VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Как избавиться от ржавчины?
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Благодаря ранее проведенной исследовательской работе «Как защитить металл от ржавления?», я изучил такое явление как ржавчина, причины её появления и методы защиты металлов от ржавления. Коррозия сопровождает все металлические предметы на протяжении всего срока их службы и зависит от условий внешней среды (вода, соль, кислота) и характера обработки поверхности (масляная краска, подсолнечное масло, цинк).
Следующим этапом наших исследований будет изучение способов очищения предметов от ржавчины в домашних условиях. Таким образом,
цель данной исследовательской работы: поиск способов очищения предметов от ржавчины.
Для достижения цели мы поставили следующие задачи:
1) изучить литературу на интересующую тему: способы очищения;
2) опытным путем предложить способы очищения от ржавчины;
4) провести анализ проведённых опытов;
5) сделать выводы.
В ходе работы выдвигаем гипотезу:
Допустим, что в домашних условиях можно очистить предметы от ржавчины.
Предмет исследования – ржавчина.
Объект исследования – способы очищения предметов (металлические предметы, ткань) от ржавчины.
Основная часть.
1.1. Способы очищения от ржавчины в промышленности.
Многие предметы материального мира, окружающие человека в повседневной и профессиональной деятельности, изготовлены из металла. Это станки, промышленное оборудование, автомобили и сельскохозяйственная техника, речные и морские суда, различные строительные конструкции и предметы быта. К сожалению, большой ущерб наносит самопроизвольное разрушение металлов вследствие коррозии.
Ржавление – необратимый процесс, поэтому при обнаружении очагов коррозии детали, механизмы и конструкции подлежат тщательной очистке и повторному нанесению защитных антикоррозионных покрытий. Например, окраске (ранее данная тема была рассмотрена в работе). Процесс удаления ржавчины с металла – сложная работа, которая требует значительных затрат.[1]
К традиционным способам очистки металла в промышленных масштабах относятся:
1. Ручная механическая очистка. Наиболее трудоемкий метод, связанный с обработкой поверхности изделий металлическими щетками, наждачной бумагой или абразивными кругами. Выполняется вручную или с использованием ручного электрического инструмента – углошлифовальных машин или дрелей с соответствующими насадками. Имеет множество недостатков, связанных с неконтролируемым истончением металла и высокой трудоемкостью.
2. Использование специальных химических средств, удобно и целесообразно применять только для работы с небольшими деталями сложной формы, либо изделиями с рифленой поверхностью – плохо поддающимися очистке механическим способом. Какие-либо составные предметы, содержащие неметаллические части, обрабатывать реактивами нельзя. Данный способ избавления от ржавчины опасен для персонала и наносит ущерб окружающей среде.
3. Электрохимия. Комбинированный способ, являющийся, по сути, усовершенствованным вариантом химического метода очистки. Обрабатываемую деталь помещают в раствор электролита, и подключают к источнику постоянного тока. Протекающий по цепи «деталь – электролит» ток способствует быстрому отделению пленки оксида железа (ржавчины) с поверхности изделий. К сожалению, погрузить в электролит можно далеко не все металлические детали.
4. Пескоструйный и дробеструйный способы, ультразвуковые ванны. Более современные способы удаления ржавчины. Также не лишены недостатков – струя песка или дроби истончает металл, а в ультразвуковых ваннах выгодно чистить только мелкие предметы.
5. Криобластинг или очистка сухим льдом. Технология криобластинга, которая предполагает очистку металлических поверхностей любой формы и размера струей гранул сухого льда, не только до предела упростила удаление последствий коррозии. Очистка ржавчины сухим льдом может выполняться со станков и технологического оборудования даже под напряжением – сухой лед не проводит электрический ток и не превращается в жидкость. При ударе о металл частички сухого льда моментально испаряются. Этот процесс сопровождается множеством локальных микровзрывов – мгновенным расширением высвобождающегося углекислого газа, что способствует отделению ржавчины и всех видов грязи с поверхности изделий.
