Исследовательская работа по теме Соли как противогололедные средства

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

Бобровская средняя общеобразовательная школа №1

Научно-исследовательская работа по химии

Соли как противогололедные средства

Выполнил

Ученик МКОУ Бобровская СОШ №1

Наговицин Александр Константинович

Научный руководитель

Учитель химии

Ермолова Ирина Николаевна

Бобров, 2015год

Содержание

1. Введение

2. Теоретическая часть

3. Экспериментальная часть

А. Ошибочное суждение

Б. Методика проведения эксперимента

В. Итоги эксперимента

4. Вывод

5. Список литературы

6. Приложение

Введение.

В зимнее время гололед является одной из наиболее острых проблем. Гололед-это слой плотного льда, образовавшийся на поверхности земли, тротуарах, проезжей части улицы и на предметах (деревьях, проводах и т.д.) при намерзании переохлажденного дождя и мороси (тумана). Обычно гололед наблюдается при температуре воздуха от 0°С до минус 3°С. Корка намерзшего льда может достигать нескольких сантиметров.

Так как этой зимой явление гололеда было особенно сильно распространено, я решил узнать, как можно противодействовать ему. Одним из самых распространенных методов было использование противогололедных реагентов. Самыми популярными из них были песок, сажа, а также различные соли. Именно соли и привлекли мое внимание. Какую соль выгоднее всего использовать с экономической, экологической, практической точек зрения? Именно на эти вопросы я и решил найти ответ.

Гипотеза: Многие соли при растворении выделяют тепло, которое будет использоваться для таяния снега.

Цели: Исследовать 6 солей с помощью термопары лаборатории «Архимед»

Задачи: Изучить литературу, данные Интернета, провести практическое исследование в школьной лаборатории

Теоретическая часть

Противогололедные реагенты (ПГР) - твердые (сыпучие) или жидкие (растворы) химические искусственные средства, распределяемые по поверхности дорожного покрытия для борьбы с зимней скользкостью и направленные на поддержание в допустимом состоянии элементов объектов дорожного хозяйства в процессе их эксплуатации в зимний период.

Вещества (соли или растворы), использующиеся в качестве противогололедных реагентов имеют сложный химический состав, зависящий от технологии производства и сырьевой базы. В большинстве городов России в качестве ПГР используют исключительно хлориды.

Средства против обледенения можно подразделить на естественные природные (обычный строительный песок, мелкий гранитный щебень, или как его еще называют - гранитная крошка) и искусственные (противогололедные реагенты, полученные химическим путем в лабораторных условиях хлорид кальция, хлорид натрия, хлорид магния и др.).

Противогололедные реагенты бывают жидким, твердыми и гранулированными и имеют различный состав и химические свойства, но все они имеют одно общее свойство - понижать точку плавления снега.

В 1960 х годах основным противогололедным реагентом была пескосоляная смесь, состоящая из 92% песка и 8% технической соли. Это один из самых дешевых способов борьбы с гололедом. Однако весной скопившийся на дорогах песок основательно забивал водостоки. Он оставался на дорогах и тротуарах, загрязнял газоны, и весной коммунальным службам приходилось тратить значительные средства, чтобы очистить от него город и вывезти песок на свалку.
Начиная с 1995 года было принято решение в качестве противогололедного реагента использовать техническую соль (NaCI). В то же время техническая соль имела массу недостатков: соль разъедала кузова, колеса автомобилей, обувь прохожих; пары солей натрия разъедали вставки электропроводов. В результате засоления почв повсеместно стали погибать зеленые насаждения.

Плавление льда с помощью солей - сложный физико-химический процесс. Благодаря своей гигроскопичности соли интенсивно впитывают влагу из воздуха. При этом на поверхности их кристаллов образуется тонкий слой насыщенного раствора. Если такую соль рассыпать по поверхности льда, то из обволакивающего кристаллы раствора в адсорбированную льдом влагу будут переходить ионы соли. Отделение ионов от поверхности кристаллов соли, соприкасающихся с жидкостью, вызывается собственными колебательными движениями микрочастиц, а также их притяжением молекулами воды. В результате этого происходит растворение вещества, а также одновременно распределение (диффузия) ионов растворяемого вещества в воде с образованием раствора.

