IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Адсорбенты в военное и мирное время
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение. Актуальность темы
Идея создания проекта, направленного на изучение явления адсорбции веществ активированным углем, возникла у меня после того как у младшего брата заболел живот, и мама дала ему таблетку активированного угля, объяснив, что в желудке она будет действовать, как губка, впитывая в себя все вредные вещества (токсины). На уроках ОБЖ и химии я узнал, что в противогазах также используется активированный уголь, впитывая вредные вещества и газы.
В преддверии семидесятипятилетнего юбилея Великой Победы, я с руководителями решил выяснить роль активированного угля в событиях войны и мира.
Актуальность работы заключается в том, 2020 год объявлен в России Годом памяти и славы в ознаменование 75-летия Победы. Мы считаем важным объяснить подросткам роль явления адсорбции в военное и мирное время. Мирное время наступило благодаря Великой Победе русского народа.
Новизна исследования заключается в том, что много известных фактов имеется об использовании противогаза в Первую мировую войну и малая информированность – во Второй мировой.
Изучив литературу по вопросу «Явление адсорбции», я хочу убедиться на практике в том, что активированный уголь действительно обладает необычными и интересными свойствами.
Цель: изучить роль адсорбентов, сравнить адсорбционную способность активированного угля с другими адсорбентами, проанализировать полученные результаты.
Задачи:
Изучить литературу и Интернет источники по теме.
Провести анкетирование подростков.
Проанализировать полученные результаты
Провести эксперименты с различными адсорбентами.
Проанализировать полученные результаты
Сделать вывод по результатам работы.
Представить результаты исследования: оформить буклет, провести занятия с одноклассниками в НаукоЛаб МАОУ «Уватская СОШ», выложить ролик записи на сайт школы и в Интернет.
Объект исследования: различные адсорбенты.
Субъект исследования: сравнительный анализ адсорбционной способности адсорбентов.
Методы исследования:
анкетирование сверстников;
анализ полученных данных;
изучение литературы по теме;
сравнение полученной информации;
обобщение полученных данных.
Время проведения исследования: ноябрь 2019 - апрель 2020
Гипотеза: если вещества являются адсорбентами, то они обладают различными адсорбционными способностями, используемыми в военное и мирное время.
Результаты: буклет “Адсорбенты на службе войны и мира», занятие в НаукоЛаб школы, видеоролик.
Практическая значимость: результаты данной работы могут быть использованы на уроках, внеурочной деятельности по химии, истории, ОБЖ, имея метапредметную направленность, занятиях дополнительного образования в центре цифрового и гуманитарного профилей «Точка роста» и подготовки к экзаменам.
Глава 1. Изучение осведомленности сверстников
Прежде, чем исследовать адсорбционные свойства активированного угля в настоящей работе решил выяснить, что знают ученики моего класса об адсорбции. Я провел анкетирование своих сверстников и получил следующие результаты.
Из 21 опрошенных 2 (10 %) учащихся 8 класса слышали об адсорбции. Второй вопрос был«Какие лекарства используют при вздутии живота? Какое явление лежит в устранении эффекта вздутия?» 8 опрошенных ответили, что используют активированный уголь, остальные написали другие лекарства (например, были ответы: но-шпа, эспумизан и др.); 2 человека ответили какое явление лежит в устранении эффекта вздутия, 19 учащихся дали ответ «не знаю». Третий вопрос: «Что очищает воздух в противогазе?» 14 сверстников считают, что активированный уголь; 5 опрошенных предположили, что «вода» и 2 человека ответили «не знаю».
Таким образом, можно сделать вывод, что учащиеся, не имеют представление, что такое адсорбция, где используется явление адсорбции.
Глава 2. Анализ литературных источников
Слово «сорбция» пришло к нам из латыни. Соответствующий ему латинский глагол означает «поглощать». Вещество, которое удерживает на своей поверхности частицы, называется адсорбентом. Вещества, которые адсорбируются, являются адсорбатами.
