Dzesēšanas maisījumu sagatavošana. Pētnieciskais darbs par tēmu "dzesēšanas maisījumi".  Vītņu daļas

Pašvaldības budžets izglītības iestāde

"Vidēji vispārizglītojošā skola Nr. 11"

Studentu Zinātniskā biedrība

Pētnieciskais darbs

"Dzesēšanas maisījumi"

Darbs pabeigts:

9. klases skolnieks

MBOU "11. vidusskola"

Baranova Jana

Zinātniskais padomnieks:

Ovčiņņikova Olga Mihailovna

Balahna

2013. gads

SATURS

Ievads………………………………………………………………………. 3. nodaļaes. Literatūras apskats par šo tēmu……………………………………. 51.1.Kas ir dzesēšanas maisījumi…………………………………… ..…. 5

1.2. Dzesēšanas maisījumu atklāšanas vēsture ...……………………….…..…5

1.3. Krio maisījumu klasifikācija….……………………………………...…. 6

1.4.Dzesēšanas maisījumu hipotermiskās iedarbības teorētiskais pamatojums…..…………………………………………………………………….… 8

1.5. Krio maisījumu izmantošana rūpniecībā un ikdienas dzīvē...…………….… .9

nodaļaII. Eksperimentālā daļa……………………………………….… 12

2.1. Aprīkojums………………………………………………………………… 12

2.2. Hipotermiskā iepakojuma "APPOLO" satura kvalitatīvā sastāva un tā efektivitātes noteikšana……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………

2.3. Atklāšanadažādu dzesēšanas maisījumu sastāvu efektivitāte……………………………………………………………….13

2.4. Dzesēšanas efekta atkarība no agregācijas stāvoklisšķīdinātājs ………….…………………………………………………….….….14

2.5. Dzesēšanas efekta atkarība no izšķīdušās vielas koncentrācijas………….……………………………………………………………..14

2.6. Koncentrētas sērskābes "paradokss"…………….……….. 15

3. Secinājums……………….…………………………………………………… 16

4. Izmantotās literatūras saraksts ………………………………………… 17

5. Pieteikumi……………………………………………………………………..18

Ievads.

Darba atbilstība.

AT Ikdiena, mēs bieži sastopamies ar parādībām, kas mūsos rada daudz jautājumu.

Kāpēc daži slāpekļa mēslošanas līdzekļi, ko izmanto augu barošanai, izšķīdinot atdziest?

Kāpēc stāvēt uz sāls putras (sniega un sāls maisījuma) ir aukstāk nekā stāvēt uz sniega?

Kāpēc notiek atdzišana, lietojot hipotermisko maisiņu no pirmās palīdzības komplekta?

Kāpēc koncentrēts sērskābe sajaucot ar sniegu, tas dod spēcīgu dzesēšanas efektu, un, izšķīdinot ūdenī, tas dod spēcīgu sildošu efektu?

Vēlme rast atbildes uz šiem jautājumiem kļuva par mūsu pētījuma pamatu.Es nolēmu izpētīt termisko procesu mehānismu un noteikt pieejamākās, efektīvākās dzesēšanas maisījumu kompozīcijas.

Mērķis:

Izpētīt un analizēt informāciju par dzesēšanas maisījumiem un eksperimentāli noteikt vienkāršākos un efektīvākos auksto maisījumu sastāvus.

Darba uzdevumi:

Apkopot un analizēt literatūru par dzesēšanas maisījumiem.

Empīriski nosakiet ūdens-sāls hipotermiskā iepakojuma "APPOLO" sastāvu.

Eksperimentāli noteikt efektīvākos auksto maisījumu sastāvus no ikdienā lietojamām vielām.

Pētījuma objekts. Sāļi, ko izmanto kā slāpekļa mēslojumu.

Studiju priekšmets. Dzesēšanas maisījumu sastāvu efektivitāte, hipotermiskās iedarbības atkarība no sāļu satura maisījumos un šķīdinātāja agregācijas stāvokļa.

Hipotēze:

Ir efektīvi un vienkārši dzesēšanas savienojumi, kas pagatavoti uz slāpekļa mēslojuma un galda sāls bāzes.

Dzesēšanas efekts ir atkarīgs no šķīdinātāja agregācijas stāvokļa un izšķīdušās vielas koncentrācijas.

Pētījuma metodes:

Aktualizācijas metode - sastāv no konkrēta pētījuma vērtības noteikšanas;

Meklēt

Praktiskā pētījuma metode;

Analīzes un vispārināšanas metode

1. NODAĻA. Literatūras apskats par tēmu

1. Kas ir dzesēšanas maisījumi (kriomiksi).

Cryomix ir neoloģismsgrieķu valodakryos- ledus).Tāpēc zinātniskajā literatūrā šis vārds ir diezgan reti sastopams. Biežāk šis vārds tiek aizstāts ar frāzi "dzesēšanas maisījums". todivu vai vairāku cietu vai cietu un šķidru vielu sistēmas, kuras sajaucot, maisījuma temperatūra pazeminās siltuma absorbcijas dēļ sistēmas komponentu kušanas vai šķīšanas laikā.

