2).

 Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости. Эта потенциальная энергия равна по величине работе, необходимой для того, чтобы выйти на поверхность, преодолевая силы притяжения соседних молекул. При этом совершается работа    A= σS

Где σ – коэффициент пропорциональности, называемый поверхностным натяжением, имеющий размерность Дж/м  (или Н/м).

 S - площадь поверхности.

Коэффициент поверхностного натяжения определяется свойствами соприкасающихся жидкости и газа, температурой, наличием в жидкости поверхностно – активных веществ (например, мыла).

 Поверхностное натяжение можно определить разными путями. В данной работе коэффициент поверхностного натяжения был определен методом отрыва капель.

3. Изготовление средства для мытья посуды

Перед проведением исследования провели анкетирование, чтобы выявить наиболее используемые синтетические моющие средства. После проведения анкетирования выяснилось, что большая часть опрошенных людей используют «Fairy». Мы решили проверить СМС «AOS», «SORTI», «Капля», а также средство собственного изготовления.

Для изготовления СМС нам понадобилось:

хозяйственное мыло – 25 грамм;

горячая вода – 0, 5 л;

глицерин – 4 столовых ложки; разведенный спирт 1 столовая ложка.

Изготовление:

Натерли на терке обычное хозяйственное мыло

Мыльную стружку залили небольшим количеством горячей воды и поставили плавиться в микроволновую печь

Периодически помешивая, постепенно выливаем всю воду.

После того как мыло полностью растворится, немного дали остыть и добавили столовую ложку водки и глицерин, тщательно все перемешали. Получилась однородная жидкая масса.

Весь материал - смотрите документ.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №14 г. Искитима»

секция естественных наук

Исследование качества средств для мытья посуды

Выполнили: Сафина Юля 8 б класс

Матвеева Маша 8 б класс

Руководитель: Сивурова Т. В.

Искитим 2012

Оглавление.

Введение. 3

1. Анализ действия моющих средств. 4

2. Процесс “мойки”. 5

3. Изготовление средства для мытья посуды 6

4.Исследование поверхностного натяжения растворов моющих средств. 7

Выводы. 9

Приложение 1 10

Приложение 2 11

Приложение 3 12

Литература. 13

Введение.

В настоящее время выпускается много средств для мытья посуды. Производители и продавцы рекламируют свой товар, как только могут, в том числе и по телевизору. Мы решили проверить в лабораторных экспериментах, действительно ли исследуемое средство «моет идеально, экономит оптимально» и «моет даже в холодной воде», как утверждает реклама. Моющая способность синтетических моющих средств (СМС) зависит от коэффициента поверхностного натяжения.

Целью работы: вычислить коэффициент поверхностного натяжения некоторых синтетических моющих средств, проверить зависимость коэффициента поверхностного натяжения растворов СМС от температуры.

В связи с этой целью ставятся задачи:

• Изучение учебной, научно-популярной литературы, материалов в сети «Интернет» по данной теме.

• Проведение физического эксперимента.

• Анализ полученных результатов.

1. Анализ действия моющих средств.

Считается, что варить мыло умели еще в 2800-х годах до н.э. При раскопках Древнего Вавилона были найдены глиняные емкости, наполненные веществом, похожим на мыло. Надписи на этих сосудах гласили, что содержимое сделано при кипячении жира с пеплом.

Мыло - самое простое моющее средство - это натриевая или калиевая соль одной из жирных кислот. Использование мыла после II мировой войны пошло на убыль, его постепенно вытесняли синтетические моющие средства (СМС). Производство СМС стало важной отраслью химической промышленности.

Молекула мыла представляет собой длинную цепочку (хвост) углеродно-водородных атомов с концами, обладающими разными свойствами (Приложение 1а). Один конец заканчивается тремя атомами водорода, он менее активен; другой конец завершается группой атомов кислорода и калия или натрия и потому проявляет значительную активность, энергично притягиваясь к атомам водорода, входящим в состав воды. Благодаря такому строению молекула занимает вертикальное положение относительно поверхности воды (Приложение 1б).

Всем приходилось мыть посуду, загрязненную жиром. Отмыть тарелку от жира чистой холодной водой трудно. Вода не смывает жир с поверхности, т.к. вода не смачивает его. Если чистую воду заменить мыльной, то жир лучше смачивается и легко отмоется. Молекулы моющих средств действуют как «захватчики» примесей: инертные концы молекул притягиваются к грязи и скапливаются на ее частицах; частицы грязи становятся взвешенными и могут быть, потом удалены проточной водой.

2. Процесс “мойки”.

Поверхность жидкости находится в особых условиях по сравнению с остальной массой жидкости. Это связано с тем, что на поверхности жидкости, вблизи границы разделяющей жидкость и пар, молекулы испытывают иное молекулярное взаимодействие, чем молекулы, находящиеся внутри объема жидкости.