Различают два основных типа сорбционных процессов: абсорбцию и адсорбцию. При абсорбции поглощаемое вещество улавливается всем объемом поглотителя, при адсорбции – только поверхностью.
Одним из распространенных адсорбентов является древесный уголь. Он хорошо адсорбирует различные газы, пары и растворенные вещества. Улучшить адсорбционные качества угля можно обработкой его перегретым паром, который удаляет из пор все загрязняющие вещества, увеличивая общую поверхность угля. Такой уголь называется активированным.
Наиболее раннее из исторических упоминаний об использовании углей, относится к Древней Индии, где в санскритских писаниях говорилось, что питьевую воду необходимо предварительно пропускать через уголь, выдерживать в медных сосудах и подвергать действию солнечных лучей.
В июне 1915 г. Н.Д. Зелинскому пришла мысль использовать уголь для защиты от газов. Он поставил ряд опытов, используя различные сорта углей, и обнаружил, что уголь действительно является мощным средством для поглощения ядовитых газов.
Глава 3. Адсорбенты в военное время
Прошло чуть более ста лет, со времени окончания Первой мировой войны, запомнившейся, в основном, ужасами массового применения химического оружия.
Однако, в начале напомним, что собой представляет химическое оружие. Это оружие массового поражения, действие которого основано на токсических свойствах отравляющих веществ (ОВ).
Германия первой нарушила имеющиеся договоренности и сначала в небольшом Болимовском сражении 1915 года, а затем и во второй по счету битве у местечка Ипр применила имеющееся у нее химическое оружие. Накануне запланированного наступления немецкие войска установили вдоль фронта более 120 батарей, снабженных газовыми баллонами. На сегодняшний день, применение иприта в битве при Ипре признанно одной из самых бесчеловечных акций в мировой истории, в результате которой погибло более 8 тысяч человек, остальные же выжившие, получившие разную дозу смертельного яда, остались искалеченными на всю жизнь.
Именно тогда великие умы советской науки начали разработку средства, способного противостоять различным отравляющим и ядовитым газообразным веществам.
Первый известный случай применения ОВ во Второй мировой войне произошёл 8 сентября 1939 года во время вторжения Вермахта в Польшу, когда польская батарея обстреляла батальон немецких егерей, пытавшийся захватить мост, минами с отравляющим веществом. Неизвестно, насколько эффективно солдаты Вермахта воспользовались противогазами, но их потери в этом инциденте составили 15 человек.
С конца 1941 года советская разведка начала получать данные об увеличении объемов производства ОВ в Германии. В 1942 году имелись достоверные разведданные о массовом разворачивании специальных химических вооружений, о проведении их интенсивного обучения. В феврале-марте 1942 года в войска на Восточном фронте начали поступать новые усовершенствованные противогазы и противоипритные костюмы, запасы ОВ (снаряды и авиабомбы) и химподразделения начали перебрасывать ближе к фронту. Такие части были обнаружены в городах Красногвардейск, Прилуки, Нежин, Харьков, Таганрог. В противотанковых подразделениях усиленно велась химическая подготовка.
Отказавшись от массового применения химического оружия на Восточном фронте, немцы не гнушались его применять в локальных масштабах на Черноморском побережье. Так, газ использовался в боях за Севастополь, Одессу, Керчь. Только в Аджимушкайских катакомбах было отравлено около 3 тысяч человек. Планировалось применить ОВ и в боях за Кавказ. Но фашистов быстро отогнали от гор. Трудно сосчитать, сколько жизней спас противогаз, и не только человеческих. Были созданы противогазы для собак и лошадей.
Глава 4. Адсорбция в мирное время
Адсорбция играет важную роль во многих природных процессах, таких, как обогащение почв и образование вторичных рудных месторождений. Именно благодаря адсорбции осуществляется первая стадия поглощения различных веществ из окружающей среды клетками и тканями биологических систем, функционирование биологических мембран, первые этапы взаимодействия ферментов с субстратом, защитные реакции против токсичных веществ. Многие адсорбенты (активный уголь, каолин, иониты) служат противоядиями, поглощая и удаляя из организма вредные вещества.
