Изучение процессов адсорбции активированным углем различных веществ из растворов. Исследовательская работа Тюлегенова Ануарбека.doc - Исследовательская работа «Как «работает» активированный уголь?» Направление: познание мира

Тема: Исследование адсорбционной способности активированного угля

Научно-исследовательская работа

Выполнили:

Ермакова Ксения, Романчук Леонид, ученики 8А класса

Руководитель: Рыбакова Елена Николаевна,

учитель химии.

Цель : ознакомиться с адсорбционной способностью активированного угля

Задачи :

1. Изучить литературу по данному вопросу.
2. Провести эксперимент с активированным углем и сделать соответствующие выводы.
3. Изучить историю создания первого противогаза.

Объект исследования: адсорбция веществ.

Предмет исследования: адсорбция активированного угля.

Методы исследования: теоретические, эмпирические, экспериментальные

Гипотеза:

Мы хотим убедиться на практике в том, что активированный уголь действительно обладает необычными и интересными свойствами и способен поглощать и газообразные вещества, и вещества из растворов.

АКТИВИРОВАННЫЙ

Активированный уголь

УГОЛЬ

АКТИВИРОВАННЫЙ

УГОЛЬ ЭТО:

ПОРИСТОЕ ВЕЩЕСТВО, КОТОРОЕ ПОЛУЧАЮТ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ ОРГАНИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ: ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ, КАМЕННОУГОЛЬНОГО КОКСА И НЕФТЕНОГО КОКСА.

СОДЕРЖИТ ОГРОМНОЕ КОЛИЧЕСТВО ПОР И ПОЭТОМУ ИМЕЕТ ОЧЕНЬ БОЛЬШУЮ УДЕЛЬНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ НА ЕДИНИЦУ МАССЫ, ВСЛЕДСТВИЕ ЧЕГО ОБЛАДАЕТ ВЫСОКОЙ СОРБЦИОННОЙ СПОСОБНОСТЬЮ. ПРИМЕНЯЮТ В МЕДИЦИНЕ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ.

Адсорбция – поглощение газов, паров или жидкостей поверхностным слоем твердого тела (адсорбента) или жидкости

Наши исследования

Явление адсорбции мы

продемонстрируем на

следующих опытах.

Опыт №1

Нам необходимы:

2 плоскодонные колбы.
Спиртовка
Спички
2 ложки для сжигания вещества.
Цветы
Сера
Активированный уголь

В каждую плоскодонную колбу помещаем по цветку. В колбу №3 помещаем размельчённый активированный уголь. В каждую ложку для сжигания помещаем небольшое количество серы. Вносим ложечки в пламя спиртовки. Продолжаем нагревание до тех пор, пока сера не начнёт гореть. Теперь каждую ложку помещаем в колбу №2 и №3, плотно закрываем крышкой. Через некоторое время, в колбе №2 мы видим, что цветок обесцветился, а в колбе №3 цветок остался прежнего цвета.

Вывод по опыту № 1

В опыте №1 активированный уголь поглотил оксид серы и окраска цветка в колбе №3 осталась неизменной. В колбе №2 образовавшийся оксид серы(IV) изменил окраску цветка. Значит, активированный уголь является хорошим адсорбентом газов .

Опыт №2

Нам необходимы:

Бумажный фильтр
Мерный цилиндр
2 стакана
Активированный уголь
Вещество лакмус (р-р)

В стакан №1 и №2 наливаем лакмус. В стакан №2 добавляем измельчённый активированный уголь и перемешиваем. Затем этот раствор пропускаем через бумажный фильтр. После того, как раствор отфильтровался, мы его сравниваем с раствором в стакане №1. И видим, что отфильтрованный раствор обесцветился .

Выводы по опыту №2 и №3

В опыте №2 раствор обесцветился, в результате адсорбирования активированным углём растворенного окрашенного вещества.
Активированный уголь избирательно поглощает вещества из растворов, что связано с размерами молекул растворенных веществ .

Заключение

Мы убедились на практике, что активированный уголь действительно обладает необычными адсорбирующими свойствами. Именно, основываясь на знаниях об активированном угле, Н.Д.Зелинский изобрел противогаз. Гордимся тем, что наш соотечественник первым изобрел противогаз, тем самым спас много человеческих жизней.
Человечество постоянно совершенствуясь в различных сферах, имеет очень малый шанс найти более сильный поглотитель, чем активированный уголь. Таким образом, изучая химию, мы надеемся продолжить расширять свои знания и узнавать больше о свойствах составляющих предметов окружающего мира.

ИСТОРИЯ ПРОТИВОГАЗА

В 1915 ПРОФЕССОРОМ НИКОЛАЙ ДМИТРИЕВИЧ ЗЕЛЕНСКИЙ СЧИТАЛ САМЫМ ЭФФЕКТИВНЫМ АБСОРБЕНТОВ ЯДОВИТЫХ ВЕЩЕСТВ – ДРЕВЕСНЫЙ УГОЛЬ. ОН НАШЕЛ СПОСОБЫ ЕГО АКТИВИЗАЦИИ, Т.Е. ЗНАЧИТЕЛЬНОГО ПОВЫШЕНИЯ ПОРИСТОСТИ. ОДИН ГРАММ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ С ЧРЕЗВЫЧАЙНО РАЗВИТОЙ КАПИЛЯРОСТЬЮ ИМЕЛ ПОГЛОЩАЮЩУЮ ПОВЕРХНОСТЬ В 15 КВАДРАТНЫХ МЕТРОВ.

Ленинградская область Выборгский район п. Первомайское

МБОУ «Первомайский центр образования»

Исследовательская работа

Исследование свойств адсорбционной способности активированного угля

Секция – химия

Выполнили ученицы 9 А класса

Антимоник Александра и Шаяхметова Алсу

Руководитель Жамалова Любовь Александровна

Учитель химии и биологии

2015 Содержание

Раздел

Страница

Введение

Теоретическая часть

2.1 Адсорбция как явление

2.2 Историческая справка

2.3 Способы получения

2.4 Области применения активированных углей

Практическая часть

3.1 Исследования в школьной лаборатории

3.2 Исследования в домашних условиях

Вывод

Используемая литература

Приложение (презентация)

Введение

На уроке химии мы познакомились с таким свойством углерода, как адсорбция. Важное значение адсорбции, как в промышленности, так и в быту подтолкнуло нас на исследование явления адсорбция в школьной лаборатории и дома на примере активированного угля. Нам захотелось узнать, все ли вещества он может адсорбировать.

Актуальность работы :

значимость адсорбции в связи с решением экологических проблем и проблем получения особо чистых веществ.

привлечение школьников к изучению химии с практической стороны и применения полученных знаний в быту.

развитие интереса у школьников к получению теоретических и практических навыков по химии: работа в лаборатории, работа с Интернетом для поиска и передачи информации.

Новизна выбранной темы заключается в незначительном исследовании причин адсорбции среди школьников.

Целью данной работы является изучение адсорбционной способности активированного угля

Задачи, поставленные для достижения цели :

найти примеры практического применения адсорбционной способности активированного угля в профессиональной деятельности и в жизни человека.

изучить адсорбционную способность активированного угля;

понаблюдать и проанализировать явление адсорбции, на примере активированного угля.

Для исследования мы ознакомились с такими научными источниками, как техническая литература, интернет ресурсы, энциклопедия и выявили, что явление адсорбции широко представлено и хорошо изученное явление. Адсорбция лежит в основе очистки, осушки, разделения газов и других процессов. На основе адсорбции производят очистку и осветление воды, которую в дальнейшем используют для питья и технических нужд. В теоретической части мы использовали материалы технической и исторической литературы, а для эксперимента мы воспользовались учебником для студентов Аналитическая химия. Лабораторный практикум.

