XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Способы получения чистой воды с помощью самодельного прибора

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Корнева Е.И. 1

---

1Березовское муниципальное автономное общеобразовательное учреждение "Лицей 7" имени А. А. Лагуткина

Леонова М.В. 1

---

1Березовское муниципальное автономное общеобразовательное учреждение "Лицей 7" имени А. А. Лагуткина

Работа в формате PDF

671.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха,

Тебя невозможно описать, тобою наслаждаются,

Не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты

Необходима для жизни: ты – сама жизнь.

Ты наполняешь нас радостью,

которую не объяснишь нашими чувствами…

Ты самое большое богатство на свете…

Антуан де Сент-Экзюпери

Введение

Самые высокие слова, какие можно сказать о воде, едва ли чрезмерны. Вода – две молекулы водорода и одна кислорода – всего-то... Но о ней с древних времен складывают легенды, сказки, мифы. Она всегда была панацеей от неизлечимых болезней до несчастной любви. А уже в 20 веке эта жидкость начала удивлять и ученых своими чудесными свойствами.

Глобальной проблемой человечества становится получение пригодной для питья пресной воды. В дальнейшем человечество окажется перед необходимостью рассматривать океаны как альтернативный источник воды. А вопрос получения пресной воды актуален во все времена, ведь вода является главным источником нашей жизни! К нашему счастью, Россия по ресурсам поверхностных пресных вод занимает первое место в мире и располагает большими запасами подземных вод.

При работе над проектом была поставлена цель: изготовить универсальный прибор для получения дистиллированной воды – эталона чистоты.

Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:

1. провести контент-анализ литературы по выбранной проблеме;

2. рассмотреть основные физические свойства воды и дать их объяснения с точки зрения молекулярно-кинетической теории вещества; изучить фазовые переходы воды и их особенности;

3. рассмотреть некоторые способы очистки воды и из подручных материалов изготовить прибор для получения дистиллированной воды;

4. провести исследования качества полученной воды;

5. снять видеоролик.

В исследовательском проекте объектом исследования является вода, предметом исследования – основные физические свойства воды и способы получения дистиллированной воды, механизм исследования – самодельный прибор для очистки воды.

При работе над проектом была изучена карта природных источников пресной воды окрестностей Екатеринбурга и Березовского (Свердловской области) и сделан вывод о том, что они не все используются для нужд водоснабжения из-за высокого содержания растворенных в воде солей. Эти воды могут стать источниками водоснабжения только при условии их дальнейшего опреснения. Исходя из актуальной проблемы в проекте предложены способы опреснения воды, которые могут изменить ситуацию к лучшему хотя бы в отдельно взятой семье! Идея проста, функциональна и экономична. Ее можно применить также для очистки талых и шахтных вод на промышленном предприятии.

При работе над проектом была выдвинута гипотеза: если знать основные физические свойства воды, ее фазовые переходы, показать способы очистки воды от различных примесей, то с помощью самодельной установки появится возможность получения дистиллированной воды для различных бытовых нужд.

При выполнении работы использованы следующие методы исследования:

1. анализ литературы по исследуемому вопросу,

2. моделирование,

3. проектирование,

4. конструирование,

5. эксперимент.

Основная часть

1. Теоретическая часть. Вода – самое удивительное вещество на свете!

Благодаря широкой распространённости в нашей жизни, вода издавна считалась первоисточником всего живого. Представление философов античности о воде как о начале всех вещей нашло отражение в учении Аристотеля (4в. до н.э.) о четырёх стихиях (огне, воздухе, земле и ветер), причём вода считалась носителем холода и влажности. Вплоть до конца 18 века.

В науке существовало представление о воде как об индивидуальном химическом элементе. В 1781-82г.г. английский учёный Г. Кавендиш впервые синтезировал воду, взрывая электрической искрой, смесь водорода и кислорода, а в 1783 французский учёный А. Лавуазье, повторив эти опыты, впервые сделал правильный вывод, что вода есть соединение водорода и кислорода. В 1785 Лавуазье совместно с французским учёным Ж. Менье определил количественный состав воды. В 1800 году английские учёные У. Николсон и А. Карлейль разложили воду на элементы электрическим током. Таким образом, анализ и синтез воды показали сложность её состава и позволили установить для неё формулу H2O.