Kā dzesēšanas maisījumu sastāvdaļas līdz -50 ° C temperatūrai tiek izmantoti dažādi sāļi, skābes, ūdens, ledus (sniegs).Lai pazeminātu temperatūru līdz -80 ° C, atdzesētu sausā ledus (cietā oglekļa dioksīda) un dažu citu organisko vielu(spirti, acetons, ēteris).Dzesēšanas šķidrumus plaši izmanto arī rūpniecībā. Visizplatītākais dzesēšanas šķidrums ir ūdens. Visplašāk izmantotie dzesēšanas šķidrumi uz daudzvērtīgā spirta bāzes - etilēnglikols.

Lai iegūtu visvairāk zema temperatūra dzesēšanas maisījumos iekļautās vielas tiek ņemtas daudzumos, kas atbilst kriohidrāta punktam.Kriohidrāta punkts ir temperatūra, kurā sasalst noteiktas vielas šķīdums, citiem vārdiem sakot, tā ir zemākā temperatūra, ko var iegūt, sajaucot noteiktas masas sastāvdaļas.

Ir daudz dzesēšanas maisījumu, jo parasti jebkurš ķīmiskā reakcija(ieskaitot izšķīšanu), kas notiek ar siltuma uzsūkšanos, var kalpot dzesēšanai. Viena vai otra dzesēšanas maisījuma izmantošana ir atkarīga no tā, kas ir pie rokas un no vēlamā temperatūras pazemināšanās.

1.2. Dzesēšanas maisījumu (krio-maisījumu) atklāšanas un radīšanas vēsture.

Izšķīdināšana kā mākslīgā aukstuma iegūšanas līdzeklis izmantota jau sen; piemēram, romieši izmantoja kālija nitrāta izšķīdināšanu ūdenī, lai atdzesētu vīnu. To pašu dzesēšanas metodi atkal izmantoja fiziķisBlasiusvillafrancaRomā 1550. Tiek pieminēta spēcīgāka dzesēšanalatinusTancredusNeapolē 1607. gadā; viņš paņēma sniega maisījumu ar salpetru; visbeidzot, smalcināta ledus un galda sāls maisījumu piemin Santorio 1626. gadā. To pašu maisījumu izmantoja arī igauņu ļaudis, lai sasaldētu šķidrumus, kā arī mirušos. Viduslaikos saldējuma pagatavošanai izmantoja dzesēšanas efektus. Sniega un sāls muca tika izmantota kā saldētava.

Jau 17. gadsimta sākumā tika atvasinātas pirmās dzesēšanas maisījumu formulas.

1665. gads tiek atzīmēts kā gads, kad Roberts Boils publicēja darbu, kurā ietverti aukstuma iegūšanas teorētiskie pamati.Un jau 1686. gMariota eksperimentāli apstiprināja Boila teorijas.

1685. gads - Filips Lahirs saņēma ūdens ledu bļodā, kas no ārpuses bija piepildīta ar amonjaku.
1810. gadā Leslijs uzcēla pirmo slavenā vēsture, uzstādīšana mākslīgā ledus iegūšanai.

Drīz vien (1834) Peltjē atklāja principu, kas iezīmēja termoelektrisko saldēšanas iekārtu attīstības sākumu.

1844. gadāČārlzs Smits Pjacibeidzot izgudroja ledusskapi.

1870. gads - Pīters Vanders Veids saņēma ASV patentu par termostatisko saldēšanas sistēmu.

1879. gadā Karls fon Linde saņēma patentu pasaulē pirmajam mehāniskajam ledusskapim.

Mūsdienās tiek izmantoti dzesēšanas maisījumi mājas dzīve, laboratorijās un vispār, kur nav nepieciešama ļoti spēcīga un ilgstoša dzesēšana. Pēdējam un rūpnīcas vajadzībām zinātne un ekonomiskie aprēķini ir radījuši jaudīgākus mākslīgās dzesēšanas līdzekļus.

Par galvenajiem "kriomiksu" izgudrotājiem tiek uzskatīti:

Roberts Boils

 attiecības starp spiedienu, tilpumu un temperatūru

 teorētiskie pamati aukstuma iegūšanai

Viljams Kalens

 ledus pagatavošana, izmantojot vakuumu

 tvaika kompresijas iekārtas izveide

Mihails Vasiļjevičs Lomonosovs

 radīšanudabiskās ventilācijas teorija

nern

 iekšāvakuumā ūdens sasalst, ja tiek noņemti ūdens tvaiki (tvaikus absorbēja sērskābe)