Оценив масштаб ржавчины, специалисты выбирают тот или иной способ очистки. [2]
Проблема ржавчины встречается и в быту. Поэтому я решил провести ряд экспериментов по удалению ржавчины в домашних условиях:
2. Экспериментальная часть
2.1. Проблема ржавчины в быту. Это инструменты и материалы, это поверхности сантехники и ванных/туалетных комнат, и даже одежда.
Поэтому мы решили провести ряд экспериментов по удалению ржавчины в домашних условиях:
Очищение гвоздя рабочими инструментами.
Очищение столового ножа зубной пастой и пищевой содой.
Очищение болта столовым уксусом.
Очищение гайки щавельной кислотой.
Очищение ткани от следов ржавчины.
Очищение гвоздя с помощью бытовой химии.
Очищение гвоздя с помощью газированного напитка.
Очищение гвоздя с помощью лимонной кислоты.
2.2. Безопасность и меры предосторожности.
Так как в экспериментальной части предполагалась работа с разными растворами, опыты я проводил только в присутствии взрослых.
При проведении эксперимента я соблюдал меры предосторожности, следуя таким правилам:
1. При разбавлении концентрированных кислот необходимыми порциями приливать кислоту в воду.
2. Во время выполнения экспериментов необходимо обеспечивать проветривание комнаты.
3. Выполнять опыты над рабочей поверхностью (над столом), предварительно постелив скатерть.
4. Надеть защитные средства: фартук, перчатки.
5. После проведения экспериментов убрать рабочую поверхность и тщательно вымыть руки.
2.3. Серия экспериментов в домашних условиях.
Изучив литературу, я решил провести практические опыты, позволяющие очистить предметы от ржавчины в домашних условиях.
Подготовка к эксперименту (Приложение 1).
Инструменты и материалы:
- перчатки, фартук, клеенка на стол;
- банки с пробками;
- металлический предметы с признаками ржавления;
- носовой платок с ржавыми пятнами;
- растворы, материалы и инструменты для очищения;
- фотоаппарат.
Результаты наблюдений записывали в журнале (Приложение 2).
2.3.1. Эксперимент 1. Очищение ржавчины с гвоздя рабочими инструментами.
Необходимые инструменты и материалы: металлическая щетка и наждачная бумага.
Я узнал, что наждачная бумага (шлифовальная шкурка, наждачка)— гибкий абразивный материал, состоящий из тканевой или бумажной основы с нанесённым на неё слоем абразивного зерна (порошка). Предназначен для ручной и машинной обработки поверхностей различных материалов (металл, дерево, стекло, пластик) — удаления старой краски, подготовки поверхности для грунтовки и окраски, шлифование окрашенных поверхностей и пр. [2].
Ход эксперимента.
Верхний слой ржавчины снял металлической щёткой. Завершил работу наждачной бумагой, чтобы удалить следы царапины и остатки ржавчины.
Всё получилось. Гвоздь очищен от ржавчины, у него появился металлический блеск. Метод требует больших физических усилий и труда. (Приложение 3).
2.3.2 Эксперимент 2. Очищение ржавчины со столового ножа зубной пастой и пищевой содой.
Нам потребовались инструменты и бытовые вещества: зубная щётка, зубная паста и пищевая сода.
Пищевая сода — натриевая кислая соль угольной кислоты с химической формулой NaHCO3. В обычном виде — мелкокристаллический порошок белого цвета. Используется в промышленности, пищевой промышленности, в кулинарии, в медицине как нейтрализатор химических ожогов кожи и слизистых оболочек концентрированными кислотами и для снижения кислотности желудочного сока [2].
Ход эксперимента.
В стеклянной ёмкости смешал пищевую соду и зубную пасту. Получилась густая масса. Полученную массу распределил на всей поверхности ножа, оставил на 10 минут, затем, с помощью зубной щетки начал очищать нож до удаления следов ржавчины. Промыл нож в тёплой воде. Эксперимент удался. Нож блестит. Ржавчина отсутствует. (Приложение 4).
