V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Измерение влажности воздуха с помощью индикатора изготовленного на основе солей кобальта

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ефремов  Д.Ю. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №9 г.Лесосибирска»

Божедомова  Н.А. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №9 г.Лесосибирска»

Работа в формате PDF

96.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Можно ли измерить влажность воздуха без физических приборов. Да можно. Определить влажность атмосферного воздуха можно на основании свойства солей кобальта и никеля изменяться в окраске, в различных условиях. Я остановился в своей работе на изучении свойств хлорида кобальта. В ходе работы выявились новые данные о свойствах этого вещества. Предлагаемая к исследованию проблема актуальна и интересна мне, так как предполагает проведение химического эксперимента и критическое осмысление полученной информации. Мы предлагаем приготовить индикаторную бумагу на основе солей кобальта, и использовать ее для визуального контроля влажности среды.

Актуальность: влажность воздуха один из важнейших параметров атмосферы, который определяет насколько комфортно чувствует себя человек на данный момент, в каком – либо помещении.

Гипотеза исследования: Измерить влажность воздуха можно с помощью индикаторной бумаги изготовленной из солей кобальта.

Практическая направленность: рекомендации по проведенной работе распространить среди учителей моей школы; на родительских собраниях ознакомить родителей с результатами эксперимента.

Цель работы: изготовить индикаторную бумагу на основе солей кобальта для измерения влажности воздуха.

Задачи:

изучить свойства солей кобальта

изготовить индикаторную бумагу на основе солей кобальта

измерить влажность воздуха кабинетах школы (биология, химия), и найти среднее значение относительной влажности за выбранный период времени;

сравнить результаты с оптимальными параметрами (согласно нормам СанПиН);

Проблема исследования: необходимость выявления влажности воздуха в разных помещениях нашей школы.

Методы исследования: наблюдение, эксперимент, изучение литературы по данной теме.

I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Влияние уровня влажности на здоровье и самочувствие человека

Известно, что ощущение холода и тепла зависит от потока ветра, температуры и влажности воздуха. Условия комфортности для каждого человека свои. Температура окружающей среды, зависимая и от влажности воздуха, оказывает значительное влияние на человека. Влажность – мера содержания водяных паров в воздухе. Относительная влажность – отношение количества воды, содержащегося в воздухе при данной температуре, к максимальному количеству воды, которое может содержаться в воздухе при данной температуре в виде пара. Относительная влажность показывает, сколько еще влаги не хватает: чтобы при данных условиях началось превращение пара в жидкость (конденсация). Вода жизненно необходима организму в большей степени, чем все остальное, за исключением кислорода. Следует помнить, что существует три агрегатных состояния воды и в любом виде вода важна для здоровья человека. Вода - важнейшая составляющая среды нашего обитания. После воздуха, вода второй по значению компонент, необходимый для человеческой жизни. Насколько важна вода, свидетельствует тот факт, что ее содержание в различных органах составляет 70 - 90%. С возрастом количество воды в организме меняется. Трехмесячный плод содержит 90% воды, новорожденный 80%, взрослый человек - 70%. Вода присутствует во всех тканях нашего организма, которому очень важно получать чистую воду со сбалансированным минеральным составом. Лед – твердое состояние воды. Его используют в медицине при ушибах, вывихах, гематомах и в других случаях, а также в кулинарии. При правильном замораживании и размораживании воды можно получить талую воду. Вода талая очень полезна. По своей структуре она схожа с водой, входящей в состав крови и клеток. Поэтому ее применение освобождает организм от дополнительных энергетических затрат на структурирование воды. Она эффективна при лечении атеросклероза, очищает организм от шлаков, повышает его защитные силы, стимулирует механизмы размножения, способствует омоложению организма. В воздухе всегда есть водяной пар. Он образуется в результате испарения воды с поверхностей океанов, морей, озер, водохранилищ, рек и других водных поверхностей. От количества водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит погода, самочувствие человека, функционирование многих его органов, жизнь растений, а также сохранность технических объектов, архитектурных сооружений, произведений искусства. Поэтому очень важно следить за влажностью воздуха, уметь измерять ее.

Основные характеристики влажности воздуха (% соотношение):

Воздух с влажностью:

до 55% считается сухим,

от 56%-70% умеренно сухим,

от 71%-85% умеренно влажным,

свыше 85% сильно влажным.

Идеальная влажность в жилом помещении 40-60%. Когда окружающая среда имеет температуру более высокую, чем температура тела человека, происходит сильное потоотделение. Обильное выделение пота ведет к охлаждению организма, что является нагрузкой на организм.

1.2 Роль процессов испарения для организма человека

Испарение – это наиболее легко регулируемый способ уменьшения внутренней энергии. Различные условия, затрудняющие испарение, нарушают регулирование теплоотдачи организма. Так, кожаная, резиновая, клеенчатая синтетическая одежда затрудняет регулировку температуры тела.

Для терморегуляции организма важную роль играет потоотделение, оно обеспечивает постоянство температуры тела человека или животного. За счет испарения пота уменьшается внутренняя энергия, благодаря этому организм охлаждается.

Нормальным для жизни человека считается воздух с относительной влажностью от 40 до 70%. Когда окружающая среда имеет температуру более высокую, чем тело человека, то происходит сильное потоотделение. Обильное выделение пота ведет к охлаждению организма и помогает работать в условиях высокой температуры. Однако такое активное потоотделение является значительной нагрузкой для человека. Если еще при этом абсолютная влажность высока, то жить и работать становится еще тяжелее (влажные тропики, некоторые цеха, например красильные, русская баня).

Относительная влажность ниже 40% при нормальной температуре воздуха тоже вредна, так как приводит к усиленной потере влаги организмом, что ведет к его обезвоживанию.