Методы исследования, которые использовались в работе :

Изучение и подбор материала;

Наблюдение и анализ явлений адсорбции;

Эксперимент.

Планируемые результаты:

Понаблюдать, и проанализировать явление адсорбции, на примере активированного угля;

Изучить адсорбционную способность активированного угля;

- найти примеры практического применения адсорбционной способности активированного угля в профессиональной деятельности и в жизни.

Теоретическая часть

Адсорбция как явление.

Одежда маляра пахнет скипидаром и краской, кондитера – орехом мускатным, шофера – бензином. Причина этого вызвана адсорбцией молекул газов на одежде, ткань которой является дисперсной системой. Адсорбция лежит в основе очистки, осушки, разделения газов и других процессов. Очистка растительных масел от красящих веществ, так называемый процесс отбеливания масел, осуществляется с помощью глинистых пород, выполняющих роль адсорбента.
На основе адсорбции производят очистку и осветление воды, которую в дальнейшем используют для питья и технических нужд. Адсорбция обеспечивает закрепление молекул красителя на тканях. Восприятие человеком запаха и вкуса зависит от адсорбции молекул соответствующих веществ в носовой полости и на языке.

При помощи различных твердых адсорбентов производится улавливанье ценных паров и газов, осветление растворов в производстве сахара, глюкозы, многих фармацевтических препаратов, нефтепродуктов.

Адсорбция (от лат. ad - на, при и sorbeo - поглощаю), поглощение какого-либо вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твёрдого тела.

Одним из адсорбентов является активированный уголь (активный, карболен) (от лат. carbo activatus) - вещество с развитой пористой структурой, которое получают из различных углеродсодержащих материалов органического происхождения. Наиболее качественными, из доступных сорбентов являются уголь из кокосовой скорлупы и березовый (БАУ-А) уголь.

С точки зрения химии активированный уголь – это одна из форм углерода с несовершенной структурой, практически не содержащая примесей. Активированный уголь на 87-97 % по массе состоит из углерода, также может содержать водород, кислород, азот, серу и другие вещества.

Историческая справка

Примечательная способность древесного угля поглощать (адсорбировать) разнообразные пары, газы, пахучие и красящие вещества из растворов впервые была обнаружена в конце 18 века. В 1773 году известный химик Карл Шееле наблюдал адсорбцию газов на древесном угле. С точностью до дня (5 июня 1785 г.) датируется обнаружение Тобиасом Ловицем адсорбции (поглощения) из растворов веществ древесным углем. Ловиц применял древесный уголь для очистки самых различных продуктов (лекарств, питьевой воды, хлебной водки, мёда и других сахаристых веществ, селитры и т.п.) . А в 1794 г. активный уголь был использован для осветления сиропов на сахарно-рафинадном заводе в Англии.

В 19 столетие исследования адсорбционных свойств угля было продолжено, но только в начале 20 века были заложены основы промышленного производства активных углей. В первую мировую войну Н.Д. Зелинский разработал противогазы на основе древесного активного угля. Это изобретение спасло тысячи жизней и послужило толчком к дальнейшему исследованию способности углей поглощать различные пары и газообразные вещества, что привело к расширению областей применения активных углей.

Способы получения

Для получения активных углей может использоваться разнообразное органическое сырьё (торф, бурый и каменный уголь, антрацит, древесный материал). Угли, отличающиеся высокой механической прочность и адсорбционной способностью, получают из скорлупы кокосовых орехов. Упрощённо процесс производства активного угля можно свести к двум стадиям: карбонизация и активация. На первой стадии производства активного угля исходный материал подвергается термической обработке без доступа кислорода, в результате которой из него удаляются летучие (влага и частично смолы), он уплотняется, приобретает прочность. Структура полученного материала крупнопористая, обладающая незначительной внутренней поверхностью, вследствие чего он не может быть использован как промышленный адсорбент. Задача получения развитой микропористой структуры решается на стадии активации. Активация проводится двумя способами: окисление газом или паром и обработка химическими реагентами. Для активирования газами используются кислород (воздух), водяной пар и диоксид углерода.

Области применения активированных углей

На сегодняшний день активные угли выпускаются в большом количестве и ассортименте и нашли применение в следующих областях: очистка питьевой и сточных вод; очистка оборотных вод на предприятиях; осветление сахарных сиропов; очистка газов и рекуперация паров; получение медикаментов; очистка спиртоводных растворов и вин; использование в качестве катализаторов и носителей катализаторов; в золотодобывающей промышленности для извлечения золота из рабочих растворов.

Подготовка питьевой воды

Уникальность свойств активированных углей и определило разнообразие областей применения данного продукта. Проблема наличия чистых источников питьевой воды, а также длительного хранения её запасов всегда остро стояло перед человеком. С увеличением народонаселения нашей планеты, а также с бурным развитием промышленности, масштабы загрязнения пресных водоёмов значительно возросли, что заставило искать эффективные методы очистки вод. Универсального метода очистки вод от нежелательных примесей не существует, но использование некоторых из них одновременно позволяет достигнуть необходимую степень очистки. Основной задачей при очистке вод является улучшение их вкусовых качеств (дезодорация воды). Наиболее эффективным методом удаления из воды ряда органических и неорганических примесей признан сорбционный метод очистки на активном угле. Этот способ применяется на станциях водоподготовки с первой половины XX века.

Самым радикальным способом очистки воды является ее дистилляция , когда в результате перегонки удаляются все примеси и растворенные соли. Но, как считают ученые-гигиенисты, постоянное употребление такой воды нежелательно, т.к. может привести к нарушению солевого баланса.

Задача улучшения качества питьевой воды может быть решена, если правильно использовать разнообразные фильтры для доочистки воды.

Б ольшое распространение в быту получили фильтры-кувшины, в которых вода проходит через сменный картридж в нижний сосуд. Фильтрующий элемент картриджа содержит активированный уголь и гранулы ионообменной смолы.

Активированные угли являются универсальными сорбентами, применяемыми для удаления примесей различной химической природы. Традиционно лучшими для очистки воды считаются угли, полученные из скорлупы кокосового ореха. Количество пор на единицу площади в таком угле, например, в 4 раза больше, чем в березовом.

Применение активных углей в золотодобывающей промышленности.

При прокачивании раствора цианида золота через тонкопористый активный уголь происходит восстановление золота и адсорбция его на угле.

Помимо золота активные угли широко используются для извлечения других металлов. Ряд селективности имеет следующий вид:

Au > Ag > Fe > Cu > Ni > Co > Zn

То есть, из раствора лучше будет адсорбироваться золото, по сравнению с металлами, стоящими правее в ряду селективности.

Очистка воздуха и газов

Активные угли широко используются для очистки воздушных сред. Примером является рекуперация паров растворителей посредством адсорбции на активном угле. Типичные растворители, которые можно рекуперировать на активном угле – диэтиловый эфир, ацетон, спирты, бензин, толуол, гексан, бензол, фторсодержащие углеводороды, трихлорэтан, а также сероводород и др.

Активированный уголь в медицине

Уже около 1550 г. до н.э., в старом египетском папирусе упоминалось о применении древесного угля в медицине.

Активированный уголь адсорбирует много токсичных веществ. Считается, что его следует применять на протяжении двух часов с момента отравления. За это время уголь в состоянии связать большую часть токсинов в желудочно-кишечном тракте.

Главным образом, активированный уголь используется при разных отравлениях и диарее. Тем не менее, несмотря на то, что уголь адсорбирует много разных токсинов, действует он не на все токсины.

Уголь также адсорбирует токсины, вырабатываемые бактериями. О его использовании во время лечения антибиотиками нужно проконсультироваться с врачом, потому что кроме токсинов уголь может адсорбировать и лекарства.