Изучение физических свойств воды началось ещё до установления её состава в тесной связи с другими научно-техническими проблемами. В 1612 итальянский учёный Г. Галилей обратил внимание на меньшую плотность льда сравнительно с жидкой водой как на причину плавучести льда. В 1665 году голландский учёный Х. Гюйгенс предложил принять температуру кипения и температуру плавления воды за опорные точки шкалы термометра. В 1772 году французский физик Делюк нашёл, что максимум плотности воды лежит при 4°С; при установлении в конце 18 века метрической системы мер и весов, это наблюдение было использовано для определения единицы массы – килограмма. В связи с изобретением паровой машины французские учёные Д. Араго и П. Дюлонг (1830г.) изучили зависимость давления насыщенного пара воды от температуры. В 1891-97г.г. Д.И. Менделеев дал формулы зависимости плотности воды от температуры. В 1910 году американский учёный П. Бриджмен и немецкий учёный Г. Тамман обнаружили у льда при высоком давлении несколько полиморфных модификаций. В 1932 году американские учёные Э. Уошберн и Г. Юри открыли тяжёлую воду. Развитие физических методов исследования позволило существенно продвинуться в изучении структуры молекул воды, а также строения кристаллов льда. В последние десятилетия особое внимание учёных привлекает структура жидкой воды водных растворов.

1.1. Характеристика природной воды

Окись водорода, H20, простейшее устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода с кислородом (11,19% водорода и 88,81% кислорода по массе), молекулярная масса 18,0160; бесцветная жидкость без запаха и вкуса (в толстых слоях имеет голубоватый цвет), воде принадлежит важнейшая роль в геологической истории Земли и возникновении жизни, в формировании физической и химической среды, климата и погоды на нашей планете.

Без воды невозможно существование живых организмов. Вода – обязательный компонент практически всех технологических процессов – как сельскохозяйственного, так и промышленного производства.

Человек, как и все живое, в основном состоит из воды. Потеря 6-8% воды вызывает плохое самочувствие, 10% – необратимые изменения в организме, а 15-20% – смерть. А между тем для поддержания жизнедеятельности организму нужно не так уж много: 2-2,5 литров в сутки. Хотя за всю жизнь и набирается около 75 тысяч литров, но все равно это лишь малая часть от того, сколько человек расходует на самом деле.

Почему вода – вода?Этот вопрос совсем не так неразумен, как это может показаться. В самом деле, разве вода – это только та бесцветная жидкость, что налита в стакан? Океан, покрывающий почти всю нашу планету всю нашу чудесную Землю, в которой миллионы лет назад зародилась жизнь, – это вода. Тучи, облака, туманы, несущие влагу всему живому на земной поверхности, – это ведь тоже вода. Бескрайние ледяные пустыни полярных областей, снеговые покровы, застилающие почти половину планеты, – и это вода. Прекрасно, невоспроизводимо бесконечное многообразие красок солнечного заката, его золотых и багряных переливов, торжественны и нежны краски небосвода при восходе солнца.

Эта обычная и всегда необыкновенная симфония цвета обязана рассеянию и поглощению солнечного спектра водяными парами в атмосфере. Этот великий художник природы – вода. Горные цепи сложены гигантскими толщами сотен различных горных пород, и геологи знают, что большинство из них созданы величайшем строителем природы водой. Непрерывно изменяется облик Земли. На месте, где возвышались высочайшие горы, расстилаются бесконечные равнины, их создает великий преобразователь вода. Безгранично многообразие жизни. Она всюду на нашей планете. Но жизнь есть только там, где есть вода. Нет живого существа, если нет воды.

Почему же одно из бесчисленных химических соединений с простой и ничем не примечательной формулой, состоящее из двух обычных для мироздания элементов, молекула которого состоит всего из трех атомов, простая окись водорода, самая обычная вода, занимает столь особое место в жизни природы? Чем объясняется такая исключительная роль воды? Среди необозримого множества веществ вода с ее физико-химическими свойствами занимает совершенно особое, исключительное место. И это надо понимать буквально. Почти все физико-химические свойства воды – исключения в природе. Она действительно самое удивительное вещество на свете. Она удивительна не только многообразием изотопных форм молекулы и не только как неиссякаемый источник энергии. Она удивительна своими самыми обычными свойствами. Простое химическое соединение с простейшей формулой заняло особое место на нашей чудесной планете благодаря изумительному сочетанию необычайных свойств.