1.3. Dzesēšanas maisījumu klasifikācija.

1.Atvēsinoši ūdens (vai sniega) un sāls maisījumi

2. Ūdens un divu sāļu dzesēšanas maisījumi

3.Skābju un sniega dzesēšanas maisījumi

4. Sāļu un skābju maisījumu dzesēšana

5. Dažu organisko vielu dzesēšanas maisījumi ar cietu oglekļa dioksīdu

6. Antifrīzu šķīdumi

Ūdens (vai sniega) un sāls dzesēšanas maisījumi

Ūdens un divu sāļu dzesēšanas maisījumi

Skābju un sniega dzesēšanas maisījumi

Dzesēšanas maisījumi no sāļiem ar skābēm

HCl (2:1)

Na 2 SO 4

NH 4 Cl

KNO 3

HCl(beigas)

Na 2 SO 4

HNO 3 (2:1)

Na 2 SO 4

HNO 3 (2:1)

Na 3 PO 4

HNO 3 (2:1)

Na 2 SO 4

NH 4 NĒ 3

H 2 SO 4 (1:1)

Na 2 SO 4

Dzesēšanas šķidruma maisījumi ar cietu oglekļa dioksīdu

1.4. Dzesēšanas maisījumu hipotermiskās iedarbības teorētiskais pamatojums.

Maisījumu īpašībās ir vērojama interesanta shēma: vairāku vielu maisījuma kušanas temperatūra ir zemāka par katras tīrās vielas kušanas temperatūru atsevišķi. Tīra ūdens (ledus vai sniega veidā) kušanas temperatūra 0 0 C. Ja ledus pievieno galda sāls piejaukumu, tad ledus sāk kust zemākā mīnuss temperatūrā. Kušanas temperatūra ir atkarīga no ledus un sāls attiecības, maisīšanas ātruma un pat ledus saspiešanas pakāpes.Ledus, tāpat kā jebkurš ķermenis, ciets vai šķidrs, ir molekulu sistēma, kurai ir svārstīgas kustības(termisks) un tajā pašā laikā savstarpēji piesaistīts; kamēr šī sistēma paliek kādā no mobilā līdzsvara stāvokļiem, ķermeņa fiziskais (un ķīmiskais) stāvoklis paliek nemainīgs. Kad ledus un sāls daļiņas nonāk saskarē, ķīmiskā mijiedarbība, ledus daļiņu savstarpējā pievilcība vājinās, ledus kūst; kamēr siltums tiek absorbēts. Tajā pašā laikā sāls mijiedarbība ar ūdeni (hidratācija) tiek pavadīta ar siltuma izdalīšanos. Gala rezultātu nosaka starpība starp ledus kušanas laikā absorbētajiem siltuma daudzumiem un sāls un ūdens savienojuma siltumu. Tā kā šajā gadījumā pirmais pārsniedz otro, maisījumu atdzesē. Tvertnei, kurā notiek sajaukšana, protams, jābūt labi izolētam ar siltumu nevadītājiem, lai pilnīgāk izmantotu mākslīgo aukstumu, un pati sajaukšana tiek veikta pēc iespējas ātrāk; šim nolūkam visas cietās vielas, piemēram, ledus, sāļi, ir labi jāsasmalcina. Iepriekš minētais dzesēšanas fenomena skaidrojums ir piemērojams arī sāļu šķīdināšanai ūdenī, ar vienīgo atšķirību, ka daudzu sāļu šķīdināšanā ķīmiskā mijiedarbība starp šķīdinātāju un izšķīdušo vielu nav tik skaidri izteikta. Vairākus sāļus sajaucot ar ūdeni vai sniegu, var rasties sarežģītākas parādības, piemēram, sāļu dubultā sadalīšanās u.c.

Kopumā šķīdināšanas termiskais efekts ir divu posmu termisko efektu summa:

kristāla režģa iznīcināšana, kas notiek ar enerģijas patēriņu

hidrātu veidošanās, ko pavada enerģijas izdalīšanās

Izšķīšanas termiskā efekta zīmi noteiks šo posmu enerģiju attiecība.

1.5. Pieteikums krio maisījumi rūpniecībā un ikdienā.

Mūsdienās dzesēšanas maisījumus izmanto mājsaimniecībās, laboratorijās un vispār, kur nav nepieciešama ļoti spēcīga un ilgstoša dzesēšana. Pēdējiem un rūpnieciskiem nolūkiem zinātne un ekonomiskie aprēķini ir radījuši jaudīgākus mākslīgās dzesēšanas līdzekļus. Var noteikt galvenās krio maisījumu pielietošanas jomas ikdienas dzīvē, medicīnā un laboratorijā:

1) dzērienu vai produktu ātra atdzesēšana;

2) produktu uzglabāšana īsu laiku, ja nav ledusskapja siltajā sezonā;

3) laboratorijā - šķidrumu vai gāzu ar zemu viršanas temperatūru destilāciju;

4) 2 nesajaucamu šķidrumu atdalīšana, no kuriem vienam ir zems sasalšanas punkts (benzols-ūdens).

Šķidrie maisījumi (šķidrie)

 Ziemā tiek izmantoti antifrīzi, kas nesasalst temperatūrā līdz -40 ° C.

