Влияние соли на воду
Однажды мы написали настоящую научную статью со старшим ребенком, когда она училась в первом классе. Все было по взрослому: анализ, эксперимент и выводы. Получилось достойно. Я иногда свои статьи не так тщательно оформляю. Считаю, что этот научный труд обязательно должен увидеть свет.
Введение
Если наступает зима и температура опускается ниже нуля, то вся вода замерзает. Вместо дождя начинает идти снег. А на дорогах появляется лед, на котором можно поскользнуться.
Когда я шла из школы домой, у меня возник вопрос: «Почему снег и лед тают, если дороги посыпают реагентами?»
Цель работы выяснить как влияет соль на таяние льда и почему он начинает таять даже при температуре ниже нуля.
В ходе работы необходимо проверить следующее предположение: «Соль снижает температуру замерзания воды».
Для того, чтобы достичь цели работы поставлены следующие задачи:
- изучить данные о трех состояниях воды и о реагентах, которыми посыпают дороги;
- проверить опытным путем влияет ли соль на таяние льда;
- подготовить и провести эксперимент, позволяющий оценить как соль изменяет температуру замерзания воды;
- провести сравнительный анализ свойств воды с разным содержанием соли;
- сделать выводы по результатам экспериментов.
В ходе работы планируется применить следующие методы исследования:
- изучение литературы и других источников информации;
- проведение эксперимента с измерением температур;
- анализ и сравнение результатов измерений.
Три состояния воды
Мы привыкли, что вода — это прозрачная жидкость без цвета и вкуса. Но она бывает и твердой, и газообразной. Лед и снег — это тоже вода. А в воздухе всегда есть вода в виде пара.
Вода может быть в трёх состояниях: жидком, газообразном (пар, туман) и твёрдом (лёд, снег, град, иней).
Состояние воды зависит от температуры. Если на улице тепло, то вода жидкая. На морозе вода замерзает и превращается в лёд. А при нагревании она испаряется и становится водяным паром. [1]
Превращение жидкой воды в лёд происходит при температуре ниже 0 градусов. Это замерзание. Лед начинает таять, если температура выше 0 градусов. Происходит таяние льда.
Превращение жидкой воды в пар — это испарение. Испарение происходит при любой температуре, а полностью вода становится газообразной, если температура выше 100 градусов. Водяной пар превращается в жидкую воду при температуре ниже 100 градусов. Процесс называется конденсация. [2]
Чем посыпают дороги
Еще в позапрошлом веке дороги в России посыпали солью, чтобы бороться со льдом. Сохранились документы 1868 года, где поднимался вопрос отказа от этого метода борьбы с гололедом. Основная причина — вред для копыт лошадей. [3]
Активно борьбу со льдом на дорогах в нашей стране начали вести еще 100 лет назад. В то время для этой цели использовали смесь песок, гранитную или мраморную крошку. Позже песок стали смешивать с солью. Эта смесь оставалась основным противогололедным материалом вплоть до 1960 года. А в 1995 году было принято решение о преимущественном использовании в качестве противогололедного материала чистой технической соли. Но превышение количества соли, соответствующего требованиям безопасности, вызывает вредное воздействие на окружающие объекты. [4]
От соли портятся обувь и одежда, ржавеют машины, разрушаются бетонные сооружения. Она разъедает лапы животных и у некоторых людей может вызывать аллергические реакции. [5]
В разных городах России используют различные реагенты для борьбы со льдом на дорогах. Они могут быть жидкие или твердые, для дорог и тротуаров или для скоростных трасс, для применения при заморозках или при сильных морозах. В настоящее появляются новые реагенты. Они содержат добавки, которые снижают вред, наносимый солью окружающей среде. Но все равно все реагенты для растапливания льда содержат соль хоть и в разных количествах. [6]
Подготовка к эксперименту
Существует мнение, что соль изменяет температуру замерзания и закипания воды. [7] Соль взаимодействует со льдом и понижает температуру его таяния. Для того, чтобы проверить это предположение проведен ряд экспериментов.
Для проведения эксперимента использованы следующие материалы: вода, лед, соль. Чтобы измерять количество соли и воды применяются весы Redmond RS-724.
В экспериментах необходимо измерять температуру воздуха, воды и льда. Для этого использованы следующие приборы: телефон Cat S60 с тепловизором FLIR Lepton, и термометр Fluke 971 и пирометр Fluke 561 с контактным термометром. Внешний вид приборов приведен на рисунке 1.
Взаимодействие соли и льда
Первый эксперимент позволяет понять действительно ли соль вызывает таяние льда. Для этого в морозильной камере с температурой воздуха — 21 градус заготовлен лед. Когда лед остыл до температуры морозильной камеры, на него насыпали соль.