Вода вокруг нас. Вода широко распространена в природе. Гидросфера – водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, озёра, водохранилища, реки, подземные воды, почвенную влагу, составляет около 1,4-1,5 млрд.кубических километров, причём на долю воды суши приходится всего около 90 млн. кубических километров. Из них подземные воды составляют 60, ледники 29, озёра 0,75, почвенная влага 0,075, реки 0,0012 млн. кубических километров. Вода в природных условиях всегда содержит растворённые соли, газы и органические вещества. Их количественный состав меняется в зависимости от происхождения воды и окружающих условий. При концентрации солей до 1 г/кг воду считают пресной, до 25 г/кг – солоноватой, свыше – солёной.

Наименее минерализованными водами являются атмосферные осадки (в среднем около 10—20 мг/кг), затем пресные озёра и реки (50-1000 мг/кг). Солёность океана колеблется около 35 г/кг; моря имеют меньшую минерализацию (Чёрное 17-22 г/кг; Балтийское 8-16 г/кг; Каспийское 11-13 г/кг). В пресных водах обычно преобладают ионы HCO3-, Са2+ и Mg2+. По мере увеличения общей минерализации растет концентрация ионов SO42- Cl-, Na+ и К+. В высокоминерализованных водах преобладают ионы Cl- и Na+, реже Mg2+ и очень редко Ca2+. Прочие элементы содержатся в очень малых количествах, хотя почти все естественные элементы периодической системы найдены в природных водах. Из растворённых газов в природных водах присутствуют азот, кислород, двуокись углерода, благородные газы, редко сероводород и углеводороды.

1. 2. Структура потребления воды человеком.

По расчетам американских ученых, структура потребления воды выглядит так:

Средние данные утверждают, что на хозяйственно-бытовые нужды человеку нужно примерно в десять раз больше воды, чем только для питья и приготовления пищи. Центральным водоснабжением на земле пользуются 1,1 млрд. человек (280л в сутки), а остальная часть человечества использует только 50-60 л в сутки. Правду говорят, что развитие цивилизации можно измерять в литрах потребляемой на душу населения воды... Эпидемиологическая безопасность воды обеспечивается очисткой сточных вод и их обеззараживанием, мерами санитарной охраны водоёмов, очисткой и обеззараживанием водопроводной воды.

1.3. Применение воды в промышленности

Невозможно указать другое вещество, которое бы находило столь разнообразное и широкое применение, как вода. Вода – химический реагент, участвующий в производстве кислорода, водорода, щелочей, азотной кислоты, спиртов, альдегидов, гашёной извести и многих других важнейших химических продуктов. Вода – необходимый компонент при схватывании и твердении вяжущих материалов – цемента, гипса, извести и т.п. Как технологический компонент для варки, растворения, разбавления, выщелачивания, кристаллизации воды, применяется в многочисленных производственных процессах.

В технике вода служит энергоносителем, теплоносителем (паровое отопление, водяное охлаждение), рабочим телом в паровых машинах, используется для передачи давления (в частности, в гидравлических передачах и прессах, а также при нефтедобыче) или для передачи мощности. Вода, подаваемая под значительным давлением через сопло, размывает грунт или породу. Где вода там жизнь...В табл. №1 (приложение) приведены примеры содержания воды в различных организмах, их органах и тканях.

1. 4. Проблемы, связанные с использованием воды и их решение

Основная причина загрязнения водных ресурсов – сброс в водоемы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными предприятиями, а также предприятиями коммунального и сельского хозяйства. Загрязнению также способствует нерациональное ведение сельского хозяйства: остатки удобрений и ядохимикатов, вымываемые из почвы, попадают в водоемы и загрязняют их.

Во многих странах происходит массовое загрязнение водных объектов. В реки и озера со сточными водами поступает большое количество вредных химических веществ. В водоемы выбрасываются сотни миллионов тонн мусора. Во Франции, например, на территории страны больше не произрастает несколько видов мхов и лишайников, которые распространяются только там, где чистые вода и воздух; парижане до 20 века пили воду прямо из Сены. Теперь же летом река несет больше сточных вод, чем чистых – итог ежегодных выбросов млн. тонн отходов промышленными предприятиями.