 Dzesēšanas šķidrumi ar zemu sasalšanas līmeni ir paredzēti izmantošanai dzinēja dzesēšanas sistēmās.

Eļļošanas šķidrumi.

Metāla apstrāde

 Frēzēšana (siltuma noņemšana no griezējinstrumentiem)

 Vītņu daļas

 Lokšņu metāla velmēšana

cietie maisījumi

Sausā ledus (cietā oglekļa dioksīda) sublimāciju plaši izmanto pārtikas produktu atdzesēšanai un sasaldēšanai, kā arī to uzglabāšanai un transportēšanai sasaldētā stāvoklī.

• Dzīvsudraba tvaiku sasaldēšana (metanols + cietais oglekļa dioksīds)

Ledājus, kas nodrošina tuvu nullei temperatūru, izmanto lauksaimniecībā un daļēji tirdzniecībā un piena rūpniecībā, galvenokārt ātri bojājošos produktu uzglabāšanai.

Medicīnā

Vietējā hipotermija ir terapeitiska iedarbība uz ierobežotām aukstuma faktoru ķermeņa zonām, kas samazina audu temperatūru, kas nav zemāka par to kriogēnās pretestības robežām (5-10 ° C).

Pašreizējie dzesēšanas šķidrumi satur neorganisku sāli un ūdeni, kas atdalīti ar deflektoru. Kad starpsiena plīst, sāls izšķīst ūdenī ar endotermisku efektu. Rūpniecībā šādus iepakojumus ražo ar zīmolu nosaukumiem Snezhok, Appolo, Mirali uc Ir divi galvenie terapeitisko iepakojumu veidi ķermeņa audu dzesēšanai. Pirmie ir balstīti uz endotermiskas reakcijas izmantošanu, kas rodas, kad daži sāļi tiek izšķīdināti ūdenī. Šādi iepakojumi ir ērti lietošanai uz lauka, jo tiem nav nepieciešams piesaistīt aukstumu no ārpuses. Bet ar zemu siltuma jaudu vienpakāpes iepakojumi nav efektīvi karstā klimatā un nevar nodrošināt optimālu hipotermijas līmeni dažādām medicīniskām indikācijām.

Otrā tipa iepakojumu darbība balstās uz iepriekšēju aukstuma uzkrāšanos ar iepakojuma saturu (piemēram, želeju) ledusskapī. Šādiem iepakojumiem ir liela siltumietilpība, taču tie nevar nodrošināt tūlītēju ārstniecisku efektu, iepriekš neatdzesējot tos vairākas stundas saldētavā. Tomēr galvenais šādu ierīču trūkums ir īsais darbības ilgums – ūdens un sāls endotermiskās reakcijas pārejošas sekas.

Lai pagarinātu reakciju, tiek izmantoti šādi līdzekļi:

a) secīga sāls porciju izšķīdināšana;

b) regulēšana ūdens un sāls saskares virsmas reakcijas laikā;

c) sāļu izmantošana granulu veidā ar šķīstošām vai porainām granulu čaumalām.

nodaļa II . eksperimentālā daļa

1. . Aprīkojums.

Mērcilindri, 100-150 ml stikla krūzes, stikla stieņi, tehniskie svari (200g,∆m\u003d 0,01 g), ārējais termometrs, java un piesta, sildīšanas ierīces.

Reaģenti: sāļu komplektsNaCl, NaNO 3, KNO 3 , NH 4 Cl, CO( NH 2 ) 2, NH 4 NĒ 3, koncentrēta sērskābe, hipotermiskais iepakojums "Appolo", vara skaidas, fenolftaleīns, nātrija hidroksīds, difenilamīns.

2.2. Hipotermiskā iepakojuma "APPOLO" satura kvalitatīvā sastāva un tā efektivitātes noteikšana.

1. pielikums

Uz dzesēšanas iepakojuma nav norādīts "APPOLO". ķīmiskais sastāvs, tāpēc tika veikta iepakojuma satura kvalitatīva analīze.

Tika noteikti sāls katjoni:

1. Jonu noteikšana pēc liesmas krāsas un kvalitatīvās reakcijas: liesmā tika ievadīti stikla stieņi ar pētāmās sāls šķīdumu. Liesma nemainīja savu krāsu, kas nozīmē, ka sāls sastāvā nav jonu, kas piešķir liesmai krāsu:Na + , K + , Cu 2+ , Ba 2+ , Ca 2+ utt. Sāls šķīduma mijiedarbības laikā ar sārmu karsēšanas laikā mitrais fenolftaleīna papīrs ieguva koši sārtinātu krāsu, kas liecina par amonija jonu klātbūtni.