Уголь не следует применять в случае отравления сильными кислотами, непищевыми спиртами, растворителями и тяжелыми металлами. Уголь также не адсорбирует некоторые пестициды.

Активированный уголь адсорбирует все вещества и не имеет селективности. Кроме часто заявляемых производителем токсинов и вредных веществ, уголь также адсорбирует полезные и нужные организму вещества. Поэтому уголь нужно разносить по времени с применением других веществ минимум на 2 часа, иначе все лекарства и полезные добавки будут адсорбированы углём. Применять уголь разумно только когда это действительно необходимо, т.е. в случае отравления .

Практическая часть

Исследование

Адсорбционная способность активированного угля.

Цель работы: изучить адсорбционную способность активированного угля.

Задачи:

Проверить адсорбционную способность активированного угля в лаборатории и дома;

Выявить влияние природы растворителя на адсорбцию;

Качественно проследить адсорбционную способность для слабоокрашенных растворов.

Исследования в школьной лаборатории.

Исследование №1. Адсорбция активированным углем различных веществ из растворов.

Цель работы : изучили адсорбцию активированным углем различных веществ из растворов.

Ход работы. В химический стакан, мерным цилиндром отмерили по 5 мл 0,01% -х растворов – фуксина, малахитового зеленого, сульфата меди, йода, дихромата калия. В каждый стакан внесли по 0,25г растертого активированного угля. После взбалтывания через 5-10 минут смеси фильтруют через обычные фильтры (9.00 hm ).

Наблюдение : фуксин – обесцветился;

малахитовый зеленый – обесцветился;

йод – желтый, прозрачный;

сульфат меди – голубой;

дихромат калия – ярко желтый, прозрачный.

Вывод : чем прозрачнее и светлее жидкость, тем лучше произошла адсорбция, т.е. фуксин и малахитовый зеленый адсорбируют лучше всего.

Исследование №2. Адсорбция ионов свинца активированным углем.

Цель работы : изучили адсорбцию активированным углем ионов свинца.
Ход работы. В два химических стакана, мерным цилиндром отмерили по 5 мл. 0,05%-го раствора азотнокислого свинца. В одну пробирку добавили 2 капли раствора йодистого калия для доказательства наличия ионов Pb 2+ в растворе.
В другую пробирку добавили 0,2 г древесного угля и взбалтывали в течение 5 мин. Отфильтровали раствор и проверили присутствие ионов Pb 2+ реакцией с йодистым калием.
Наблюдение : в первой пробирке образовался осадок, а во второй нет.

Вывод: ионы свинца адсорбируются активированным углем.

Исследование №3. Влияние природы вещества на адсорбцию.

Цель работы : изучили влияние природы растворителя на адсорбцию активированным углем.
Ход работы. В один химический стакан налили 5 мл.0,01% водного раствора фуксина, в другой стакан такое же кол-во, спиртового раствора фуксина. В оба стакана внесли по 0,2 г. угольного порошка и взбалтывали 5 мин. Отфильтровали растворы.

Наблюдение : спиртовой раствор фуксина остался без изменений, а водный раствор фуксина обесцветился.

Вывод: Фуксин плохо растворим в воде и хорошо - в спирте. Соответственно, из воды он будет как бы выталкиваться на границу раздела, как плохо сольватированное вещество. Адсорбция на угле будет высокая. А из спирта он адсорбироваться будет плохо, потому что хорошо им сольватирован, и ему не слишком выгодно уходить на границу раздела. Кроме того, если сравнивать с водой, то сам спирт можно считать ПАВ. Поэтому он до некоторой степени будет вытеснять фуксин с поверхности угля и сам занимать эту поверхность.

Исследования в домашних условиях.

Исследование № 4. Адсорбция кувшином «Аквафор» холодной воды из крана.

Цель работы: изучили адсорбционные способности фильтра-кувшина АКВАФОР

Ход работы. Для опыта мы взяли:

Глубокую миску белого цвета, воду из крана, фильтр-кувшин с картриджем «Аквафор»

В белую чистую миску, налили холодную воду из крана. Вода прозрачная но с примесью ржавчины. Перелили часть воды в кувшин с картриджем, а часть оставили как контрольный образец. После того как, вода была отфильтрована кувшином «Аквафор», перелили воду в чистую белую миску и сравнили полученный образец из фильтра с начальным образцом из крана.

Наблюдение : образец из фильтра прозрачный, без видимых загрязнений.

Вывод : активированный уголь, находящийся в фильтре справился со своей задачей по очистке воды от видимых загрязнений, т.е. ржавчины.

Исследование № 5. Адсорбция активированным углем брусничного сиропа.

Цель работы : изучили поглотительную способность активированного угля частиц красящего органического вещества из сиропа.

Ход работы. Для опыта мы взяли:

Два прозрачных стакана; 5 таблеток активированного угля в таблетках; брусничный сироп.

В один стакан с сиропом добавили толченный активированный уголь. Оставили наш исследуемый раствор на некоторое время. Во второй, контрольный, стакан также налили брусничный сироп, но активированного угля не добавили.

Наблюдение: контрольный стакан по-прежнему содержит брусничный раствор, а в исследуемом стакане с активированным углем раствор поменял окраску на светло-коричневую, и стал прозрачным.

Вывод: активированный уголь адсорбировал или поглотил частички органического красителя из его раствора.

Вывод:

Активированный уголь продемонстрировал нам свои адсорбционные способности, т.е. поглощающие свойства.

Почему же, эта маленькая черненькая таблеточка способна так эффективно поглощать различные вещества?

Все дело в особой углеродной структуре, которая представляет собой слои атомов углерода, расположенных хаотично относительно друг друга, из-за чего между слоями образуется пространство – поры. Эти поры как раз и придают активированному углю его свойства – поры способны поглощать и удерживать в себе другие вещества. И пор этих невероятное количество. Так, площадь пор всего 1 грамма активированного угля может доходить до 2000м 2 !

Мы сделали вывод своими исследованиями, что не все вещества полностью адсорбируются активированным углем.

Одной из причин того, что эти вещества остались в растворе, и окраска не изменилась, может быть то, что размеры молекул этих веществ больше чем размеры пор адсорбента. А так же, между молекулами вещества и поверхность пор активированного вещества не возникли силы притяжения ://

Литература

Аликберова Л.Ю. Полезная химия: задачи и истории/Л.Ю. Аликберова, Н.С. Рукк. – 3-е изд., стереотип. – М. : Дрофа, 2008. – 187 с.

Астафуров В. И. Основы химического анализа. М.: Просвещение, 1982.

Васильев В.П. Аналитическая химия Физико-химические методы анализа / В.П.Васильев. - 6-е изд., стереотип. М.: Дрофа, 2007. – 383 с.

Васильев В.П. Аналитическая химия Лабораторный практикум / В.П.Васильев, Р.П. Морозова; под ред. В.П. Васильева – 3-е изд., стереотип. М.: Дрофа, 2006. – 414 с.

Мир химии. СПб, М.: М-Экспресс, 1995г

Железные гвозди покрываем слоем меди
Невидимые надписи - как их сделать и как проявить
Обесцвечивание активированным углем чернил и других красящих веществ
Обесцвечивание раствора йода помощью меди
По окрашиванию пламени различаем вещества
Поглощение запаха пористыми веществами
Хроматография - разделение веществ
Цветная реакция медного купороса с раствором аммиака
Цветные картинки с помощью жидкого стекла (или силикатного клей)
Экстракция водой красящих веществ кофе и цикория
Экстракция йода бензином
Экстракция хлорофилла спиртом

Для разноцветных чудес требуются:

Индикаторы, принимая то один, то другой цвет, помогали нам отличить кислоту от основания. Например, уксус от нашатырного спирта. Но часто этого недостаточно. Как, скажем, отличить одну кислоту от другой? Для этой очень важной цели химики придумали и проверили множество реакций, пожалуй, для всех мало-мальски распространенных веществ. Такие реакции всегда чем-нибудь приметны, они позволяют по какому-либо признаку сразу и безошибочно определить то или иное вещество. Этим признаком очень часто служит окраска.