Использование водных ресурсов издавна регулируется законами. Значение охраны вод подчеркивает «Водная хартия», принятая 6 мая 1976 года Европейским советом в Страсбурге:

1. Без воды нет жизни. Вода – ценный, абсолютно необходимый человеку ресурс.

2. Запасы хорошей воды не бесконечны. Поэтому их охрана, экология становятся важным делом.

3. Загрязняя воду, человек вредит себе и всем живым организмам.

4. Качество воды должно соответствовать санитарным нормам и допускать ее использование.

5. Использованную воду необходимо возвращать в водоемы в таком состоянии, которое не может помешать ее дальнейшему использованию для общественных и индивидуальных нужд.

6. Значительную роль в сохранении водных запасов играет растительный покров, особенно лес.

7. Водные ресурсы необходимо учитывать и регистрировать.

8. Целесообразное использование вод должно планироваться соответствующими органами.

9. Для охраны водных ресурсов необходимы усиленные научные исследования, подготовка специалистов и разъяснительная работа среди населения.

10. Каждый из нас обязан ради блага всех расходовать воду экономно и с толком.

11. Управление водными ресурсами должно основываться не столько на административных и политических границах, сколько на естественных границах водосборных бассейнов.

12. Вода не знает границ. Поэтому в ее охране и использовании необходимо международное сотрудничество.

В городе Березовском возросшая потребность в чистой воде заставляет специалистов разных направлений искать дополнительные водные ресурсы. Желая внести свой вклад в дело охраны окружающей среды, президиум городского совета общества охраны окружающей природы решил провести учет – инвентаризацию малых рек. Спустя более 30 лет изданные законы актуальны и сегодня: в городе притоков реки Пышмы, на административной территории города Березовского было обследовано и описано 20 рек. В каждой измерено количество воды, проведены анализы по качественным показателям. Определение запасов воды малых рек позволит решить практические задачи регулирования водного стока.

В числе первоочередных дел для равномерного распределения воды бассейна реки Пышмы по населенным пунктам – сооружение платин, чтобы удержать хотя бы часть талых вод из рек, которые попадают в реку Пышму, унося плодородие лесной почвы. Можно отдельные речки зарегулировать запрудами (Мурзинку, Становлянку, Сарапулку, Черемшанку и другие). Наряду с перечисленными способами борьбы со сточными водами, применяются выпаривание сточных и вымораживание минерализованных вод, усиление процессов естественного самоочищения.

Поверхностный сток тесно связан с подземными работами рудника им. С.М. Кирова и золотодобывающих артелей, нарушающих экологическое равновесие реки Пышмы.

2. Практическая часть. Изготовление универ сального прибора для получения дистиллированной воды

2.1. Очистка воды

Основные стадии очистки воды – это осветление и обесцвечивание, а потом обеззараживание. На первых двух стадиях из воды убирают взвешенные и коллоидные частицы. Но если от первых легко избавиться, отстояв и отфильтровав воду, то коллоидные частицы всячески сопротивляются укрупнению, после которого их было бы легко осадить. Известно довольно много способов разрушения устойчивых коллоидных растворов: перемешивание и нагревание, ультрафиолетовое облучение, ионизирующее облучение, ультразвук, воздействие на частицы электрическими и магнитными полями.

Итак, мы получили чистую на вид воду. Но там, невидимые для глаз, могут жить возбудители дизентерии, брюшного тифа, холеры. Убить бактерии можно многими способами: добавить окислители (хлор и его соединения, озон, перманганат калия и другие), подействовать ультрафиолетовым и ионизирующим излучениями, подогреть, обработать ионами тяжелых металлов. Самый простой и экономичный способ – обеззараживание хлором и его соединениями. В Приложении №3 подробно описаны фазовые переходы воды: 1. Кипение. Зависимость температуры кипения от давления. 2.Парообразование и конденсация

2.2. Получение дистиллированной воды

Дистиллированная вода– вода, очищенная от растворенных в ней минеральных солей, органических веществ и других примесей путем дистилляции. Требования к дистиллированной воде: рН 5,4 - 6,6, плотность при 20°С не менее 2-10 Ом м (ГОСТ 6709-72); о допустимых количествах примесей см. таблицу.

Таблица №2. Содержание примесей в дистиллированной воде

Из таблицы видно, что в состав дистиллированной воды входит очень маленькое количество примесей.