2.3.3.Эксперимент 3. Очищение ржавого болта столовым уксусом.
В эксперименте использовались стеклянная ёмкость (банка с крышкой), столовый уксус 50 мл и зубная щётка.
Уксус — продукт со значительным содержанием уксусной кислоты, бесцветная или слабо окрашенная прозрачная жидкость с резко-кислым вкусом и специфическим ароматом [2].
Ход эксперимента.
При проведении эксперимента требуется проветривание помещения и соблюдения техники безопасности.
В стеклянную ёмкость налил 50 мл столового уксуса. Поместил в жидкость болт. Оставил на 24 часа.
Через сутки обнаружил на дне банке осадок тёмно - коричного цвета. Вынул болт из банки, промыл в тёплой воде. После того, когда болт обсох, остатки ржавчины смахнул зубной щеткой (в местах резьбы). Всё получилось. Болт очищен от ржавчины и может использоваться по назначению (Приложение 5).
2.3.4.Эксперимент 4. Очищение ржавчины с гайки щавелевой кислотой.
В эксперименте использовались стеклянная ёмкость (банка с крышкой), столовый уксус 50 мл и зубная щётка.
Щаве́левая кислота — принадлежит к сильным органическим кислотам. В природе содержится в щавеле, ревене и некоторых других растениях в свободном виде [2].
Ход эксперимента.
При проведении эксперимента требуется проветривание помещения и соблюдение техники безопасности.
В стеклянную ёмкость налил 50 мл водопроводной воды, добавил ½ чайную ложку щавелевой кислоты (в виде белого порошка). Поместил в жидкость гайку. Оставил на 24 часа.
Обратил внимание, что цвет раствора изменился: в процессе опыта менял окраску от жёлтого до зелёного. Раствор стал мутным, что не позволило наблюдать за гайкой.
Через 24 часа вынул из раствора гайку. Она покрылась зеленым налётом. Под струёй тёплой воды промыл гайку с использованием зубной щётки. Высушил. Опыт удался, гайка очищена от ржавчины (Приложение 6).
Эксперимент 5. Очищение ткани от следов ржавчины.
В эксперименте использовались лимон и поваренная соль. Предмет очищения – носовой платок.
Ход эксперимента.
Носовой платок разложил на разносе, места со следами ржавчины обильно посыпал солью, затем оросил свежевыжатым соком лимона. Следы ржавчины исчезли. Прополоскал платок в воде. Высушил. Опыт удался. Платок чист (Приложение 7).
Эксперимент 6. Очищение гвоздя от ржавчины с помощью бытовой химии.
В эксперименте использовались стеклянная ёмкость (банка с крышкой), бытовая химия Comet 50 мл и зубная щетка.
Comet содержит в своем составе фосфорную и муравьиную кислоты.
Ход эксперимента.
При проведении эксперимента требуется проветривание помещения и соблюдение техники безопасности.
В стеклянную ёмкость налил 50 мл раствора Comet, погрузил в раствор гвоздь. Гвоздь погружён наполовину. Оставил на 24 часа.
Обратил внимание, что часть гвоздя, погружённая в раствор, покрылась мелкими мыльными пузырьками.
Через 24 часа вынул гвоздь из раствора. Промыл его под струёй тёплой воды. Высушил. Часть гвоздя, ранее погружённая в раствор, полностью очистилась от ржавчины. Опыт удался (Приложение 8).
Эксперимент 7. Очищение ржавчины с гвоздя с помощью газированного напитка.
В эксперименте использовались стеклянная ёмкость (банка с крышкой), Coca-Cola 50 мл.
Coca-Cola — безалкогольный газированный напиток. Есть мнение, что данный напиток содержит в своем составе вещества, способные растворять различные соединения, в том числе ржавчину.
Ход эксперимента.