1.3 Приборы для определения влажности воздуха

Относительную влажность можно измерить с помощью специального прибора – психрометра

Психрометр состоит из двух термометров, шарик одного из них обмотан тканью, нижние концы которой опущены в сосуд с водой. Но при испарении жидкости ее температура понижается. Чем суше воздух (меньше его относительная влажность), тем интенсивнее испаряется вода из влажной ткани и тем ниже ее температура. Следовательно, разность показаний сухого и влажного термометров (так называемая психрометрическая разность) зависит от относительной влажности воздуха. Зная эту разность температур, определяют относительную влажность воздуха по специальным психрометрическим таблицам.

Конденсационный гигрометр определяет точку росы по температуре охлаждаемого металлического зеркальца в момент появления на нем следов воды (или льда), конденсирующейся из окружающего воздуха. Он состоит из устройства для охлаждения зеркальца, оптического или электрического устройства, фиксирующего момент конденсации, и термометра, измеряющего температуру зеркальца. В ряде конструкций металлический сосуд, наполненный эфиром, охлаждают (вызывая продуванием воздуха усиленное испарение эфира) и следят за появлением на отполированной стенке капель воды. По термометру, вставленному внутрь сосуда, отмечают температуру, при которой это происходит. Эта температура является точкой росы при данном содержании водяного пара в воздухе. По точке росы находят соответствующую ей упругость пара.

Волосной гигрометр

Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100 %. Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы.

Свойства солей кобальта

Кобальт не имеет собственных породообразующих минералов. Тем не менее, кобальт необходим не только для животных, но в настоящее время доказана его полезность и для высших растений. Основную функцию кобальта связывают с его участием в фиксации атмосферного азота в клубеньках бобовых и не бобовых растений. Применяют кобальт: в метеорологии для изготовления индикаторной бумаги, с помощью которой определяют атмосферную влажность; для протравы при крашении тканей, как микродобавки в корм скоту, пчелам; для получения катализаторов в органическом синтезе. Используются соли кобальта для контроля качества сварных швов тепловых труб и резервуаров, заполненных аммиаком для обнаружения утечек аммиака. На контролируемый участок накладывают фильтровальную бумагу, смоченную индикаторным раствором хлорида кобальта (CoCl₂*6H₂O). Место течи аммиака определяют по появлению пятен или точек, окрашенных в цвет от голубого до сине-фиолетового, почти черного, в зависимости от количества поступившего аммиака. При влажности 89,4% кристаллы превращаются в темно красную жидкость, произведя расчеты, мы получили примерный состав ее: СоСl₂*4Н₂О.

II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Методика и результаты исследования

Цель эксперимента: определение влажности воздуха в кабинетах 3-8, 3-9 (химия, биология).

Оборудование: школьный психрометр, индикаторная бумага, изготовленная на основе солей кобальта со степенью окисления +2.

Порядок выполнения измерений:

Химический эксперимент проводился в период с 15 ноября 2017 по 1 декабря 2017 года. На первом этапе Мы использовали для определения влажности воздуха соли кобальта, никеля и меди. Но желаемых результатов с солями никеля и меди не получили и для эксперимента оставили только соли кобальта. Соли меди не имеют высокой гигроскопичности и не имеют широкого спектра изменения цвета кристаллогидратов. Соли никеля в школьной лаборатории оказались просроченные, поэтому опыты с ними не проводили.

В работе мы использовали соли хлорида кобальта (II) так как он гигроскопичен. Известны кристаллогидраты CoCl₂*nН₂О (n=1, 2, 4, 5, 6).

Сине-фиолетовый моногидрат - CoCl₂*Н₂О (устойчив на воздухе до 110⁰C, т. пл. 335⁰C), фиолетовый дигидрат - CoCl₂*2H₂O (устойчив до 90⁰C, т. пл. 206⁰C),

темно-красный тетрагидрат - CoCl₂*4H₂O,

красный пентагидрат - CoCl₂*5H₂O,

розовый гексагидрат - CoCl₂*6H₂O.

В работе использовали способ приготовления индикатора влажности, состоящий в пропитке фильтровальной бумаги, водным раствором хлорида кобальта (СоС1₂) с последующим ее высушиванием. Для дополнительной чувствительности индикатора в раствор добавляли бром водородную кислоту.

Для изготовления индикаторной бумаги мы приготовили 20% раствор хлорида кобальта (II), после чего добавил к нему бром водородной кислоты. Затем вымочив в этом растворе фильтровальную бумагу, оставили ее в кабинете химии (3-8) и кабинете биологии (3-9) на два часа. Для достоверности данных измеряли влажность воздуха с помощью психрометра и соотносили показания. Все показания занесли в таблицу:

Вывод: Из полученных данных следует, что возможно создать образец, по окраске которого можно судить об относительной влажности окружающего воздуха с достаточной точностью в широких пределах значений. В настоящее время проводятся исследования, связанные с построением индикаторной шкалы для готовых образцов, по которой можно определить значение ОВВ с точностью до 5%.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Неницеску К., Общая химия, 671 (2008)

ИСТОЧНИКИ, ПРЕДСТАВЛЕННЫЕ В Internet

2. http://uvlazhnit.ru

3. http://pasaw.ucoz.com

4. http://yandex.ru/images

5. http://class-fizika.narod.ru

6. http://www.kakprosto.ru

7. http://www.0zn.ru/

8. http://yandex.ru/clck/jsredir

9. http://vorum.ru/questions/9855

10. http://festival-centre.ucoz.ru/publ/13-1-0-146

11.http://www.physbook.ru/index.php/GSA._Роль_испарения

11