Дистилляция (от лат. distillatio – стекание каплями, перегонка) разделение жидких смесей на отличающиеся по составу фракции. Основана на различии в составах жидкости и образующегося из нее пара. Осуществляется путем частичного испарения жидкости и последующей конденсации пара.

В представленном проекте мною рассмотрена дистилляция двух видов (Приложение №2):

При выполнении данной работы делаем вывод: получение дистиллированной воды, помогает увидеть переход воды из одного состояния в другое (испарение-конденсация), а также понять эти аналогичные процессы, происходящие в природе, например:

1. Почему выдыхаемый воздух «заметен» на морозном воздухе и «невиден» в теплом помещении?

2. Почему в теплое время года рано утором над рекой (прудом, озером) появляется густой туман?

2.3. Самодельный прибор для получения дистиллированной воды

При изготовлении самодельного прибора для получения дистиллированной воды нам потребовались следующие материалы:

1. Две медные трубки: №1 – длиной 40 см., диаметром 1 см. и №2 – длиной 90см., диаметром 0,7 см.

2. Полиэтиленовая трубка: №3 – длиной 92 см., диаметром 0,7 см.

3. Наконечник на полиэтиленовую трубку №4.

4. Резиновая пробка с отверстием №5.

5. Плоскодонная колба №6, стеклянный стаканчик №7.

6. Штатив с держателем №8.

7. Электроплитка №9.

8. Вода и КmnO4.

9. «Холодильник» – вода для охлаждения №10 (можно использовать водопроводную воду).

Изготовление прибора:

Вокруг медной трубки №1 длиной 40см. накручиваем змейкой медную трубку №2 меньшего диаметра, оставляя свободными концы трубки длиной по 15см., к одному из концов присоединяем полиэтиленовую трубку №3 с наконечником. Один из концов трубки меньшего диаметра помещаем в отверстие резиновой пробки и закрываем колбу с водой. Для прочности установки закрепляем трубку в держателе. Под колбу с водой устанавливаем электроплитку. Установка для получения дистиллированной воды готова. (см.фото Приложение №3).

Принцип действия и схема устройства самодельного прибора. Данный прибор служит для получения дистиллированной воды, принцип действия которого основан на фазовых переходах жидкости (кипение воды, испарение, конденсация). То, что это действительно дистиллированная вода, можно проверить следующим способом:

1. В колбу налита водопроводная вода, подкрашенная марганцем. После конденсации в стаканчике получили прозрачную, бесцветную воду. В колбу вместо подкрашенной воды можно налить любую другую жидкость: соленую или неочищенную воду, сок, грязную воду и т.д. В результате все равно в стаканчик капает дистиллированная вода.

2. Берем 2 предметных стекла, на одно помещаем каплю водопроводной воды, а на другое – дистиллированную воду, полученную нашим способом. После испарения капли воды на первом стекле останется след, а второе стеклышко будет чистым. Это свидетельствует о том, что в первом случае вода была с примесью, а во втором –дистиллированная.

3. Из физики мы знаем, что вода проводит электрический ток, так как она имеет примеси, в дистиллированной воде этих примесей нет, следовательно, дистиллированная вода не является электропроводной, т.е. является изолятором

4. Существует еще один известный метод исследования дистиллированной воды – химический анализ воды – (исследование воды на наличие ионов Fe и других элементов), но этот метод в наших условиях невозможен. Таким образом, с помощью нашей самодельной установки можно получить дистиллированную воду.

Применение дистиллированной воды. Дистиллированная вода имеет широкое применение в медицине; служит для изготовления медикаментов, растворов, препаратов косметологии; в химической промышленности; изготовление тосола, антифриза, используется для заполнения аккумуляторов автомобиля. Не смотря на чистоту дистиллированную воду в качестве питьевой ее использовать, не рекомендуют, т.к. она обезвоживает организм человека, выводя из него полезные соли и микроорганизмы.

Изготовление самодельного прибора для получения дистиллированной воды имеет практическое значение:

1. Демонстрация работы прибора может являться средством обучения на уроках физики, химии и биологии в 7-х – 10-х классах.

2. Данный способ получения дистиллированной воды может представляться как универсальный и доступный для любого человека (в том числе использование дистиллированной воды для проведения опытов в химической лаборатории Лицея №7).

