Разработка прибора для измерения электропроводности веществ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

прибор электропроводность вещество

ВВЕДЕНИЕ

1 Теоретическая часть

1.1 Растворы и растворимость веществ

1.2Электролиты и неэлектролиты. Электролитическая диссоциация

2. Практическая часть

2.1Изготовление прибора для изучения электропроводности растворов веществ

2.2 Исследование электропроводности веществ с использованием созданного прибора

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования При изучении механизма электролитической диссоциации обсуждается вопрос о роли растворителя в данном процессе. Значение растворителя для диссоциации электролитов выявляется на основе следующего экспериментального факта: при разбавлении раствора его электропроводность возрастает. Именно изучение электропроводности разбавленных растворов привело С. Аррениуса к основному положению его теории: диссоциация происходит при растворении, а не под действием электрического тока. До этого общепризнанным считалось обратное. Историческая ошибка, называемая ошибкой Фарадея, возникла из-за того, что обнаружение заряженных частиц было связано с использованием электрического тока и испытанием раствора на электропроводность. Для предотвращения возникновения неправильных представлений у учащихся следует сделать акцент на роли растворителя при диссоциации.

Цель исследования: изготовить безопасный, удобный в обращении, компактный прибор для исследования электропроводности веществ, провести исследование электропроводности веществ с использованием созданного прибора.

Задачи исследовательской работы:

1. Изучив научную литературу, систематизировать знания о растворах, растворимости веществ, электропроводности растворов веществ;

2. Найти и проанализировать информацию о имеющихся приборах для определения электропроводности растворов веществ. Определить каким требованиям должна соответствовать конструкция прибора. Выбрать оптимальную конструкцию для создания прибора;

3. Изготовить прибор для определения электропроводности веществ;

4. Провести эксперимент по исследованию электропроводности веществ с помощью созданного прибора.

Объект исследования: растворы веществ.

Предмет исследования: создание прибора и исследование электропроводности растворов веществ.

Информационная база. Информационной базой проекта послужили различные учебники и учебные пособия, материалы Интернет.

Структура и объем работы: Исследовательская работа написана на 15 - ти страницах машинописного текста и состоит из введения, основной части, заключения, списка литературы и приложений.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Растворы и растворимость веществ

Растворы - однородная многокомпонентная система, состоящая из растворителя, растворённых веществ и продуктов их взаимодействия. По агрегатному состоянию растворы могут быть жидкими (морская вода), газообразными (воздух) или твёрдыми (многие сплавы металлов). Размеры частиц в истинных растворах - менее 10^-9 м (порядка размеров молекул).

Процесс растворения связан с диффузией, т. е. с самопроизвольным распределением частиц одного вещества между частицами другого. Так, процесс растворения твердых веществ, имеющих ионное строение, в жидкостях можно представить следующим образом: под влиянием растворителя разрушается кристаллическая решетка твердого вещества, а ионы распределяются равномерно по всему объему растворителя[3,5]. Раствор останется ненасыщенным до тех пор, пока в него может переходить еще некоторое количество вещества.

Раствор, в котором вещество при данной температуре больше не растворяется, т.е. раствор, находящийся в состоянии равновесия с твердой фазой растворяемого вещества, называется насыщенным. Растворимость данного вещества равна его концентрации в насыщенном растворе. При строго определенных условиях (температура, растворитель) растворимость есть величина постоянная.

Если растворимость вещества увеличивается с ростом температуры, то охлаждая насыщенный при более высокой температуре раствор, можно получить пересыщенный раствор, т.е. такой раствор, концентрация вещества в котором выше концентрации насыщенного раствора (при данных температуре и давлении). Пересыщенные растворы очень неустойчивы. Легкое сотрясение сосуда или введение в раствор кристаллов вещества, находящегося в растворе, вызывает кристаллизацию избытка растворенного вещества, и раствор становится насыщенным.

Предельная растворимость многих веществ в воде (или в других растворителях) представляет собой постоянную величину, соответствующую концентрации насыщенного раствора при данной температуре. Она является качественной характеристикой растворимости и приводится в справочниках в граммах на 100 г растворителя (при определённых условиях).

Растворимость зависит от растворяемого вещества, растворителя, температуры, давления, наличия в растворителе других веществ.

Растворимость большинства газов растет с ростом давления и уменьшается с ростом температуры. Для твердых и жидких веществ влияние давления на растворимость менее значимо, чем для газов.

1.2 Электролиты и неэлектролиты. Электролитическая диссоциация

Вещества, молекулы которых в растворах или расплавах полностью или частично распадаются на ионы, называются электролитами. Растворы и расплавы электролитов проводят электрический ток.

Вещества, молекулы которых в растворах или расплавах на ионы не распадаются и электрический ток не проводят, называются неэлектролитами.

К электролитам относится большинство неорганических кислот, оснований и почти все соли, к неэлектролитам - многие органические соединения, например, спирты, эфиры, углеводы [1,2].

Классическая теория электролитической диссоциации была создана С. Аррениусом и В. Оствальдом в 1887 году. Аррениус придерживался физической теории растворов, не учитывал взаимодействие электролита с водой и считал, что в растворах находятся свободные ионы. Русские химики И.А. Каблуков и В. А. Кистяковский применили для объяснения электролитической диссоциации химическую теорию растворов Д. И. Менделеева и доказали, что при растворении электролита происходит его химическое взаимодействие с растворителем, в результате которого электролит диссоциирует на ионы.

Процесс взаимодействия ионов с молекулами растворителя называется сольватацией. В том случае, если растворитель - вода, этот процесс называется гидратацией [1].

