XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование кристаллов замёрзшей воды с добавлением разных примесей и влияние этих веществ на скорость таяния льда

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Савельев Т.В. 1

---

1МАОУ "Средняя общеобразовательная школа №14" г. Кемерово

Ухова С.А. 1

---

1МАОУ "Средняя общеобразовательная школа №14" г. Кемерово

Работа в формате PDF

2.6 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы:

С наступлением зимы дорожки, по которым мы ходим, становятся скользкими из-за того, что при потеплении снег тает, а при похолодании опять застывает, превращаясь в лёд. Этот лёд очень опасен, на нём можно поскользнуться и упасть.

Для того чтобы люди не падали, лёд посыпают солью, а также продуктами химической промышленности. Лёд начинает таять, появляется асфальт или земля, в результате чего ходить становится намного удобнее. Преимущество этого метода заключается в быстром таянии льда.

Однако применение соли и химических веществ (реагентов) наносит существенный вред окружающей среде. Эти вещества попадают в почву, реки и озёра вместе с растаявшим снегом. Агрессивный раствор убивает всё живое на своём пути, страдают животные.

Если соль помогает льду быстрее таять, возможно есть другие вещества, имеющие такие же свойства. Мне стало интересно, как влияют на таяние льда разные примеси и можно ли найти такое вещество, чтобы лёд таял быстро и не наносил вреда окружающей среде.

Проблема: Применение для борьбы с гололёдом вредных для окружающей среды веществ: соли и химических реагентов.

Цель: исследовать кристаллы замёрзшей воды с примесями веществ, находящимися под рукой и определить, влияют ли эти вещества на скорость таяния льда.

Задачи:

- определить различается ли структура замёрзшей воды в зависимости от примесей;

- проверить, влияют ли эти вещества на скорость таяния льда;

- определить за какое время растают одинаковые по размеру кубики льда с разными примесями.

Значимость исследования:

В случае если результатами работы подтвердится предположение, что разные вещества по-разному влияют на скорость таяния льда, это будет служить основой для будущего исследования - чем можно заменить соль и химические реагенты для борьбы с гололёдом без вреда для окружающей среды.

Краткий обзор литературы:

Электронные ресурсы.

1. БОРЬБА С ГОЛОЛЁДОМ

Всё началось с того, что мне купили микроскоп. И я очень хотел посмотреть что-нибудь интересное с помощью него. Однажды я пришёл домой и увидел белые разводы на обуви. Я спросил у папы, отчего они. Папа ответил, что это соль, которой посыпают дорогу, чтобы таял лёд. Я заинтересовался, почему лёд тает под воздействием соли и других веществ.

Гололёд – это природное явление, которое встречается на улицах и во дворах нашего города в холодное время года. Гололёд может быть очень опасен, как для пешеходов, так и для автомобилистов.

Люди пытаются бороться с этим явлением по-разному. Для защиты от ледяной корки применяются песок, соль, щебень, а также продукты химической промышленности. Чаще всего используют соль, потому что она доступна для всех (продаётся в магазинах и имеет низкую стоимость). Кроме того, лёд от соли быстро тает, появляется асфальт, бетон, плитка, земля. В результате чего людям становится удобно ходить.

Преимущество этого метода заключается в быстром таянии льда. Однако применение соли и химических реагентов наносит существенный вред окружающей среде. Эти вещества попадают в почву, в реки и озёра вместе с растаявшим снегом. Агрессивный раствор наносит вред растениям, загрязняет почву, от него гибнут животные.

А можно ли для борьбы с гололёдом применить такое вещество, которое не будет наносить вред природе? Что это за вещество? Как его найти? Сейчас для меня это слишком сложные вопросы. И я решил для начала исследовать замёрзшую воду с разными примесями в домашних условиях и проверить, какие из этих веществ, влияют на таяние льда.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ ЗАМЁРЗШЕЙ ВОДЫ

Чтобы разобраться в интересующем меня вопросе, папа предложил провести эксперимент с кубиками льда и узнать, какие вещества влияют на таяние льда, но сначала при помощи микроскопа посмотреть на кристаллы замёрзшей воды с разными примесями.

Я начал искать, что можно добавить в воду из того, что есть в каждом доме и выбрал семь веществ. Я взял: сахар, поваренную соль, растительное масло, фильтрующий порошок «Полисорб» (в качестве химического вещества), мыло, марганцовку и лимонный сок (Фото 1).

Фото 1

Кроме разных веществ, я решил взять чистую воду для эксперимента. Всем образцам были присвоены номера.

После этого я заморозил чистую воду отдельно, а также воду с разными примесями по капельке на специальных стеклышках микроскопа, для того чтобы посмотреть, как выглядят кристаллы замёрзшей воды с той или другой примесью и чем отличается их структура.