В ходе наблюдений за взаимодействием соли и льда отмечено, что реакция начала происходить незамедлительно и очень активно: соль впитывала влагу со льда, лед начал с шумом трескаться и через минуту на поверхности льда образовалась пленка из жидкости. В течение часа взаимодействие соли со льдом происходило в морозильной камере и в результате количество жидкости на поверхности льда увеличилось, а часть льда растаяла.
Таким образом, взаимодействие соли и льда приводит к его таянию даже при отрицательных температурах.
Влияние соли на воду
Второй эксперимент позволяет оценить как соль изменяет температуру замерзания воды.
Для этого приготовлены различные растворы соли в воде и помещены в морозильную камеру, как показано на рисунке 2.
В ячейках емкости растворы расположены по возрастанию слева на право количества соли, содержащейся в воде. Первый образец с чистой водой без соли. Далее образцы содержат 5, 15, 30 и 50 граммов соли на 100 миллилитров воды.
В ходе приготовления раствора с содержанием 50 граммов соли на 100 миллилитров воды, выяснилось, что в воде растворилась не вся соль, а только 37 граммов.
После размещения в морозильной камере растворов в морозильной камере, каждый час производились замеры температуры рассолов с помощью тепловизора и контактного термометра. Результаты измерений приведены на рисунке 3.
В ходе эксперимента в морозильной камере поддерживалась температура минус 20 градусов. Измерения температуры производились с помощью термометра.
По результатам анализа измеренных температур жидкостей наблюдаются интересные явления. Через 4 часа на температурных снимках видно, что обычная вода и вода с 5 граммами соли более теплая, чем остальные рассолы. При этом более теплые образцы через 4 часа превратились в лед.
Через 20 часов все жидкости остыли до температуры воздуха в морозильной камере. После окончания остывания образцов проведена проверка их твердости. Результаты проверки показаны на рисунке 4.
В итоге вода без соли превратилась в твердый лед, который не ломается и не протыкается зубочисткой. Вода с 5 граммами соли превратилась в лед, который протыкается зубочисткой. Лед с 15 граммами был рыхлым. А те рассолы, в которых содержится более 30 граммов соли на 100 миллилитров воды вообще остались жидкими.
Выводы
Анализ результатов экспериментов позволил сделать следующие выводы:
1. В 100 миллилитрах воды можно растворить не более 37 граммов соли.
2. Через одно и тоже время температура твердеющих жидкостей остается выше, чем у нетвердеющих.
3. Соль делает лед хрупким.
4. Соль снижает температуру замерзания воды.
Статья получилась действительно научной. Из этого эксперимента можно сделать и более взрослые выводы, которые не так уж очевидны. Обратите внимание на фотографии с тепловизора, по ним видно, что соль ускоряет процесс охлаждения воды. Значит она увеличивает теплопроводность воды.
Заключение
В ходе работы изучена литература и интернет-источники с целью сбора и анализа информации о свойствах воды, а также о реагентах, которыми посыпают дороги. Опытным путем подтверждено, что соль взывает таяние льда даже при отрицательных температурах воздуха.
Кроме того, подготовлен и проведен эксперимент с измерением температуры воды, содержащей разное количество соли. Анализ результатов эксперимента позволил сделать выводы о влиянии соли на температуру замерзания воды и твердость образовавшегося льда.
В результате работы подтверждено предположение о том, что соль снижает температуру замерзания воды.
Список использованных источников
- Дейкало С. Золотая бабочка // Издательские решения. — 2019. — С. 50.
- Три состояния воды // ЯКласс URL: https://www.yaklass.ru/p/okruzhayushchij-mir/3-klass/priroda-vokrug-nas-324086/krugovorot-vody-v-prirode-329399/re-41a59e8b-2278-4a47-bce7-22d88f80b349 (дата обращения: 01.12.2019).
- Чем посыпают дороги зимой // Автоасса — Ассамблея автомобилистов URL: https://autoassa.ru/blog/chem-posypayut-dorogi-zimoj/ (дата обращения: 01.12.2019).
- Кошелева А. А., Тагиева Н. К., Пруидзе Е. А. Анализ методов и материалов, применяемых при противогололедной обработке асфальтобетонных дорожных покрытий // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура. — 2016. — №. 2 (8).
- Острожная Е. Е., Астафурова Н. Н. Вред и польза от использования противогололедных средств в Краснодарском крае // Моделирование и анализ сложных технических и технологических систем. — 2017. — С. 79-82.
- Ачкеева М. В. и др. Противогололедные реагенты на основе ацетатов и хлоридов магния и натрия //Химическая технология. — 2013. — Т. 14. — №. 4. — С. 193-198.
- Нелюбин М. А. Свойства солёной воды // Экология Южной Сибири и сопредельных территорий. — 2014. — С. 144-145.