NH 4 + + Ak - = NH 3 + H 2 O

2. Anjonu noteikšanaSO 4 2- , NĒ 3 - , PO 4 3- , Cl - , Br - utt. kvalitatīvu atbilžu ziņā. Netika novērotas nekādas redzamas reakcijas pazīmes ar sulfātu un fosfātu joniem. Sāls šķīdumam pievienojot vara skaidas un koncentrētu sērskābi, izdalījās brūna gāze ar raksturīgu smaku un izveidojās zils šķīdums, kas liecina par nitrātjona klātbūtni. Kad šķīdumam pievienoja difenilamīna sāli, parādījās tumši zila krāsa.

Pētāmais sāls ir amonija nitrāts.

4NĒ 3 - + 2H 2 SO 4 + Cu = Cu 2+ + 2 NĒ 2 + 2H 2 O+SO 4 2-

Fināls vienādojumi

NH 4 NĒ 3 + NaOH = NaNO 3 +NH 3 + H 2 O

2) 4NH 4 NĒ 3 + 2H 2 SO 4 + Cu = Cu(NO 3 ) 2 + 2 NĒ 2 + 2H 2 O + 2(NH 4 ) 2 SO 4

APPOLO hipotermiskā iepakojumā pirmajā traukā bija 64,15 g amonija nitrāta, bet otrajā traukā bija 60 ml ūdens.

Sajaucot šos komponentus, dzesēšanas efekts atbilst temperatūras pazemināšanai par 22 grādiem ˚C.

2. Dažādu dzesēšanas maisījumu sastāvu efektivitātes noteikšana.

Dzesēšana: sāls + ūdens (pielikums Nr. 2).

Uz tehniskajiem svariem tika noteikta stikla masa, stiklam tika pievienota nepieciešamā vielas masa, ņemot vērā tā masu. Sērskābes šķīdums ar masas daļa 50, 54% (elektrolītskābe) tika mērīts ar graduētu cilindru, iepriekš pārrēķinot. SvarsH 2 SO 4 = 12,6 g, blīvums = 1,25 g/ml, šķīduma tilpumsH 2 SO 4 = 20 ml.

V= m/ W* lpp.

G vielas sajauca ar 100 g ūdens 18°C ​​temperatūrā.

1. tabula

CO (NH 2 ) 2

(urīnviela)

50

-1 8

NH 4 NĒ 3

107

-22

NH 4 NĒ 3

13

-8

Dzesēšana: ūdens + sāls + sāls (pielikums Nr. 3).

Nosvērtajām sāls porcijām pievienoja 100 ml ūdens.

Tabulas numurs 2

50gCO (NH 2 ) 2 + 36 NaCl

-15

41,6 GNH 4 NĒ 3 + 41,6 NaCl

-20

Secinājums: amonija nitrāts dod vislielāko hipotermisko efektu, izšķīdinot ūdenī. Sajaucot vairākus sāļus, pastiprinās hipotermiskais efekts. Sāļu maisījumi dod lielāku atvēsinošu efektu, taču lomu spēlē sāls raksturs.

2.4.Dzesēšanas efekta atkarība no šķīdinātāja agregācijas stāvokļa.

Dzesēšana: sāls + sniegs (skat. Pielikumu Nr. 4).

G sāls tika sajaukts ar 100 g sniega.

3. tabula

A, g

∆ T, °С

NaCl

36

-18

NaNO 3

75

-14

NH 4 Cl

30

-12

CO (NH 2 ) 2

(urīnviela)

50

-18

Secinājums: Vislielāko hipotermisko efektu uzrādīja urīnviela un nātrija hlorīds. Ledus vai sniega izmantošana nodrošina pastiprinātu dzesēšanas efektu.

2.5. Dzesēšanas efekta atkarība no izšķīdušās vielas koncentrācijas.

Tika sagatavots noteiktas koncentrācijas sniega un smalki samaltas vārāmās sāls maisījums. Tika izmērīta iegūtā maisījuma temperatūra. Dati tika parādīti tabulas veidā.

Sniega-sāls maisījuma temperatūras atkarība no tā sastāva

Tabula Nr.4

Secinājums: jo lielāks ir galda sāls saturs maisījumā, jo lielāka ir hipotermiskā (dzesējošā) iedarbība. Maksimālā atdzišana līdz -21°C tiek panākta, sagatavojot maisījumu no 3 daļām sniega un 1 daļas sāls. Turpinot palielināt sāls koncentrāciju, maisījuma dzesēšana nenotiek.

2.6. Paradokss H 2 SO 4 (beigas) (Pielikums Nr. 5)

Koncentrēta sērskābe vienlaikus nodrošina spēcīgu hipertermisku efektu, ja to izšķīdina ūdenīar sniegu dod labu dzesēšanas efektu.

Pirmajā gadījumā skābes kristāliskā režģa iznīcināšanas enerģija ir mazāka nekā skābes hidratācijas enerģija ar ūdeni, tāpēc reakcija ir ļoti eksotermiska.

Otrajā gadījumā ledus kristāliskā režģa enerģija izrādījās lielāka par sērskābes hidratācijas enerģiju ar ūdeni, t.i. Ledus kausēšanai tiek izmantots vairāk siltuma, nekā tiek atbrīvots no skābes un ūdens savienojuma.