В промышленности адсорбцию осуществляют в специальных аппаратах - адсорберах; применяют для вредных отходов производства, используется для сбора разливов нефти и нефтепродуктов с водных и твердых поверхностей. Бытовые фильтры для очистки воды - это тоже применение адсорбции.
Адсорбенты присутствуют в разнообразных процессах, в числе которых, например, кондиционирование воздуха или транспортировка природного газа по трубопроводам.
В настоящее время активированные угли являются одними из лучших фильтрующих материалов. Адсорбционные свойства активированного угля используется в промышленности для разделения газовых смесей и улавливания паров ценных органических растворителей. Разделение газовых смесей и низших углеводородов с применением активированного угля осуществляется в газовой хроматографии. Уголь обесцвечивает и осветляет растворы, содержащие примеси окрашенных веществ. Этот метод очистки широко применяется в сахарорафинадном, винном и спирто-водочном производствах.
Очистка патоки, растительных масел и животных жиров, улучшение оттенка многих красителей, обезвреживание сточных вод также производится адсорбцией активированным углем.
Активированный уголь применяют также в качестве носителя различных катализаторов. Использование активированного угля улучшает распределение и предотвращает спекание катализаторов. Этим достигается и экономия дорогих каталитических добавок (платины, палладия и др.).
В медицинской практике активированный уголь применяют при желудочно-кишечных заболеваниях и отравлениях для поглощения вредных веществ.
Мы решили выяснить: на чем основана заслуга активированного угля?
Глава 5. Экспериментальная часть
«Сравнение адсорбирующей способности различных адсорбентов».
Перед началом работы я ознакомился с правилами техники безопасности.
В настоящей работе в качестве объектов исследования, были выбраны энтеросорбенты домашней аптечки: уголь активированный, лактофильтрум, полисорб и обычный древесный уголь.
Оборудование: активированный уголь, древесный уголь, лактофильтрум, полисорб, калий перманганат, раствор бриллиантового зелёного (зеленка), раствор йода, газированный напиток «Coсa-Cola», вода, мерный цилиндр, стаканы.
Опыт 1. “ Поглощение запаха различными адсорбентами”.
Цель работы: изучить адсорбцию различными адсорбентами запаха.
Этот эксперимент был сделан для того, чтобы проверить, какие адсорбенты (которые можно купить в обычной аптеке) лучше справятся с устранением едкого запаха освежителя воздуха. В пронумерованные пробирки я распределил адсорбенты и брызнул 1 раз освежитель. Но для того, чтобы это вещество не улетучилось, я закупорил горлышки пробирок ваткой. После определял, где запах уменьшился (соблюдая правила ТБ).
Этот эксперимент показал, что лучшим устранителем запаха является активированный уголь.
Опыт 2. «Адсорбция различных веществ из растворов»
Цель работы: изучить адсорбцию различных веществ из растворов.
Ход работы: В химический стакан, мерным цилиндром отмерили по 5 мл 0,01% -х растворов – перманганата калия, бриллиантового зеленого, йода, газированного напитка «Coсa-Cola». В каждый стакан внесли по 0,25г растертого активированного угля. После взбалтывания смеси дали отстояться в течение 1 и 2 часов. Результаты отражены в приложении 1.
Вывод:при проведении исследовательских экспериментов я удостоверился, что лучшие адсорбирующие свойства проявил древесный и активированный уголь. Лактофильтрум, полисорб частично справились с поставленными задачами. Раствор бриллиантового зеленого адсорбируется лучше всего. Худшим адсорбатом оказалась «Coсa-Cola».
Глава 6. Заключение
После того, как был проведен опрос сверстников, была изучена литература по теме исследования, проведен эксперимент, мы подвели итоги.
Мы убедились на практике, что активированный уголь действительно обладает необычными адсорбирующими свойствами. Именно, основываясь на знаниях об активированном угле, Н.Д. Зелинский изобрел противогаз, тем самым спас много человеческих жизней. На карте знаний о Великой Отечественной войне еще много «белых пятен».