С одной цветной реакцией, помогающей опознать одно распространенное вещество, ты уже знаком: крахмал, который содержится во многих растениях, синеет в присутствии крошечной добавки, даже следов йода. К сожалению, это редкий случай, а для большинства химических анализов нужны вещества, которые тебе, пожалуй, нигде не купить. Но, впрочем, кое-что можно придумать...

Вот, скажем, аммиак, водный раствор которого, нашатырный спирт, ты уже покупал в аптеке. Как узнать аммиак? Во-первых, по запаху: один раз понюхаешь - навсегда запомнишь. Да только не всегда удобно нюхать (а иногда и просто невозможно). Тогда - цветная реакция.

Брось в стакан или в склянку с водой несколько крупинок медного купороса и размешай как следует. Раствор должен быть бледно-голубым; если же он окажется темным, разведи его водой. В эту бледно-голубую жидкость влей немного нашатырного спирта. Раствор тотчас станет ярко-синим. Это аммиак, соединившись с медным купоросом, образовал такое яркое вещество. И выдал себя с головой.

Другая реакция - тоже с медным купоросом. Приготовь в стакане раствор, но не такой бледный, как раньше, а ярко- синий (то есть возьми побольше медного купороса). Положи в него ненужные железные предметы - хотя бы старые гвозди или шурупы, только не ржавые. И займись какими-нибудь другими делами, впрочем, поглядывая иногда на раствор с гвоздями. Некоторое время спустя ты заметишь, что раствор из синего стал зеленым. А когда вынешь из него гвозди (но только не пальцами, а пинцетом или хотя бы бельевой прищепкой - это общее правило на все химические случаи), то увидишь, что они стали медно-красными.

Когда гвозди лежали в медном купоросе, железо постепенно вытесняло из него медь и становилось на ее место. В результате получился зеленый железный купорос. А куда было деваться вытесненной меди? Разве что оседать прямо на гвозде. Что она и делала, покрыв гвоздь красной медной пленкой.

Чтобы распознать некоторые вещества, химики испытывают их огнем. Хитрость тут в том, что многие простые вещества, которые входят в состав сложных веществ (например, медь - в медный купорос, кальций - в хлорид кальция), обладают свойством окрашивать пламя.

Причем не в один и тот же цвет, а в самые разные цвета.

Если дома есть спиртовка, можешь ею воспользоваться. А можешь взять свечку. Но в любом случае делай опыт только при взрослых - с огнем шутки плохи! И будь внимателен: рядом не должно быть бумаги, тряпок и любых других вещей, которые легко загораются.

Найди мягкую проволочку, лучше всего нихромовую - из этой проволоки делают спирали электрических плиток, утюгов и т. п. Конечно, плитку или утюг ломать для этого не надо; вполне сгодится и перегоревшая спираль из старого электрического прибора. В крайнем случае купи самую дешевую спираль в магазине электротоваров.

Не очень длинный кусок спирали распрями и закрепи в какой-нибудь держалке: например, намотай один конец проволоки на карандаш или зажми в бельевой прищепке. На другом конце сделай маленькую петельку диаметром не больше, чем полсантиметра. Нагрей петельку на огне и опусти ее в стакан с чистой водой - это нужно для того, чтобы проволочка стала чистой, без загрязнений, которые могут исказить всю картину. Сделай так несколько раз, пока пламя не перестанет менять цвета при внесении проволочки.

Возьми немножко поваренной соли - той самой, что в солонке; ее химическое имя - хлорид натрия. Смешай соль с равным количеством нашатыря (хлорида аммония). Не спутай, пожалуйста, нашатырь с нашатырным спиртом: первый - белый порошок, употребляемый при пайке, поэтому его продают в хозяйственных магазинах; второй - жидкость с резким запахом. В нашем опыте, как и при пайке, нашатырь очищает проволоку и помогает соли быстро улетучиваться.

В смесь соли и нашатыря капни две-три капли воды, обмакни проволочную петельку и внеси в пламя. Оно сразу станет ярко-желтым. Так оно реагирует на натрий. Честно говоря, натрий даже в малых количествах заставляет пламя желтеть, и особых приготовлений к этому опыту можно было бы и не делать: достаточно просто "посолить" пламя. Но во всех остальных случаях тщательная подготовка очень желательна: не все вещества действуют на пламя столь же энергично.

Следующим веществом может быть хлорид кальция. Если у тебя есть порошок, поступи с ним так же, как описано выше. Если жидкость, обмакни очищенную петельку прямо в нее. Кальций окрашивает пламя в ярко-красный цвет, но беда в том, что такие вещества редко обходятся без примесей натрия, и в результате желтая окраска подавляет характерную красную. Поэтому хорошо бы запастись синим стеклышком (или голубыми солнечными очками) и глядеть на пламя через него: синее стекло задерживает желтые лучи. Это, кстати, полезно и при разглядывании пламени с другими веществами - и в них не исключена примесь соединений натрия.

Тот же опыт, не забывая каждый раз очищать проволоку огнем и водой, повтори с медным купоросом и с тремя веществами, которые ты сможешь купить в аптеке: с хлоридом калия, оксидом цинка и борной кислотой (эта кислота твердая, ее продают в виде порошка). Погляди и запиши на всякий случай, как изменяют цвет пламени вещества, в состав которых входят калий, цинк и бор. И в этих опытах, если пламя окажется желтым из-за примеси натрия, возьми голубой фильтр.

Займемся чудесами иного рода. Если раньше у вас появлялась окраска, то теперь она будет исчезать.

В пузырек с водой капни чуть-чуть синих чернил для авторучки, чтобы раствор был бледно-голубым. В тот же пузырек положи растолченную таблетку активированного угля. Закрой горлышко пальцем и взболтай смесь. Она посветлеет на глазах. Дело в том, что такой уголь буквально впитывает своей поверхностью молекулы красителя, извлекая их из воды. А когда окрашенное вещество поглощено углем, его, понятное дело, уже не видно.

Попробуй поставить тот же опыт с другими красящими веществами, например с чернилами разных цветов и с гуашевыми красками (но во всех случаях бери сильно разбавленные растворы).

Ты убедишься, что уголь способен поглощать многие вещества.

Такая способность присуща не одному только углю. Некоторые глины так и называют - отбеливающими. Влажный порошок мела тоже впитывает в себя краски (и поэтому мелом чистят иногда разные загрязненные предметы). Можешь испытать, как впитывают, поглощают красящие вещества клочки промокательной бумаги, лоскутки старой ткани, почва из цветочного горшка. Или, скажем, кукурузные палочки. Если несколько палочек положить в банку, в которую ты капнешь заранее пипеткой каплю одеколона, а потом закрыть банку крышкой, то минут через десять, открыв крышку, ты не почувствуешь уже запаха: его поглотило пористое вещество, из которого состоят кукурузные палочки. Такое поглощение - цвета ли, запаха ли - химики называют адсорбцией.

Вернемся к цвету, который у нас появлялся, менялся и исчезал. Сейчас он будет переходить от одного вещества к другому.

В пробирку или пузырек налей примерно на треть воды и добавь с десяток капель йодной настойки, чтобы получился не очень темный, буроватый раствор. Поверх раствора налей столько же бензина (возможно, в вашем семейном хозяйстве он есть, а если нет, придется сходить в хозяйственный магазин).

Проводя этот опыт, а также любой иной, в котором будут участвовать бензин и другие горючие вещества, помни, что поблизости не должно быть огня - ни газовой горелки, ни даже спички!