Д ля изучения замерзших образцов я использовал микроскоп с увеличением 1000 – 1200 крат. Сначала я начал смотреть образцы в комнате, но они быстро таяли (Фото 2). И пришлось повторить эксперимент на балконе.

Фото 2

И вот что я увидел. Фотографии я делал на телефон прямо через окуляр микроскопа (Фото 3).

Образец №1 чистая вода (Фото 3)

Вода без всяких примесей (Фото 3). Пузырьки воздуха равномерно распределены по всей капле воды. Пузырьки воздуха мелкие, их много.

Образец №2 вода с сахаром (Фото 4)

Вода с добавлением сахара (Фото 4). Пузырьки воздуха во много раз крупнее и интереснее, чем у образца с чистой водой. Похоже на поверхность неизвестной планеты.

Образец №3 вода с солью (Фото 5)

Вода с добавлением соли не имеет четкой структуры (Фото 5). Пузырьки воздуха не видны. Выглядит, как гладкая поверхность.

Образец №4 вода с растительным маслом (Фото 6)

Вода с добавлением растительного масла (Фото 6). Пузырьки воздуха разного размера. Структура образца неоднородная, похожа на невысокие горы или скопление шариков под тканью.

Образец №5 вода с фильтрующим порошком «Полисорб» (Фото 7)

Вода с добавлением фильтрующего порошка «Полисорб» (Фото 7). Пузырьки воздуха среднего размера. Структура неоднородная, похожа на орехи в глазури.

Образец №6 вода с мылом (Фото 8)

Вода с добавлением мыла (Фото 8). Пузырьки воздуха имеют четкие грани и похожи на камешки. Размер примерно одинаковый. Напоминает булыжную мостовую.

Образец №7 вода с марганцовкой (Фото 9)

Вода с добавлением марганцовки (Фото 9). Пузырьки воздуха мелкие. Расположены неоднородно. Видны замерзшие красные прожилки. Очень загадочно и интересно выглядит этот образец. Похоже на застывшую лаву вулкана.

Образец №8 вода с лимонным соком (Фото 10)

Вода с добавлением лимонного сока (Фото 10). Явно выраженные пузырьки воздуха отсутствуют. Структура похожа на гладкий камень. Образец похож на образец с солью.

Из увиденного можно сделать вывод, что добавление разных примесей в воду однозначно меняет ее структуру при замораживании.

3. ЭКСПЕРИМЕНТ С КУБИКАМИ ЛЬДА

После этого я приступил ко второй части моего исследования. Я решил проверить, как влияют примеси на скорость таяния льда.

Для этого я взял один образец чистой воды и семь с разными примесями: сахар, поваренная соль, растительное масло, фильтрующий порошок «Полисорб», мыло, марганцовка и лимонный сок.

Залил образцы в форму для льда и поставил в морозильник на ночь (Фото 11). Предварительно я составил схему расположения образцов в форме для льда (Фото 12).

Фото 11 Фото 12

Утром я достал образцы, разложил по отдельным тарелочкам и оставил таять. При этом я засекал время, за которое они растают. Каждые 5 минут я фотографировал состояние всех кубиков.

Что же мне удалось зафиксировать. Результаты вы можете видеть в таблице.

Эксперимент показал, что разные примеси влияют на скорость таяния льда. Быстрее всех растаял образец с солью (25 минут). Затем образцы с лимонной кислотой, с растительным маслом и с сахаром (30 минут). Через 35 минут растаял образец с марганцовкой. Позже всех растаяли образцы с фильтрующим порошком «Полисорб» и мылом (40 минут).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проделанной работы я сделал следующие выводы:

1. Наличие примесей меняет структуру замороженной воды. Это хорошо видно в микроскоп.

2. Наличие примесей влияет на скорость таяния льда.

3. Соль значительно ускоряет процесс таяния льда. Именно поэтому она применяется дворниками при борьбе с гололёдом.

4. Предположение о том, что разные примеси по-разному влияют на скорость таяния льда, оказалось верным.

Поставленные задачи выполнены, цель работы достигнута. Мои исследования оказались интересными и подтвердили возможность найти безвредное для окружающей среды вещество для борьбы с гололёдом. Когда я вырасту, это станет основой для моих будущих исследований.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Аргументы и факты [Электронный ресурс] : Соль и крошка. Как борются с гололёдом в других странах? Режим доступа: https://aif.ru/auto/roads/sol_i_kroshka_kak_boryutsya_s_gololedom_v_drugih_stranah – статья в интернете.

2. Werton [Электронный ресурс] : Как бороться с гололёдом. Москва. Режим доступа: https://werton.ru/newsline/articles/kak-borotsya-s-gololedom.

3. Экосфера [Электронный ресурс] : Реагенты на дорогах: вред или
   необходимость? Режим доступа: https://ecosphere.press/2023/10/16/reagenty-vred-ili-spasenie/