H 2 SO 4 (beigas)+100 g sniega

12,6

-12

H 2 SO 4 (beigas)+100 ūdens

12,6

+12

Vispārīgs secinājums:

Veiktie eksperimenti apstiprināja mūsu izvirzītās hipotēzes: slāpekļa mēslojums un galda sāls ir lētas un diezgan efektīvas vielas dzesēšanas maisījumu pagatavošanai. Vislielāko hipotermisko efektu dod amonija nitrāts un urīnvielas sāļi, kad tie ir izšķīdināti ūdenī.

Dzesēšanas efekts ir tieši atkarīgs no sāls satura maisījumā un šķīdinātāja agregācijas stāvokļa.

Ieteikumi dzesēšanas maisījumu sagatavošanas metodei.

Secinājums.

Nobeigumā vēlos atzīmēt, ka mani ļoti aizrāva darbs pie "dzesēšanas šķidruma maisījumu" problēmas. Es sev atradu atbildes uz saviem jautājumiem, uzzināju par atsevišķu vielu (sērskābes) paradoksālajām īpašībām. Uzzināju, ka dzesēšanas maisījumus izmanto ļoti plaši un dažādās darbības jomās: no ikdienas līdz lielām rūpnieciskām laboratorijām.

Tiem, kas vēlas patstāvīgi pagatavot dzesēšanas maisījumus, var sniegt nelielus ieteikumus:

1. Sajaukšanas traukam jābūt labi izolētam ar siltumu nevadošiem materiāliem (plastmasu, polistirolu), lai labāk izmantotu mākslīgo aukstumu.

2. Sajaukšana jāveic pēc iespējas ātrāk.

3. Jauktajām vielām jābūt smalki sadalītām vielām, lai palielinātu to saskares laukumu.

4. Izmantotās literatūras saraksts.

A. I. Perevozčikovs “Sērskābes un ūdens mijiedarbības problēmu pieredze”, red. "Ķīmija skolā" Nr.7 2011.g.

2. Sāls anjonu noteikšana





P 2.pielikums Dzesēšana: sāls + ūdens


Maisījums NH 4 NĒ 3 + H 2 O





( NaCl + H 2 O )





( NaNO 3 + H 2 O )





(NH 4 Cl + H 2 O)
( CO (NH 2 ) 2 + H 2 O)

(urīnviela)

Pielietojums Nr.3 Dzesēšana: ūdens + sāls + sāls



Pielietojums Nr.4 Dzesēšana: sāls + sniegs



NH 4 Cl + sniegs NaCl +sniegs




NaNO 3 +sniegs

Pielikums Nr.5

Dzesēšanas šķidruma maisījumi

Dažām gāzēm ir salīdzinoši augsts viršanas punkts, kas
ļauj tos iegūt šķidrā veidā pat mājās
laboratorijas. Piemērs ir slāpekļa dioksīds (Tboil =
21,1°С), butāns (Тbp = -0,5°С) un sēra dioksīds (Тbp = -10,0°С).
Gāzes sašķidrināšanas iekārtas shematiskā diagramma ir diezgan vienkārša. Gāze
saņemt kolbā, izmantojot piemērotu reakciju, vai ņemt no balona.
Pēc tam gāze iziet cauri U veida caurulei ar desikantu (piemēram,
kalcija hlorīds) un nonāk otrajā U-veida caurulē, kas nolaista
liels trauks ar dzesēšanas maisījumu. Pēdējā caurulē gāze ir daļēji
kondensējas.

1 - kolba gāzes ražošanai, 2 - U-veida
caurule ar žāvētāju (vienkāršības labad to var izlaist), 3 - dzesēšana
maisījums, 4 - U-veida caurule gāzes kondensācijai.

Vispirms apskatīsim, kā sagatavot dzesēšanas maisījumus.

Ir daudz recepšu dažādiem dzesēšanas maisījumiem. Tomēr
ķīmiķi mēdz izmantot tikai dažus no tiem. Izvēloties
dzesēšanas šķidruma maisījums liela nozīme ir komponentu pieejamība.
Pieejamākie maisījumi, kurus bieži izmanto laboratorijā,
ir uzskaitīti zemāk.

1. 3 stundu sniega (vai sasmalcināta ledus) un 1 stundas gatavošanas maisījums
sāls ļauj sasniegt -21 ° C temperatūru. Ja jums ir nepieciešams augstāks
temperatūra, ledus/sāls attiecības maiņa.

Ledus-sāls maisījuma temperatūras atkarība no tā sastāva

2. 1,5 stundu sešūdens kalcija hlorīda CaCl 2 ·6H 2 O maisījums ar 1 stundu sniega ļauj sasniegt -55°C temperatūru.

3. 1 stundu amonija nitrāta un 1 stundas sniega maisījums nodrošina temperatūru līdz -20°C.