Закрыв пузырек пробкой, встряхни как следует его содержимое и оставь в покое на несколько минут. Бензин легче воды, поэтому смесь расслоится: вода останется внизу, а бензин всплывет вверх - он с водой не смешивается. Но, пустившись в путь наверх, он прихватит с собою и йод, потому что йод в воде растворяется плохо, а в бензине хорошо. В результате нижний, водный, слой окажется почти бесцветным, бензиновый - темно-бурым.

Аккуратно, не перемешивая, слей верхний, бензиновый, слой в другой пузырек, закрой его пробкой и оставь в покое. Тем временем приготовь немного свежей меди - такой опыт ты ставил совсем недавно, погружая железные гвозди в раствор медного купороса. С гвоздя, покрасневшего в растворе, соскреби старой ложкой или какой-нибудь железкой налет только что осевшей меди. Когда наберется щепотка красного влажного порошка, всыпь его сразу же в пузырек с бензиновым раствором и опять закрой пробкой.

Теперь встряхни пузырек несколько раз и наблюдай за окраской раствора. Спустя минуту-другую она исчезнет или, по меньшей мере, станет почти незаметной. Это йод вступил в реакцию с медью, и при этом получилось бесцветное соединение - йодид меди.

Такой же опыт можно поставить и с кусочками медной фольги (она похожа на серебристую алюминиевую фольгу, в которую заворачивают шоколад, только красноватого цвета). Однако в этом случае реакция будет идти гораздо медленнее, и понадобится встряхивать раствор несколько минут, прежде чем окраска исчезнет.

То, что происходило в пузырьке с йодом, когда в него налили бензин, называется по-научному экстракцией. Это очень распространенный прием, и не только в химии. С помощью растворителей экстрагируют, извлекают масло из семян подсолнечника и ядрышек ореха. А когда экстракции подвергают кофейные зерна, то получают коричневую жидкость, из которой потом выпаривают воду, и остаток - пушистый порошок - раскладывают в банки с надписью "Растворимый кофе".

Поставим еще один опыт с экстракцией. На сей раз мы сделаем зеленое бесцветным, а бесцветное зеленым.

Источником зелени нам послужат свежие листья любого растения: от салата до крапивы. Для ускорения дела можно растереть лист-другой, но можно оставить их нетронутыми - как хочешь. Положи их в тонкостенный стакан (обязательно в тонкостенный: толстый, граненый, может лопнуть) и залей небольшим количеством разбавленного спирта. Можно взять, скажем, рюмку водки (такое ее применение - для химических опытов - самое, по-моему, правильное), а можно и одеколон: в нем тоже есть спирт. Ты уже догадался, наверное, что будет дальше. Но при комнатной температуре спирт будет зеленеть довольно долго. Поэтому поставь стакан в кастрюльку с горячей водой (химики называют ее водяной баней), причем желательно ставить стакан не прямо на дно, а на какой-нибудь деревянный кружок. Когда вода в кастрюльке остынет, пинцетом достань из стакана листики. Они обесцветились, а спирт стал изумрудно-зеленым. Знаешь, что мы извлекли из листьев? Хлорофилл, зеленый краситель, который помогает растениям "питаться" солнечной энергией.

Из этого опыта можно сделать два полезных вывода. Во- первых, если ты нечаянно запачкал коленки травой, то оттереть их можно спиртом или одеколоном. Во-вторых, для украшения тортов, пирогов и прочих домашних сладостей часто бывает нужен зеленый краситель, безвредный для человека. Теперь ты знаешь, как его приготовить. Спирт тут не повредит, ведь красителя потребуется несколько капель. Но если ты извлекаешь хлорофилл для употребления в пищу, то, пожалуйста, не бери одеколон и позаботься о том, чтобы листья были съедобные и не горькие - салата, шпината и т. п. А то получится крем с луковым запахом...

Экстракция, как ты, наверное, заметил, основана на том, что разные вещества растворяются по-разному. Вернемся к примеру с кофе, который, кстати, в холодной воде почти не растворяется. Цикорий растворяется намного лучше. Если в склянку с холодной водой бросить немного молотого кофе с цикорием, видно, что часть порошка плавает на поверхности (это кофе), а часть растворяется и опускается вниз, оставляя за собой коричневый след (это, понятное дело, цикорий).

На способности веществ по-разному растворяться в одной и той же жидкости основан любопытный и часто применяемый способ распознавания и разделения примесей. Этот способ называют хроматографией.

Надеюсь, у тебя сохранился еще раствор хлорофилла из зеленых листьев. Сейчас мы проверим, одно это вещество или смесь.

Достань из тетрадки чистую белую промокашку (строго говоря, и она имеет научное имя - фильтровальная бумага). Положи ее на стекло или на кафельную плитку и в середину нанеси из пипетки каплю раствора хлорофилла. Подожди, пока пятно расплывется, и в середину капни каплю спирта (можно изопропилового, его применяют для чистки стекла и продают под названием ИПС). Когда капля впитается, капни следующую; и так несколько раз. Пятно будет становиться все больше и больше, и на нем четко заметны два разноцветных кольца: одно желтовато-зеленое, а другое серо-зеленое. Это две разновидности хлорофилла, обе они были в листьях, а теперь разделились на бумаге благодаря тому, что по-разному растворяются в спирте. Химики так и называют этот способ "бумажная хроматография"; они пользуются особой пористой бумагой, которую, как видишь, вполне можно заменить промокашкой.

А вот другой вариант хроматографии. Может быть, он окажется более доступным, поскольку растворителем будет служить просто чистая вода.

Вырежи из фильтровальной бумаги (то есть из промокашки) полоску шириною в один- два пальца и на одном из ее концов, примерно в сантиметре от края, проведи чернилами черточку. На другом конце полоски проткни отверстие, вставь в него палочку или карандаш и положи на края высокого стакана таким образом, чтобы полоска оказалась внутри стакана, но не задевала бы за стенки и чуть-чуть не доставала бы до дна. Очень осторожно, чтобы брызги не попали на бумажную полоску, налей по стенке стакана немного воды. Как только нижний край полоски окажется в воде, перестань лить воду и внимательно следи за тем, что будет дальше.

А будет вот что: вода станет подыматься вверх по бумаге. И пусть подымается, пока не дойдет почти до конца. Вот тогда вынь полоску из стакана и дай ей высохнуть. Ты увидишь на ней уже не одну, а несколько черточек разного цвета и на разной высоте. Это вода, которая служит растворителем в чернилах, так разогнала по бумаге разные красящие вещества.

Надо сказать, что чернила любого цвета редко делают из одного-единственного красителя: гораздо чаще из смеси. Так что можешь испытать в своем домашнем хроматографе синие, красные, зеленые и черные чернила, гуашевые краски, различные красители для окраски тканей (их продают в хозяйственных магазинах) да и любые другие окрашенные жидкости, включая сок и фруктовую воду.

Может случиться и так, что чистая вода плохо разделяет вещества. Тогда испытай другие варианты, тем более что опыт несложен и не отнимет много времени. Попробуй вместо воды взять смесь равных количеств воды и уксуса - это будет кислый растворитель. Испытай и основной растворитель - две-три столовые ложки нашатырного спирта на стакан воды. Можно, конечно, взять спирт или изопропиловый спирт.

Для хроматографии используют не только бумагу. Несложные опыты можно ставить и с крахмалом. Две-три чайные ложки крахмала взболтай с небольшим количеством изопропилового спирта (ИПС) или одеколона, нанеси жидкую смесь на стекло и дай высохнуть. Потом на сухую пластинку капни одну каплю цветного вещества, дай подсохнуть, нанеси каплю спирта и последи, как расплывается пятно. Если это была смесь веществ, появятся окрашенные кольца. Попробуй разделить таким способом какие-нибудь жидкости из домашней аптечки - скажем, валерьяновые капли, микстуру от кашля или настойку календулы.