В стеклянную ёмкость налил 50 мл напитка Coca-Cola, погрузил в раствор гвоздь. Гвоздь погружён наполовину. Оставил на 24 часа.
Отметил образование газов.
Через 24 часа вынул гвоздь из напитка. Промыл его под струёй тёплой воды. Высушил. Особых изменений не наблюдается. Гвоздь по-прежнему остался ржавым. Таким образом, данный способ для удаления ржавчины не годится (Приложение 9).
Эксперимент 8. Очищение гвоздя от ржавчины с помощью лимонной кислоты.
Данный эксперимент проводился в присутствии одноклассников в лицее «Синтон».
Нам потребовалась стеклянная ёмкость (банка с крышкой), вода 50 мл, лимонная кислота (порошок).
Лимонная кислота – кристаллическое вещество белого цвета. Лимонная кислота найдётся на кухне каждой хозяйки. Такой продукт широко распространён в быту, лимонкой отмывают сложные загрязнения, отбеливают вещи и стерилизуют банки. Сыпучий состав незаменим в процессе приготовления кондитерский изделий, мясных и рыбных блюд. Сегодня пакетик с порошком вы найдёте в любом магазине по сравнительно низкой цене.
Ход эксперимента.
В стеклянную ёмкость налил 50 мл воды, добавил 5 мг лимонной кислоты, погрузил в раствор гвоздь. Оставил на 24 часа.
Через 24 часа вынул гвоздь из раствора. Промыл его под струёй тёплой воды. Высушил. Следы ржавчины исчезли. Значит, лимонную кислоту можно использовать для удаления ржавчины (Приложение 10).
Заключение
Итак, закончив работу, делаем выводы:
В ходе работы мы провели ряд экспериментов, которые позволили очистить предметы от ржавчины в домашних условиях. Выдвинутая нами гипотеза в начале работы подтвердилась: в домашних условиях можно удалить ржавчину с бытовых предметов, ткани, кафеля (безрезультативным средством оказалась только Coca Cola).
Мы выявили, что одними из самых эффективных средств очистки от ржавчины являются сочетание лимон-соль, зубная паста-сода пищевая. А также лимонная кислота. Эти средства и самые безопасные, доступные в быту.
Таким образом, цель работы достигнута, задачи выполнены. Результаты наших экспериментов имеют практическую направленность.
Список литературы и электронных носителей:
Занимательные эксперименты и опыты/ (Ф.Ола и др.). – М.: АЙРИС-З-28 пресс, 2014.
https://ru.wikipedia.org/wiki/
Приложение 1
Приложение 2
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА
экспериментов
|
Способы очищения предмета (эксперимент) |
Результат |
Основные характеристики (от 1 до 5 баллов) |
|||||
|
Физический труд |
Время (1-24 ч.) |
Экономичность (10-100 руб.) |
Экологичность |
ИТОГО |
|||
|
1 |
Очищение гвоздя рабочими инструментами |
+ |
5 |
1 |
1 |
1 |
8 |
|
2 |
Очищение столового ножа зубной пастой и пищевой содой |
+ |
4 |
1 |
4 |
1 |
10 |
|
3 |
Очищение болта столовым уксусом |
+ |
1 |
4 |
2 |
5 |
12 |
|
4 |
Очищение гайки щавельной кислотой |
+ |
3 |
5 |
5 |
5 |
18 |
|
5 |
Очищение ткани от следов ржавчины с помощью лимона и соли |
+ |
1 |
3 |
3 |
1 |
8 |
|
6 |
Очищение гвоздя с помощью бытовой химии |
+ |
1 |
2 |
5 |
5 |
13 |
|
7 |
Очищение гвоздя с помощью газированного напитка |
- |
|||||
|
8 |
Очищение гвоздя с помощью лимонной кислоты |
+ |
1 |
5 |
1 |
2 |
9 |
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5
Приложение 6
Приложение 7
Приложение 8
Приложение 9
Приложение 10. Фото эксперимента в классе