4. Pievienojiet dietilēterim, acetonam, benzīnam vai spirtam
sausais ledus (ciets oglekļa dioksīds). Maisījums ļauj sasniegt temperatūru
līdz -78°С.

5. Sniega (ledus) maisījums un
koncentrēta sērskābe, bet šajā maisījumā pārsvarā ir
vēsturiska nozīme, jo par sērskābi var atrast vairāk nekā
racionāls pielietojums.

Tālāk aprakstītajos eksperimentos tika izmantots ledus-sāls maisījums
attiecība 3 stundas ledus un 1 stunda sāls. Sastāvdaļas, kas sajauktas plastmasā
paplātes un pārnes maisījumu stikla burkā vai glāzē. Par tādiem
mērķu stars Labāk neizmantot konteinerus, kas izgatavoti no plastmasas, un vēl labāk no
Putupolistirols a, jo šie materiāli ir daudz mazāk siltumvadītspējīgi nekā
stikls. Tomēr stikla burkā vai glāzē pieredze izskatīsies kā
vizuāli vairāk.

Pēc izskata burciņa ar ledus-sāls dzesēšanas maisījumu izskatās diezgan
parasti: it kā ledus gabaliņi peld ūdenī, tomēr, ja nolaižas maisījumā
mēģenē ar ūdeni, ūdens sasalst apmēram minūtes laikā, kurā jūs varat
to ir viegli pārbaudīt, noņemot mēģeni un apgriežot to otrādi.
Diezgan drīz burkas ārējās sienas pārklās sarma - tas
mitrums no gaisa kondensējas un sasalst.

1. Pārtikas dzesēšana.
Ielejiet dažas sausā ledus granulas termosā vai dubultsienu traukā, uzlieciet parasto ledu, pēc tam uzlieciet ēdienu vai dzērienu. Labāk nepieļaut tiešu sausā ledus saskari ar pārtiku, jo. sausā ledus temperatūra -78,33°C. Produktus šādā veidā var uzglabāt 5 līdz 7 dienas.

2. Pārtikas sasaldēšana.
Sausais ledus jāliek virs pārtikas. Sausā ledus iesaiņošana papīrā pagarinās iztvaikošanas laiku.

3. Miglas veidošana.

Lej lielā metāla bļodā karsts ūdens tad pievieno sausā ledus granulas. Veidosies blīva blīva migla, kas izplatīsies gar zemi. Tā uz estrādes skatuvēm un naktsklubos veidojas migla. Šo procedūru labāk veikt vēdināmā vietā. Tādā pašā veidā jūs varat izveidot miglu baseinā vai džakuzi.

Video: Alkohols ar ledu

4. Dzesēšana un sasaldēšana.
Sausā ledus sasalšanas jauda ir 15 reizes lielāka nekā ūdens ledus, un sausā ledus iztvaikošanas laiks var būt 5 reizes lielāks nekā ūdens ledus kušanas laiks. Sausā ledus un ūdens ledus maisījumu var izmantot pārtikas, alus un alus mucu dzesēšanai. Izmantojot tikai sausu ledu, alus var sasaldēt vai sabojāt mucas.

5. Odu uzmanības novēršana no potenciālajiem upuriem.
Sausais ledus piesaista odus. Ja jūs novietojat sauso ledu tajā pusē, kur atrodaties, tie koncentrēsies ap to.

6. Dziedošais metāls.
Kad metāls nonāk tiešā saskarē ar sauso ledu, metāls sāk izdalīt skaļu, spalgu skaņu. Šo eksperimentu var veikt, ieliekot metāla karoti sausā ledū. Lai novērotu sasalšanas procesu, karotē var ieliet nedaudz ūdens. Esiet piesardzīgs, jo ilgstošs kontakts karoti tā atdzesēs, ka tiešā saskarē tā var sabojāt ādu.

7. Miglaini burbuļi.
Kad ūdens un sausā ledus maisījumam pievieno ziepju šķīdumu, veidojas burbuļi, kas piepildīti ar blīvu miglu.

8. Šāviens.
Ja plastmasas plēves kastē ieber dažas sausā ledus granulas, aizver to ar vāku un kādu brīdi pagaida, vāks var šaut vairākus metrus. Tāpat jūs varat palaist raķetes ar ūdeni, taču tam ir nepieciešamas īpašas ierīces.

9. Gumijas balona vai balona piepūšana.
Jūs varat ievietot bumbiņā sauso ledu, cieši to aizvērt un iemest baseinā vai jebkurā ūdenstilpē. Sākumā bumba nogrims, bet, piepildoties ar gāzi, tā pacelsies virspusē un eksplodēs.

10. Skaņas lēca.
Balons, piepildīts ar oglekļa dioksīdu, var darboties kā skaņas lēca. Tas ir tāpēc, ka skaņa oglekļa dioksīdā pārvietojas lēnāk nekā gaisā, tāpat kā gaisma lēnāk pārvietojas caur stiklu nekā caur gaisu vai vakuumu. Jūs varat iegūt balonu, kas piepildīts ar oglekļa dioksīdu. ielieciet tajā nedaudz sausā ledus. Turiet ar oglekļa dioksīdu pildīto bumbiņu aptuveni 30 cm attālumā no auss – caur to ejošās skaņas ir jāpastiprina.