И последний вариант для домашнего использования - с крахмалом, насыпанным в длинную прозрачную трубку. Нижний конец трубки заткни ватой, насыпь слой крахмала высотою около 10 см. Влей сверху немного окрашенной жидкости (раствора хлорофилла, разбавленных чернил, сока и т. д.) и, когда она пропитает слой крахмала наполовину, добавь немного спирта или другого растворителя. На белом крахмале возникнут красивые разноцветные полосы. Попробуй сам подобрать разные окрашенные вещества и разные растворители. А чтобы в конце концов не запутаться, что же получилось в результате этих весьма серьезных опытов, запиши добытые тобою сведения в тетрадку (лучше в виде таблицы).

Вообще, должен сказать, ты уже справедливо считаешь себя юным химиком, а каждый уважающий себя химик ведет лабораторную тетрадь (или журнал), куда записывает свои наблюдения и результаты опытов. Пора и тебе завести такой лабораторный журнал. Записывай в него, что, когда и как ты делал, какие получил результаты, какие сделал для себя выводы. Все это займет буквально минуты, а пользы и пищи для размышлений даст немало. Иначе, зачем бы взрослые экспериментаторы тратили время на записи в журналах?

После такого серьезного дела позволим себе немного передохнуть и предпримем несколько разноцветных чудес просто для забавы. Для них надо будет запастись стеклом, только не обычным, оконным, а жидким. Есть такое вещество - силикат натрия, его раствор в воде, густой и липучий, называют жидким стеклом. Его часто применяют в строительстве; впрочем, и в быту тоже, но под другим названием - силикатный конторский клей. Пожалуй, для нашей цели клей несколько густоват, поэтому отлей его в небольшой флакончик и смешай пополам с водой. Имей в виду, что жидкое стекло, как только оно высохнет, ничем уже не отдерешь, и поэтому, если посадил пятно силикатного клея на стол или на одежду, отмой его водой, и немедленно. По этой же причине я не советую тебе приклеивать таким клеем фотографии в альбом или рисунки на стену.

Налей в пробирку или в пузырек примерно на треть аптечного хлорида кальция и капни несколько капель раствора фенолфталеина. В другой пузырек налей примерно столько же разбавленного силикатного клея. А теперь содержимое первого пузырька перелей во второй и взболтай смесь. Она, во-первых, покраснеет и, во-вторых, загустеет наподобие студня или желе. В который раз - опыт совсем как фокус.

Еще один вариант опыта-фокуса с жидким стеклом: вместо хлорида кальция возьми две- три щепотки сульфата магния (в аптеке его продают под названием горькой соли, или английской соли) и брось в пузырек, наполовину наполненный водой. Взболтай, добавь три-четыре капли разбавленного силикатного клея и как следует размешай. Опять в пузырьке образуется студень, только на этот раз бледно-розовый.

Своим умением получать красный студень из бесцветных растворов ты можешь воспользоваться для раскраски картинок без красок и цветных карандашей. Хотя бы вот таким образом. Нарисуй на листе бумаги карандашом контур рисунка и все, что внутри контура, "закрась" прозрачным раствором фенолфталеина. Другой лист бумаги целиком покрой разбавленным силикатным клеем. Сложи оба листа, прижми один к другому и дай им побыть вместе три-четыре минуты. Аккуратно отдели листки - и ты увидишь, что нарисованная тобою картинка сама собой выкрасилась в красный цвет.

Сделать невидимое видимым - не такое уж особенное чудо. Для этого есть много рецептов, и все они очень давно известны. Например, такой: взять порошок нашатыря на кончике ложки, всыпать в маленький флакончик с водой. Прозрачный раствор будет служить тебе чернилами. Обмакни в него чистое перо и напиши или нарисуй что-нибудь на обычной писчей бумаге. Дай бумаге как следует высохнуть, но не вздумай только для ускорения дела класть ее в теплое место, скажем на батарею. Ничего пока не видно - ведь раствор был прозрачным.

А теперь нагреем наш листок бумаги. Чтобы он случайно не загорелся, лучше всего нагревать над электроплиткой с закрытой спиралью, держа листок пинцетом или прищепкой. Если такой плитки нет, можно нагревать над свечкой (или спиртовкой). Однако бумагу с невидимым рисунком надо держать над огнем достаточно высоко, чтобы она грелась, но не загоралась! Ты увидишь, как по мере нагревания на чистом листе бумаги начнет проступать рисунок или надпись - то, что ты начертил пером.

Чтобы превратить невидимое в видимое, необязательно покупать какие-то специальные вещества. Вместо чернил можно использовать некоторые продукты, которые, вполне возможно, найдутся в холодильнике или кухонном шкафу. Скажем, молоко. Или сок лимона. Или сок, выжатый из лука. Или хотя бы столовый уксус. Но во всех случаях, чтобы проявить надпись или картинку, надо нагреть листок бумаги над плиткой или свечкой, следя за тем - напомню еще раз, - чтобы он был достаточно далеко от плитки или от пламени.

Читайте и пишите полезные

Главная > Исследование

IV Соревнование молодых исследователей программы «Шаг в будущее»

в Северо-Западном федеральном округе РФ

XII Региональная научная и инженерная выставка молодых исследователей «Будущее Севера»

Направление: Естественные науки и современный мир

Секция: химия

АДСОРБЦИЯ КАК МЕТОД ОЧИСТКИ ХИМИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

ученица 9 А класса

МОУ лицей имени В.Г. Сизова г. Мончегорска.

Научный руководитель:

Семичева Валентина Фирсовна

Учитель химии I квалификационной категории

МОУ лицей имени В.Г. Сизова г. Мончегорска

Ирина Анищенко

АДСОРБЦИЯ КАК МЕТОД ОЧИСТКИ ХИМИЧЕСКИХОТХОДОВ

Муниципальное общеобразовательное учреждение

лицей имени В.Г. Сизова г. Мончегорска Мурманской области

Научная статья.

Введение………………………………………………………………………………4 Основная часть…………………………………………………………………….….6 1.Теоретическое исследование………………………………………………………6 1.1.Что такое адсорбция?..............................................................................................6 1.2.Зависимость адсорбции от площади поверхности адсорбента ………………..7 1.3.Опыт №1. ………………………………………………………………………....7 1.4.Адсорбция газов………………………………………………………………….7 1.5.Опыт №2………………………………………………………………………….7 1.6.Адсорбция из растворов………………………………………………………....8 1.7.Опыт№3………………………………………………………………………..…9 1.8.Выводы теоретического исследования…………………………………….…..9 2Исследование…………………………………………………………………….…9 2.1. Опыт№1- адсорбция глины и наполнителя из мела…………………………..9 2.2.Опыт №2- улучшение свойств адсорбции глины…………………………….10 2.3.Опыт №3- адсорбция разливов кислоты и щелочи……………………….…..11 2.4.Выводы исследования……………………………………………………….…12 3Общие выводы…………………………………………………………………….13 Заключение………………………………………………………………………….14 Источники информации……………………………………………………………15

Адсорбция.

План исследования.

Цель: изучить явление адсорбции, приготовить универсальный адсорбент для химической лаборатории. Задачи: 1.Изучить явление адсорбции на примере активированного угля, используя методы качественного и количественного анализа. 2.Изучить другие адсорбенты: глину, наполнитель из мела. 3.Сравнить адсорбенты, выявить преимущества. 4. Создать универсальный адсорбент для химической лаборатории. 5.Оформить результаты. 6.Представить результаты на конференции. Объект исследования: явление адсорбции. Предмет исследования : свойства различных адсорбентов. Гипотеза: если есть адсорбенты, обладающие определенными свойствами; действием на определенные вещества, то в химической лаборатории необходим адсорбент широкого спектра действия.