Процесс растворения химических веществ сопровождается тепловыми явлениями. Тепловой эффект при растворении различных веществ существенно отличен. Тепло противодействует охлаждению исходных материалов и усиливает интенсивность плавления льда. Отмечается некоторая разница в эффективности действия твердых солей в зависимости от их гранулометрического состава. Так, мелкокристаллическая поваренная соль взаимодействует со льдом быстрее, чем крупнозернистая, но с течением времени их плавящие способности выравниваются. Жидкие реагенты обладают более высокой скоростью плавления льда, чем сухие. Скорость таяния снега в значительной степени зависит от интенсивности движения автотранспорта на дороге. Машины колесами перемешивают снег с реагентами и создают наиболее благоприятные условия для плавления.

Если посыпать лёд солью, то лёд начнёт таять. Конечно, это будет иметь место, если температура замерзания насыщенного раствора соли ниже температуры воздуха. При этом лёд будет плавиться, а соль - растворяться в образовавшейся воде. Процесс плавления требует энергии, которую лёд потребляет из окружающего воздуха. В результате температура воздуха понижается.

Экспериментальная часть

Для исследования было отобрано 6 солей: хлорид магния MgCl2, хлорид натрия NaCl, хлорид аммония NH4Cl, хлорид кальция CaCl2, хлорид калия KCl сульфат магния MgSO4. Изучив литературу, я решил взять для исследования наиболее распространенные средства борьбы с гололедом (MgCl2, NaCl). Я расширил список объектов исследования другими солями, которые достаточно распространены и дешевы, и могут быть использованы для борьбы с гололедом.

Ошибочное суждение

В начале исследования я предположил, что при растворении солей выделяется энергия, которая должна идти на таяние снега или льда. Для того, чтобы наблюдать за изменениями температуры, я воспользовался лабораторией «Архимед» и датчиком температуры. Однако, большая часть солей при растворении не повышала, а наоборот понижала температуру в растворе. Результаты измерений я отобразил в виде таблицы.

Соль

Температура воды до растворения, в градусах Цельсия

Температура воды после растворения, в градусах Цельсия

NaCl

0.04

-0,06

KCl

10,9

CaCl2

-1,77

MgCl2

5,3

NH4Cl

-3,7

MgSO4

-3,02

На основании этих данных я сделал вывод, что мои предположения были ошибочными. После прочтения дополнительной литературы я решил изменить методику исследования.

Теперь я предположил, что необходимо замерять не температуру в растворе, а время, за которое соль растворит определенное количество льда.

Методика проведения эксперимента

В химические стаканы я поместил примерно одинаковое количество льда, после чего смешал его с одинаковыми количествами различных солей. Наблюдения проводил в течении 30 минут. Через 7 минут лед полностью растаял в стакане с хлоридом магния. Спустя 10 минут лед растаял в стакане с хлоридом кальция. Через 30 минут лед так и не растаял в стакане с хлоридом калия и сульфатом магния.

Начало эксперимента

Через 30 минут

Вывод

В стаканах с MgCl2, CaCl2, NH4Cl и NaCl не осталось нерастворенных кусков льда. Хлорид калия и сульфат магния не смогли растворить лед за отведенное время.

На основании полученных мною данных, а так же данных Интернета и литературы я составил таблицу, в которой отобразил все преимущества и недостатки каждой соли.

Формула соли

Время, за которое произошло полное растворение( в минутах)

Стоимость соли за 1 кг. в рублях

Влияние на почву

Итог

CaCl2

10

16

Положительное

1

MgCl2

7

35

Отрицательное

2

NH4Cl

16

28

Положительное

3

NaCl

16

7

Отрицательное

4

KCl

>30

54

Положительное

5

MgSO4

>30

76

Отрицательное

6

Как можно увидеть, по совокупности всех признаков, по которым проходил отбор, самым лучшим противогололедным средством можно признать хлорид кальция. Его достоинства- невысокая стоимость за килограмм, положительное влияние на почву и произрастающие растения, а так же доступность этой соли для нас перекрывает ее единственный недостаток- не самую быструю скорость растворения.

Приложение

Спустя 3 минуты после начала эксперимента

Нерастворившийся лед

Список литературы

1. Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман «Химия 9 класс. Учебник для общеобразовательных организаций с приложением на электронном носителе». Москва, «Просвещение», 2014 г.

2. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона. Санкт-Петербург, «Брокгауз-Эфрон», 1996 г.

3. И. Э. Нифантьев, П. В. Ивченко «Практикум по органической химии». Москва, 2006 г.

4. Б. В. Некрасов,«Основы общей химии», том 1. Москва,«Химия»,1973 г.