Электролитическая диссоциация -- процесс распада электролита на ионы при его растворении или плавлении.

Диссоциация - обратимый процесс: параллельно с диссоциацией протекает обратный процесс соединения ионов (ассоциация). Поэтому при написании уравнений реакции диссоциации электролитов в особенности в концентрированных растворах ставят знак обратимости. Например, диссоциацию хлорида калия в концентрированном растворе следует записать так:КС1К+ + С1-

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Изготовление прибора для изучения электропроводности растворов веществ

Изучив описание разных конструкций приборов для исследования электропроводности растворов веществ [4, 6], проанализировав принцип работы и электрические схемы предлагаемых приборов, мы пришли к выводу, что электрические схемы всех приборов одинаковы и содержат три основных компонента, а именно: электроды (стержни или пластины), элементы питания (электрические батарейки или электрическая сеть) и систему индикации (световая, звуковая, механическая).

Так как одним из требований к нашему прибору являлась электробезопасность, то в качестве элементов питания мы использовали электробатарейки. Для регистрации электропроводности веществ мы использовали светодиод рис.1(Приложение 1).

Наши требования к изготавливаемому прибору представлены в Приложении 2.

Порядок изготовления прибора

1. Закрепим в резиновой пробке светодиод.

Делаем два отверстия в пробке, куда будут входить контактные ламели светодиода. Одно из отверстий делаем точно посередине, так как к вставленной в него ламели должен прикасаться контакт (+) батарейки. При этом учитываем полярность светодиода. Во второе отверстие вставляем вторую контактную ламель, которую затем сгибаем вверх по краю пробки (будет соприкасаться с корпусом трубки)

2. Пробку со светодиодом вставляем в трубку.

3. Во вторую резиновую пробку вставляем металлические медные стержни (электроды) - с их помощью мы будем исследовать растворы веществ. Внутреннюю часть одного из стержней скручиваем в спираль для лучшего контакта с корпусом батарейки. Второй стержень сгибаем по наружной части пробки.

4. В трубку помещаем две батарейки (ААА), затем закрываем трубку нижней пробкой с металлическими стержнями.

Созданный прибор (фотография) представлен в Приложении 3.

2.2 Исследование электропроводности веществ с использованием созданного прибора

Оборудование и реактивы: прибор для исследования электропроводности веществ, стаканы; вещества: хлорид натрия кристаллический, раствор хлорида натрия, раствор гидроксида натрия, раствор соляной кислоты, раствор сульфата меди (II), раствор сахара, вода дистиллированная, водопроводная вода.

Ход работы: наливаем растворы веществ в стаканчики (или прямо в ячейки планшетки для проведения опытов), опускаем электроды прибора в растворы веществ, наблюдаем за свечением светодиода. После каждого раствора промываем электроды дистиллированной водой.

Результаты опытов представлены в таблице 1.

Выводы

Для возникновения электрического тока в растворе электролита необходимо:

1) Наличие растворителя - возможность диссоциации электролитов и движения ионов.

2) Ковалентная полярная или ионная связь в молекулах веществ способствуют возникновению ионов.

3) Яркость свечения лампочки зависит от концентрации растворенного электролита.

4) Водопроводная вода содержит много примесей посторонних веществ, поэтому проводит электрический ток.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данной исследовательской работы был получен ряд необходимых и важных результатов. Изучив научную литературу, систематизировали знания о растворах, растворимости веществ, электропроводности растворов. Нашли и проанализировали информацию о приборах для определения электропроводности растворов веществ. Определили каким требованиям должна соответствовать конструкция прибора. Выбрав оптимальную конструкцию для создания прибора, изготовили прибор для определения электропроводности веществ.

Созданный нами прибор -- безопасный, компактный, удобный. Питание осуществляется от встроенных батареек. При этом следует отметить его высокую чувствительность -- прибор реагирует даже на незначительные количества растворенных веществ. Например, он показывает электропроводность водопроводной воды. В качестве датчика используется светодиод. Принцип действия прибора тот же, что и в ранее применявшихся, - электрическая цепь, разомкнутая в месте, где исследуются растворы и расплавы электролитов.

В практической части работы провели эксперимент по исследованию электропроводности растворов веществ с помощью созданного прибора, сделали соответствующие выводы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Введение в общую химию. Электронное учебное пособие. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева. Москва 2013.

2. Дементьева Д.И., Кононов И.С. Введение в технологию. - Бийск, 2009.

3. Электролитическая диссоциация. [Электронный ресурс]. URL: http://onx.distant.ru/posobie-1/chemistry/part_9.htm#92(дата обращения 07.02.2017) Загл. с экрана. Яз. рус.

4. Электролитическая диссоциация. [Электронный ресурс]. URL: http://ru.wikipedia.org/(дата обращения 05.12.2016) Загл. с экрана. Яз. рус.

5. Элементарный учебник физики под ред. акад. Г.С.Ландсберга, том 2, М., 1975.

6. Энциклопедия «Аванте +», 2013 г.

ПРИЛОЖЕНИЕ

1- светодиод; 2 - источник питания (батарейки); 3 - электроды.

Рис. 1 Электрическая схема прибора

Необходимые материалы для изготовления прибора:

1. Металлическая трубка диаметром 12-15 мм (в нее должны входить батарейки).

2. Светодиод

3. Две пальчиковые батарейки ААА

4. Две резиновые пробки, соответствующие диаметру трубки

5. Два металлических стержня (медная проволока диаметром 1-1,5 мм)

Необходимые материалы для изготовления прибора

Созданный прибор для исследования электропроводности растворов веществ

Размещено на Allbest.ru