Введение.

Инициатива использования отравляющих веществ в качестве оружия массового уничтожения принадлежит германскому империализму. Хлор был впервые применен 22 апреля 1915 года на Западном фронте недалеко от бельгийского города Ипра против англо-французских войск. Вдыхание хлора вызывает удушье, тяжелое воспаление дыхательных путей, отек легких и смерть. Было выпущено 180 т хлора в течении 5 мин из 6 тысяч баллонов на фронте шириной 6 км. Первая атака хлором лишила боеспособности целую дивизию, оборонявшую участок. 15 тыс. человек было выведено из строя, из них 5 тыс. навсегда. Почти через месяц газовая атака была повторена на Восточном фронте против русских войск у местечка Воля Шидловска, в Польше. На участке фронта в 12 км при ветре, дувшем в сторону русских позиций, было выпущено из 12 тысяч баллонов более 150 т ядовитого газа. Внезапность нападения и полная беззащитность против ядовитого действия газа вызвали массовые и тяжелые поражения. «Газы» в эту ночь вывели из строя целую дивизию. Передовые линии, представляющие собой сплошной лабиринт окопов и ходов сообщения, были завалены трупами и умирающими людьми. Из строя выбыло 9 тыс. человек. Начавшаяся химическая война готовила человечеству неисчислимые жертвы и страдания. От этих жертв человечество спас древесный уголь. Профессор, Н. Д. Зелинский, выдающийся химик и ученый, изобрел, провел испытания и в 1915 г. предложил противогаз, действующий на основе явления адсорбции. Вдыхание отравленного воздуха через противогаз целиком освобождало воздух от ядовитых примесей и защищало солдат от действия отравляющих веществ. Способность некоторых материалов поглощать другие вещества, иногда ядовитые, используют и по сей день. Происходят разливы нефти при ее транспортировке. Можно эту нефть собрать другими веществами-поглотителями. Происходят разливы кислот при их транспортировке. Можно нейтрализовать эти разливы кислот и собрать продукты адсорбентами. Вопрос утилизации некоторых веществ, очистки веществ от примесей актуален до сих пор. Цель: изучить явление адсорбции, приготовить универсальный адсорбент для кабинета химии. Задачи:1. Изучить явление адсорбции на примере активированного угля, используя методы качественного и количественного анализа.

2.Изучить другие адсорбенты: глину, наполнитель из мела. 3.Сравнить адсорбенты, выявить преимущества. 4.Создать универсальный адсорбент для кабинета химии. 5.Оформить результаты исследования. 6.Представить результаты исследования на конференции. Объект исследования: явление адсорбции. Предмет исследования: свойства различных адсорбентов. Гипотеза: если есть адсорбенты, обладающие определенными поглотительными свойствами; действием на определенные вещества, то в химической лаборатории необходим универсальный адсорбент, широкого спектра действия.

Основная часть.

1.Теоретическое исследование Методы: анализ, обобщение, химический эксперимент. 1.1.Открытие явления адсорбции. Явление адсорбции было открыто в 1785 г. русским ученым Ловицем. Изучая свойства угля, Ловиц обнаружил, что это вещество обладает замечательной способностью поглощать (адсорбировать) различные вещества(газы, растворенные в воде краски). Ловиц указал на возможность использования этих свойств угля для практических целей. Например, для очистки питьевой воды на кораблях. Адсорбция(лат.ad-на; при; sorbeo-поглощаю)-процесс концентрирования вещества из объема фаз на границе их раздела. В более узком смысле под адсорбцией понимают поглощение примесей из газа или жидкости твердым веществом-адсорбентом. Адсорбционная способность угля объясняется особыми условиями, в которых находятся частицы на их поверхности.

Если внутри вещества все силы, действующие между частицами, уравновешены, то на поверхности в равновесии находятся только те силы, которые направлены внутрь вещества. Вследствие этого у поверхности адсорбента создается силовое поле, благодаря которому и притягиваются частицы газа или раствора к поглотителю. Процесс идет самопроизвольно. 1.2.Зависимость адсорбции от площади поверхности адсорбента. Адсорбционные свойства определяются величиной поверхности адсорбента. Адсорбент способен поглощать тем большее количество вещества, чем больше его поверхность. Поверхность зависит от степени измельчения адсорбента. 1.3.Опыт№1. 6 Цель: установить зависимость адсорбции от площади поверхности адсорбента. Задачи: -провести хим. эксперимент адсорбции хлора активированным углем с разной площадью адсорбента; -вести наблюдение за адсорбцией хлора; -наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: (опыт проводим в вытяжном шкафу) Колбы №1,№2 заполняются хлором. Это газ желто-зеленого цвета. В колбу№1 помещаем 2 таблетки активированного угля, колбу закрываем пробкой, встряхиваем, засекаем время, за которое происходит поглощение хлора углем. Газ поглотился за 30 сек. В колбу№2 помещаем измельченные 2 таблетки активированного угля. Колбу закрываем пробкой, встряхиваем, засекаем время, за которое происходит поглощение хлора углем. Газ поглотился за 5 сек. Вывод: с увеличением площади поверхности адсорбента скорость адсорбции увеличивается, значит, увеличивается и количество поглощаемого вещества. Следовательно, хорошими адсорбентами могут быть такие материалы, которые обладают сильно развитой поверхностью, что свойственно веществам, имеющим пористую, губчатую структуру. 1.4.Адсорбция газов. Газы неодинаково адсорбируются активированным углем. Существует зависимость адсорбции газа от его температуры кипения. Трудно адсорбируются газы, которые трудно сжижаются(О 2). Хорошо адсорбируются газы, которые легко сжижаются (SO 2 , Cl 2 , NH 3). 1.5.Опыт №2 Цель: установить зависимость адсорбции газов от их температуры кипения. Задачи:- провести адсорбцию хлора, аммиака, кислорода активированным углем; - вести наблюдения за химическим экспериментом; - наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: (опыты проводим в вытяжном шкафу) 7 Колба №1 заполняется хлором. Это газ желто-зеленого цвета. Температура кипения- -34,1 0 С. В колбу помещаем 2 таблетки активированного угля. Колбу закрываем пробкой, встряхиваем. Через 5 секунд желто-зеленый цвет исчез. Хлор поглотился активированным углем. Колба №2 заполняется аммиаком. Это бесцветный газ. Температура кипения аммиака - 35 0 С. Газ доказываем влажной полоской универсального индикатора. Полоска приобретает насыщенный синий цвет у отверстия колбы. В колбу помещаем 2 таблетки активированного угля, закрываем пробкой, встряхиваем.Через сутки проверяем наличие аммиака у отверстия колбы. Влажная полоска универсального индикатора приобретает слабый синий цвет. Большая часть газа поглотилась активированным углем. Колба №3 заполняется кислородом. Это бесцветный газ. Температура кипения кислорода- -183 0 С. Газ доказываем тлеющей лучинкой. Лучинка ярко загорается. В колбу помещаем 2 таблетки активированного угля, закрываем пробкой, встряхиваем. Через сутки проверяем газ тлеющей лучинкой у отверстия колбы. Лучинка ярко вспыхивает. Газ почти не поглотился активированным углем. Вывод: данный химический эксперимент подтвердил закономерность: с уменьшением температуры кипения газа понижается его адсорбция. 1.6. Адсорбция из растворов. Активированный уголь адсорбирует не только газы, адсорбирует и растворенные вещества. Существует зависимость величины адсорбции от концентрации растворенного вещества. 1.7.Опыт №3. Цель: установить зависимость адсорбции растворенного вещества от концентрации растворенного вещества. Задачи: - провести адсорбцию ненасыщенного и насыщенного растворов фуксина активированным углем; -вести наблюдение за химическим экспериментом; -наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: 8 Колба №1 наполовину заполняется ненасыщенным раствором фуксина (раствор имеет розоватый цвет). В раствор помещаем 3 таблетки измельченного активированного угля. Оставляем на сутки. Колба №2 наполовину заполняется насыщенным раствором фуксина (раствор имеет насыщенный розовый цвет). Через сутки наблюдаем следующее. Раствор фуксина в колбе №1,№2 прозрачный, т. е. краситель из раствора поглотился. Вывод: с увеличением концентрации растворенного вещества адсорбция увеличивается. Выводы теоретического исследования. 1.Адсорбция – процесс самопроизвольный. 2.С увеличением площади поверхности адсорбента адсорбция увеличивается. 3.Адсорбенты поглощают газы, растворенные вещества. 4.С уменьшением температуры кипения газа адсорбция уменьшается. 5.С увеличением концентрации растворенного вещества адсорбция увеличивается. 6.Адсорбция- процесс обратимый.