3. В неблагоприятных условиях данный способ позволяет получить чистый продукт – дистиллированную воду.

Заключение

Изготовление прибора для получения дистиллированной воды дает возможность сделать вывод о том, что цель, поставленная в начале работы, достигнута. При выполнении работы я: 1. Овладела физическими методами познания. 2. Самостоятельно смоделировала экспериментальную установку для получения дистиллированной воды. 3. Научилась делать выводы из экспериментов. 4. Умею объяснять результаты своих наблюдений и опытов с теоретических позиций.

Получение дистиллированной воды – это одно из важнейших практических умений, которым должен овладеть каждый человек. И путешественник, и человек, считающий себя интеллигентом, т.к. забота о своем здоровье – спасение нации!

Список литературы:

1. Заякин А. «Новый элемент от уральского инженера», газета «Аргументы и факты» №3(739) 2008г.

2. Кабардин О. Ф. физика; справочные материалы; учебные пособие для учащихся. Москва6 просвещение, 1991г.

3. Казеннова Н.Б. «Получение и исследование свойств анилина» химия в школе, 1997г. №5 с.68.

4. Кузина С. «Тайны воды» газета «Комсомольская правда», №8(631) 2007г.

5. Милковская Л.Б. повторим физику, Москва: «Высшая школа», 1990г.

6. Ромашина Т.П. «Домашний эксперимент: интересно и позновательно». Химия в школе, 1998г, №6 с 65-66.

7. Химическая энциклопедия, том 2, Москва: «Советская энциклопедия», 1990г.

8. Энциклопедия для детей, том 17, Москва: авант, 2001г.

9. www. Yandex.ru.

10. https://rusfilter.ru

11. https://www.liston.ru

Приложения

Приложение №1

Таблица 1. Содержание воды в различных организмах, их органах и тканях.

Приложение №2. Получение дистиллированной воды разными способами.

• Простая дистилляция (прибор, который мы создали – это простая дистилляция).

• Молекулярная дистилляция. Основана на скорости испарения вещества от его молекулярной массы.

Дистиллированную воду обычно получают в перегонных аппаратах, изготовленных из высококачественного стекла или стали. Дистилляционная установка состоит из испарителя №1, снабженного теплообменным устройством для подвода к раствору необходимого количества теплоты; дефлегматора №2 для частичной конденсации пара, выходящего из испарителя (при фракционной дистилляции); конденсатора №3 для сжижения отбираемого пара; холодильника №4; сборников дистиллята №5 и кубового остатка №6.

Дистиллированную воду можно получить другими способами: а) промышленным, б) лабораторным, в) бытовым.

Аналогичные приборы применяются в промышленности для разделения нефти по фракциям и получении других чистых веществ.

Лабораторный способ получения дистиллированной воды. Для разделения жидких растворов применяют способ, который называется дистилляцией (или перегонкой). Этой способ основан на том, что при кипении раствора, образованного жидкостью с различной температурой кипения, пар оказывается обогащенным более летучим веществом. Так, при перегонке нефти, сначала выделяются легкокипящий бензин, затем керосин, дизельное топливо и т.д.; при испарении жидкого воздуха сначала выкипает азота и т.д.

Дистилляция может быть применена для очистки жидкостей от растворенных примесей, например, так очищают воду многократной пригонкой. Лабораторные приборы для дистилляции воды показаны на рисунке.

Рис.2.

Дистилляция воды. 1. колба круглодонная; 2. пробка с термометром; 3. холодильник; 4. поступление воды; 5. колба коническая; 6. аллонж.

Разделение смеси в промышленности – процесс часто не менее, а более энергоёмкости, чем собственно получения продукта, поэтому не прекращаются поиски новых способов разделения. Один из них – мембранный (перепончатый), основанный на том, что некоторые вещества (полистирол, тефлон, различные науки) обладают избирательной проницаемостью по отношению к разным газам. По изготовленным из них капиллярным трубкам (диаметр которых меньше1мкм, в каждом устройстве их начитываетесь от 10 тыс. до 1 млн.) пропускается газовая смесь. По мере движения по капилляру смесь разделяется за счёт похождения через стенку только одного из ее компонентов. Так, например, в настоящее время разделяют компоненты воздуха – азот и кислород.