На каждую молекулу внутри жидкости действуют силы притяжения соседних молекул, окружающих ее со всех сторон. Равнодействующая этих сил равна нулю. А равнодействующая сил притяжения, действующих на молекулы поверхности слоя, не равна нулю (т. к. над поверхностью жидкости находится пар, плотность которого во много раз меньше, чем плотность жидкости) и направлена внутрь жидкости (Приложение 2).

Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости. Эта потенциальная энергия равна по величине работе, необходимой для того, чтобы выйти на поверхность, преодолевая силы притяжения соседних молекул. При этом совершается работа

A= σS

Где σ – коэффициент пропорциональности, называемый поверхностным натяжением, имеющий размерность Дж/м (или Н/м).

S- площадь поверхности.

Коэффициент поверхностного натяжения определяется свойствами соприкасающихся жидкости и газа, температурой, наличием в жидкости поверхностно – активных веществ (например, мыла).

Поверхностное натяжение можно определить разными путями. В данной работе коэффициент поверхностного натяжения был определен методом отрыва капель.

3. Изготовление средства для мытья посуды

Перед проведением исследования провели анкетирование, чтобы выявить наиболее используемые синтетические моющие средства. После проведения анкетирования выяснилось, что большая часть опрошенных людей используют «Fairy». Мы решили проверить СМС «AOS», «SORTI», «Капля», а также средство собственного изготовления.

Для изготовления СМС нам понадобилось:

хозяйственное мыло – 25 грамм;

горячая вода – 0,5 л;

глицерин – 4 столовых ложки; разведенный спирт 1 столовая ложка.

Изготовление:

1. Натерли на терке обычное хозяйственное мыло

2. Мыльную стружку залили небольшим количеством горячей воды и поставили плавиться в микроволновую печь

3. Периодически помешивая, постепенно выливаем всю воду.

4. После того как мыло полностью растворится, немного дали остыть и добавили столовую ложку водки и глицерин, тщательно все перемешали. Получилась однородная жидкая масса.

4. Исследование поверхностного натяжения

растворов моющих средств.

Оборудование: воронка с резиновой трубкой, краном и стеклянным наконечником; сосуды с раствором моющих средств; сосуд с водой; стакан для сбора капель; весы учебные с разновесом; штатив для фронтальных работ; игла; штангенциркуль; чайник; термометр.

Выполнение работы:

1. Собрали установку (Приложение 3).

2. Измерили внутренний диаметр стеклянной трубки наконечника с помощью иглы и штангенциркуля.

3. Определили массу пустого стакана для сбора капель.

4. Подставили под капельницу сосуд и, плавно открывая кран, добились медленного отрывания капель (30-40 капель в минуту).

5. Подставили пустой взвешенный стакан и отсчитали 100 капель.

6. Взвесили стакан и вычислили массу вылившейся воды.

7. Повторили опыт, меняя температуру раствора.

8. Повторили опыт с разными растворами. Концентрация всех исследуемых растворов бралась одинаковая: 5 мл средств на 50 мл воды.

9. Вычислили поверхностное натяжение по формуле

σ =

M - масса вылившейся воды,

g - модуль ускорения свободного падения; g =9,8 м/с²

n - число капель ; n =100

D- внутренний диаметр стеклянной трубки наконечника d = 1 мм.

10.Результаты измерений и вычислений занесли в таблицу.

Выводы.

1. Проделав работу и сравнив коэффициент поверхностного натяжения воды и растворов СМС, убедились, что молекулы мыла понижают поверхностное натяжение воды почти в 2,5 раза.

2. В рассмотренных растворах средств для мытья посуды лидерами являются «Fairy» и «AOS» – они имеют наименьшее значение коэффициента поверхностного натяжения, а, следовательно, обладают лучшей проникающей способностью.

У «SORTI» и средства собственного изготовления оказались очень близкие коэффициенты поверхностного натяжения; они занимают «золотую» середину.

В аутсайдерах же – «Капля».

Однако все испытанные образцы, имея небольшой коэффициент поверхностного натяжения, способны растворять жирные вещества. Так что право выбора остается за потребителем: кому что нравится!

3. Измерения показывают, что поверхностное натяжение уменьшается при повышении температуры. Но, учитывая результаты исследования, можно порекомендовать более экономное использование тепловой и электрической энергии на нагревание растворов моющих средств.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Схематичное изображение молекулы мыла (а) и положение этих молекул на поверхности пленки воды (б).

а б

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Силы, действующие на молекулы, находящиеся на поверхности и внутри жидкости.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Установка для измерения коэффициента поверхностного натяжения.

1 – воронка с трубкой.

2 – кран

3 – стеклянный наконечник.

Литература.

1. Богданов К. Ю. Синтез наук – оружие познания XXI века. Элективный курс. Уроки 21-22. Физика стирки и чистки: как моют мыло и УЗ. – «Физика» №1 – М.: Издательский дом «Первое сентября», 2007.

2. Практикум по физике в средней школе: Дидакт. материал: Пособие для учителя / Л. И. Анциферов, В. А. Буров, Ю. И. Дик и др.; Под ред. В. А. Бурова, Ю. И. Дика. – 3-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1987.

3. http://www.wikipedia.ru

4.http://vsezdorovo.com

14