2. Исследование.

Методы: химический эксперимент, наблюдение, сравнение. Цель: приготовить универсальный адсорбент для кабинета химии. Задачи: - исследовать другие материалы на способность поглощать вещества: глину, наполнитель из мела; - сравнить адсорбционные свойства исследуемых веществ, выявить преимущества; - создать универсальный адсорбент для кабинета. Адсорбцией обладают многие вещества. 2.1. Опыт№1. Цель: исследовать адсорбционные свойства глины, наполнителя из мела. Задачи:- провести адсорбцию раствора перманганата калия глиной и наполнителем из мела;9 - вести наблюдение за химическим экспериментом; - наблюдения записать в дневник,проанализировав, сделать вывод. Методика: Воронка №1 заполняется наполовину измельченной глиной. Через слой глины пропустим 50 мл раствора перманганата калия (р-р фиолетового цвета). Наблюдаем, что из воронки выходит прозрачный фильтрат. Ионы марганцевой кислоты адсорбировались глиной. Адсорбция прошла за 30 мин. Глина приобрела вид пластичной массы, через которую трудно проходит раствор. Воронка №2 наполовину заполняется наполнителем из мела. Через слой наполнителя пропустили 50 мл раствора перманганата калия. Наблюдаем, что из воронки выходит фиолетовый фильтрат. Ионы марганцевой кислоты не адсорбировались наполнителем из мела. Вывод. 1. Глина-адсорбент. Адсорбция глиной идет медленно, т.к. частицы глины слипаются, образуя вязкую массу, затрудняющую прохождение раствора. 2.Наполнитель из мела не обладает свойствами адсорбента. 2.2.Опыт№2. Цель: улучшить адсорбционные свойства глины; Задачи:- провести адсорбцию раствора перманганата калия смесью из глины и песка; - провести адсорбцию раствора перманганата калия смесью из глины; песка; и наполнителя из мела; - вести наблюдение за химическим экспериментом; - наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: Воронка №1 заполняется наполовину смесью: 1 ч. глины и 1 ч. песка. Через смесь пропустить 50 мл раствора перманганата калия. Наблюдаем, что из воронки выходит прозрачный фильтрат. Адсорбция прошла за 2 минуты. 10 Вывод. Песок улучшает адсорбцию глины. Песок- разрыхлитель, препятствует слипанию частиц глины, обеспечивает насыщаемость жидкостью по микрокапилярам всего слоя адсорбента. Воронка №2 наполовину наполняется смесью: 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя. Через смесь пропускаем 50 мл раствора перманганата калия. Наблюдаем, что из воронки выходит прозрачный фильтрат. Адсорбция прошла за 30 сек., поглотилось много жидкости. Вывод. 1.Песок вместе с наполнителем улучшили адсорбционные свойства глины. 2.Смесь, состоящую из 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя предлагаем использовать в химической лаборатории в качестве адсорбента. 2.3. Опыт№3 Цель: исследовать адсорбционные свойства смеси адсорбента на разлив кислоты и щелочи. Задачи: - провести адсорбцию разлива серной кислоты смесью адсорбента; - провести адсорбцию разлива щелочи смесью адсорбента; - вести наблюдение за химическим экспериментом; - наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: Пластмассовый поддон №1. В нем делаем разлив 5 мл серной кислоты.(1:1). Смесь адсорбента насыпаем по периметру разлива, а затем в центр. Перемешиваем адсорбент стеклянной палочкой. Наблюдения: - слышим шипение, т. е. выделяется газ. Наполнитель из мела нейтрализует кислоту. Через 5 мин. индикаторная полоска не фиксирует наличие кислоты в смеси адсорбента. Адсорбент убрал кислоту. Сама смесь адсорбента не растекается, хорошо собирается в совок. Пластмассовый поддон №2. В нем сделали разлив 5 мл щелочи. Смесь адсорбента насыпаем по периметру, а затем в центр. Перемешиваем адсорбент стеклянной палочкой. 11 Наблюдения:- щелочь поглотилась адсорбентом, разлив убрали, но индикаторная полоска фиксирует наличие щелочи в адсорбенте. Щелочь не нейтрализуется. Адсорбент не растекается, хорошо собирается в совок. 2.4. Выводы исследования. 1.Глина обладает свойствами адсорбента. 2.Наполнитель из мела не обладает свойствами адсорбента. Наполнитель из мела - нейтрализатор. 3.Адсорбцию глины можно улучшить, добавив к ней песок и наполнитель из мела. 4.Смесь: 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя из мела- хороший адсорбент. 5.Смесь- адсорбент хорошо убирает разливы кислот и щелочей. 6.Адсорбент, состоящий из 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя из мела, можно рекомендовать для использования в химический лаборатории.

Общие выводы.

1.Адсорбция- процесс самопроизвольный. 2.С увеличением площади поверхности адсорбента адсорбция увеличивается. 3.Адсорбенты поглощают газы, растворенные вещества. 4.С уменьшением температуры кипения газа адсорбция уменьшается. 5.С увеличением концентрации растворенного вещества адсорбция увеличивается. 6.Адсорбция- процесс обратимый. 7.Глина обладает свойствами адсорбента. 8.Наполнитель не обладает свойствами адсорбента. 9.Адсорбционные свойства глины можно улучшить, добавив песок и наполнитель из мела. 10.Смесь: 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя из мела- хороший адсорбент, который убирает разливы кислот и щелочей. Эту смесь можно рекомендовать для использования в химической лаборатории. Свойства компонентов в смеси: - глина- адсорбент; - наполнитель из мела – нейтрализатор; - песок – разрыхлитель

Заключение.

практическое значение

вредные воздействия

Реактивы и оборудование:

медь;
концентрированная азотная кислота;
активированный уголь;
конические колбы (3);
пробки (2);
пробка с газоотводной трубкой.

Пошаговая инструкция

Приготовим три колбы: две с пробками и одну - с газоотводной трубкой. В колбу с газоотводной трубкой добавим и нальем концентрированную азотную кислоту. Интенсивно выделяется бурый газ – диоксид азота. «Разольем» его по двум колбам и закроем пробками. Через некоторое время, убедившись, что системы герметичны, в одну из колб добавляем таблетки .

Пояснение процесса

Спустя несколько минут в колбе с таблетками будет постепенно исчезать: его адсорбирует активированный уголь. Адсорбция - это процесс поглощения газов, паров, веществ из раствора или газовой смеси адсорбентом (поверхностным слоем жидкости или твердого тела). Хорошим «поглотителем» является активированный уголь. В зависимости от технологии изготовления поверхность одного грамма угля может иметь площадь около 1500 м². Активированный уголь широко используется в медицине и промышленности для очистки, разделения и извлечения различных веществ.