На этом же принципе основано опреснение морской воды. Под большим давлением вода проходит сквозь стенки капилляров, а растворенных в ней вещества остаются внутри капилляров. Для разделения микроскопических количеств веществ, особенно природных объектов, применяют метод хроматографии, суть которого состоит в том, что при капиллярном движении раствора сквозь пористое вещество (бумагу, глину, специальные порошки) его компоненты по-разному взаимодействуют с материалом и поэтому движутся с разной скоростью, благодаря чему раствор разделяется.

Бытовой способ получения дистиллированной воды. Наиболее практическое значение для нас, имеет бытовой способ получения дистиллированной воды, который изображен на рисунках.

Для перегонки воды нам потребуются: чайник, кружка, тарелка, нагревательный прибор (электрическая или газовая плита), прихватка, вода.

Для получения дистиллированной воды бытовым способом, необходимо выполнить следующие действия: нагрейте в чайнике воду. Когда вода закипит, и из чайника начнет выходить пар, берем с помощью прихватки тарелку и держим ее несколько минут над носиком. Под тарелкой располагаем кружку и собираем в нее дистиллированную воду. Сравниваем на вкус водопроводную и дистиллированную воду. На другом рисунке изображен еще один способ перегонки (или дистилляции) воды.

Бытовой способ получения дистиллированной воды

Приложение №3

Фото 6. Самодельная установка для получения дистиллированной воды

Приложение №4. Фазовые переходы жидкости

Приборы для дистилляции. Лабораторный способ

Испарение

Испарение – это парообразование, происходяовые перехщие с поверхности жидкости, при любой температуре. Молекула пара испаряется с поверхности жидкости в воздух, если ее кинетическая энергия сти. соседних молекул и вылететь из жидкости. Вылетевшие с поверхности жидкости молекулы образуют над нею пар. У оставшихся молекул жидкости при соударениях меняются скорости. Некоторые из молекул приобретают при этом скорость, достаточную для того, чтобы, оказавшись у поверхности, вылететь из жидкости. Этот процесс продолжается, поэтому жидкость испаряется постепенно.

Скорость испарения зависит от нескольких причин:

-от рода жидкости.

-площади поверхности жидкости.

-испарение должно происходить при любой температуре. (Испарение происходит тем быстрее, чем выше температура жидкости).

Если испарение происходит в закрытом сосуде, то вначале число молекул, вылетевших из жидкости, будет больше числа молекул, возвратившихся обратно в жидкость. Поэтому плотность пара в сосуде будет постепенно увеличиваться. С увеличением плотности пара увеличивается и число молекул, возвращающихся в жидкость. Довольно скоро число молекул, вылетающих из жидкости, станет равным числу молекул пара, возвращающихся обратно в жидкость. С этого момента число молекул пара над жидкостью будет постоянным. Наступает так называемое динамическое равновесие между паром и жидкостью.

Если в пространстве, содержащем пары какой-либо жидкости, может происходить дальнейшие испарение этой жидкости, то пар, находящийся в этом пространстве, является ненасыщенным паром.

При динамическом равновесии масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется, хотя жидкость продолжает испаряться. В открытом сосуде масса жидкости вследствие испарения постепенно уменьшается. Это связано с тем, что большинство молекул пара рассеивается в воздухе, не возвращаясь в жидкость. Но небольшая часть их возвращается в жидкость, замедляя тем самым испарение. Поэтому при ветре, который уносит молекулы пара, испарение жидкости происходит быстрее.

За год с поверхности Земли испаряется вода, масса которой примерно равна массе воды в Черном море.

Кипение

Кипение – это парообразование, происходящее во всем объеме жидкости при определенной температуре. При температуре кипения, всплывают и лопаются многочисленные пузырьки пара, вызывающие характерное бурление жидкости. Пузырьки воздуха, имеющиеся в жидкости, содержат газ, растворенный в жидкости. При нагревании жидкости растет температура пара в пузырьках, возрастает его давление, увеличивается объем пузырька. Под действием силы Архимеда пузырьки начинают подниматься вверх. Всплывшие пузырьки начинают лопаться, когда давление насыщенного пара, которым они заполнены, будут превосходить атмосферное давление воздуха: Рн.п. > Ра. Температура кипения зависит от внешнего давления на жидкость.