При сравнении адсорбирующей способности различных адсорбентов без всякого сомнения, искусственные адсорбенты имеют очень хорошую поглотительную способность. Но всё-таки человечество постоянно совершенствуясь в различных сферах, имеет очень малый шанс найти более сильный поглотитель, чем активированный уголь.
Результатом исследования является буклет “Адсорбенты на службе войны и мира», проведенное для одноклассников практическое занятие в НаукоЛаб школы, снятый видеоролик размещен на Ютуб.
Таким образом, изучая химию, я надеюсь, продолжить расширять свои знания и узнавать больше о свойствах составляющих предметов окружающего мира.
Литература
И.Г. Хомченко. Общая химия: Учебник. - М.: ООО "Издательство Новая Волна", 1997– 464с.
Энциклопедический словарь юного химика. Сост. В.А. Крицман, В.В. Сиацко. – М.: Педагогика, 1982. – 368 с., ил.
Справочник по элементарной химии. Под редакцией академика АН УССР А.Г. Пилипенко. Издательство "Наукова думка". Киев, 1985
Книга для чтения по химии. Ч.I./Сост. К.Я. Парменов и Л.М. Сморгинский - 2-е изд., перераб. - М., "Учпедгиз", 1955.
Л.Д. Вишневский. Под знаком углерода. Элементы IV группы периодической системы Д.И. Менделеева. Пособие для учащихся. М., «Просвещение», 1974.
Приложение 1.
Опыт: «Обесцвечивание раствора калия перманганата»
Приготовил раствор калия перманганата и разлил в 5 стаканов по 50 мл.
1-й стакан оставил контрольный, во 2-й стакан добавил - 3 таблетки активированного угля, в 3-й стакан - 3 таблетки лактофильтрума, в 4-й - полисорб, в 5-й - древесный уголь.
Результаты эксперимента
Начало эксперимента
Через 1час
Через 2 часа
Через 2 часа я наблюдал, что раствор в стаканчике №2 и № 5 стал светлее, №3 – изменил цвет, № 4 – остался без изменений. Лучшие адсорбирующие свойства показал древесный уголь и активированный уголь.
Опыт: «Обесцвечивание раствора бриллиантового зелёного»
Приготовил раствор бриллиантового зеленого и разлил в 5 стаканов по 50 мл.
1-й стакан оставил без изменений, во 2-й стакан добавил - 3 таблетки активированного угля, в 3-й стакан - 3 таблетки лактофильтрума, в 4-й стакан – полисорб, в 5-й стакан - древесный уголь.
Результаты эксперимента
Начало эксперимента
Через час
Через два часа
Через 2 часа я наблюдал, что раствор в стаканчике №2 и № 5 стал светлее, №3 – изменил цвет, № 4 – остался без изменений. Лучшие адсорбирующие свойства показал древесный уголь и активированный уголь.
Опыт: «Обесцвечивание раствора йода»
Приготовил раствор йода и разлил в 5 стаканов по 50 мл.
1-й стакан оставил без изменений, во 2-й стакан добавил - 3 таблетки активированного угля, в 3-й стакан - 3 таблетки лактофильтрума, в 4-й стакан – полисорб, в 5-й стакан - древесный уголь.
Результаты эксперимента
Начало эксперимента
Через час
Через два часа
Через 2 часа я наблюдал, что раствор в стаканчике № 5 стал светлее, №2 и №3 – изменил цвет, № 4 – стал мутный. Лучшие адсорбирующие свойства показал древесный уголь.
Опыт: «Обесцвечивание газированного напитка «Coсa-Cola»
Приготовил раствор йода и разлил в 5 стаканов по 50 мл.
1-й стакан оставил без изменений, во 2-й стакан добавил - 3 таблетки активированного угля, в 3-й стакан - 3 таблетки лактофильтрума, в 4-й стакан – полисорб, в 5-й стакан - древесный уголь.
Результаты эксперимента
Начало эксперимента
Через час
Через два часа
Через 2 часа я наблюдал, что раствор стаканчиках остался без изменений.
Адсорбенты не проявили свои свойства