На вершине Эвереста давление воздуха 37кПа, а температура кипения воды 74 C. При такой температуре невозможно заварить чай или сварить мясо. В герметичной кастрюле, где давление выше атмосферного, температура кипения воды составляет 120 С. Известно, что скорость химических реакций при приготовлении пищи удваивается на каждые 10 С сверх 100 С, поэтому повышение температуры кипения на 20 С в 4 раза ускоряет процесс приготовления пищи по сравнению с кипячением при температуре 100С.

Так как каждый лопнувший пузырек воздуха охлаждает жидкость, то температура жидкости остается постоянной в процессе кипения. Некоторые вещества, которые в обычных условиях являются газами, при очень низкой температуре. Например, жидкий кислород при атмосферном давлении кипит при t= -183С, а твердые вещества в обычных условиях обращаются в жидкость, кипящие при очень высокой температуре. Например, медь кипит при 2567С, а железо – при 2750С. Жидкость, не содержащая газ и находящаяся в сосуде, со стенок которого удален газ, не кипит. Такая жидкость, нагретая до температуры, превышающей температуру кипения при нормальном давлении, называются перегретой.

Конденсация

Испаряющиеся из жидкости молекулы образуют над ней пар. В результате хаотического движения часть молекул возвращается на поверхность жидкости, втягивается в нее силами притяжения, увеличивая энергию жидкости. Количество теплоты, получаемое жидкостью при конденсации, равно количеству теплоты, теряемому при ее испарении.

Летним вечером, когда воздух становится холоднее, выпадает роса. Это водяной пар, находившийся в воздухе, при охлаждении конденсируется, и маленькие капельки воды оседают на траве и листьях.

Конденсацией пара объясняется образованием облаков. Пары воды, поднимающиеся над землей, образуются в верхних, более холодных слоях воздуха облаков, состоящие из мельчайших капелек воды.

Приложение №5. Различные виды бутилированной дистиллированной воды разных изготовителей.

Приложение №5. Современный взгляд на воду

Житель небольшого уральского городка Полевской уверен, что обнаружил новый, никому до сих пор неизвестный 119-ый элемент таблицы Менделеева. Владимир Иванович Стерлягов, физик по образованию, окончил в шестидесятые года Уральский государственный университет, физический факультет. Изучение воды занимает особое место в его жизни. Двадцать лет назад он купил в магазине книгу «Вода известная и неизвестная» и перечитал ее не один раз. Все эти годы его интересовали вопросы, на которые наука до сих пор не может найти ответа. Например, почему вода при замерзании кристаллизуется? Почему лед замерзает и тает не сразу, а постепенно?

«Формула Н2О, известная нам с самого детства, неверна, потому что не учитывает свободные ионы водорода», – говорит Владимир. Он утверждает, что формула должна выгладить как ННО, где к обычному водороду примыкает тяжелый аналог, который он и обнаружил. Он в 300 раз тяжелее обычного водорода, благодаря чему и образуются кристаллы. Ему необходимо присвоить 119-ый номер в таблице Менделеева. Он состоит из 119 протонов, 119 электронов и 180 нейтронов. Этому элементу полевчанин и название придумал – ВЕТРИЙ.

Приложение №6. Показателями безопасности воды в эпидемиологическом отношении являются:

1. общее количество бактерий (выращиваемых на питательной среде – агаре при t 37°С) – не более 100 в 1 мл;

2. количество кишечных палочек (выращиваемых на плотной питательной среде с концентрацией на мембранных фильтрах) – не более 3 в 1 л. При использовании жидких сред накопления титр кишечной палочки должен быть не менее 300.

3. по проекту ГОСТа (1968) к бактериям группы кишечной палочки относятся грамотрицательные неспороносные палочки, факультативные анаэробы, способные сбраживать глюкозу с образованием кислоты и газа при t 35-37°С в течение 24 часов.

Гигиеническое значение воды заключается в том, что вода входит в состав всех жидкостей и тканей человеческого тела, составляя около 65% всей его массы. Потеря воды опаснее для организма, чем голодание: без пищи человек может прожить больше месяца, без воды – всего лишь несколько дней. В воде растворяются важные для жизнедеятельности организма органические и неорганические вещества; она способствует электролитической диссоциации содержащихся в ней солей, кислот и щелочей, выполняет роль катализатора разнообразных процессов обмена веществ в организме.