11. Dzērienu gāzēšana.
Ielej dzeramais ūdens glāzē un tur pievieno dažas sausā ledus granulas, pēc ledus iztvaikošanas ūdenim vajadzētu nedaudz karbonizēt.

12. Grīdas flīžu noņemšana.
Keramikas flīzes var noņemt no grīdas, uzlejot uz tās virsmas nedaudz sausā ledus. Dzesēšanas un saspiešanas dēļ flīze tiek noņemta vieglāk. Šī procedūra var aizņemt ilgu laiku, lai noņemtu lielu skaitu flīžu, taču, lai noņemtu 1-2 flīzes, tas ir ļoti ērti.

13. Grauzēju apkarošana.
Ja grauzēja urbumā ielej granulētu sauso ledu, pēc kāda laika oglekļa dioksīds izspiedīs no tās skābekli, liedzot gaisa piekļuvi grauzēja krūtīm. Lai sasniegtu pilnu efektu, jums jāpārliecinās, ka caurums nav cauri.

Pamatojoties uz iegūtajiem koncentrācijas datiem, iespējams iegūt lētākos, ekonomiskākos, videi draudzīgākos, ērtākos maisījumus.

Kas ir kriomaisījums? Zinātniskajā literatūrā šis vārds gandrīz nekad nav atrasts. Tiek izmantota frāze "dzesēšanas maisījumi".

Kā norāda nosaukums, tie ir maisījumi, kas paredzēti mākslīgā aukstuma iegūšanai. Galvenais, vispazīstamākais maisījums ir NaCl + H2O, kas pazīstams kā ledus-sāls dzesēšana.

Ir divu veidu kriosmeši (sāls + ūdens un sāls + skābe).

Antifrīzi (nesasalstoši šķidrumi) arī tiek uzskatīti par dzesēšanas šķidruma maisījumiem. Tos izmanto dzinēja dzesēšanas sistēmās.

Lai sasniegtu diezgan zemas temperatūras ~ -60-70 C, tiek izmantots sausais ledus (cietais oglekļa dioksīds).

Savā darbā es uzskatu tikai četrus maisījumus (sāls + sniegs).

2) (NH4)2SO4+H2O

3) NaCl + H2O (ledus)

4) CaCl2*6H2O+H2O (ledus)

Tādi maisījumi kā sāls + skābe ir bīstami un nodrošina pārāk zemu temperatūru maniem nolūkiem. Tāpēc es tos neizmantoju.

Redzams, ka visefektīvākais maisījums ir maisījums Nr.4. Labākā koncentrācija viņai ir 50%.

Tas atšķiras no pārējiem ar to, ka nav vērtību koncentrācijās 50–70%, tas ir saistīts ar reakcijas pāreju no endotermiskas uz eksotermisku, kad sāls koncentrācija maisījumā sasniedz vairāk nekā 40%. Šis efekts ir izskaidrojams ar reaģentu īpašībām un maisījuma fizikālo stāvokli tā sagatavošanas laikā (sniegs sāk aktīvi kust, un, ja dehidrēts kalcija hlorīds tiek sajaukts ar ūdeni, reakcija ir tikai eksotermiska), attiecīgi absorbcijas reakcijas. un siltuma izdalīšanās notiek paralēli, pārejot uz eksotermisku ar palielinātu sāls saturu.

Sistēmas Nr. 1, 2, 3 darbojas gandrīz paralēli X asij, taču tā šķiet tikai šajā diagrammā. Tikai temperatūras skalas dalīšanas cena = 5 (!) 0С.

Priekš labs piemērs jūs varat ņemt att. 2, tam ir temperatūras skalas dalījuma vērtība = 0,10 C.

Rīsi. 2 sistēma NH4NO3+H2O (ledus)

Patiesībā 0,50C nav īpaši svarīgi. Tātad mēs varam pieņemt, ka grafiks iet gandrīz taisnā līnijā. Par labāko koncentrāciju uzskatu 10% NH4NO3.

Atklājumi

To var redzēt jau 1550. gadā. pirmo reizi tika pieminēti "dzesēšanas šķidruma maisījumi". Šajā gadījumā par ūdens dzesēšanas procesu ar kālija nitrātu. Ledusskapis tika izgudrots 1844. gadā. Čārlzs Smits Pjaci.

Pieteikums

Manis sagatavotos dzesēšanas maisījumus var izmantot dažādiem mērķiem. Piemēram, ar NaCl + sniega palīdzību var labi atdzesēt sulu un produktus. Protams, ja ledusskapī nav vietas. Šo maisījumu var izmantot arī pārtikas konservēšanai, jo tas ir videi draudzīgs un nekaitīgs.

Pilnīgākai atdzesēšanai līdz -400C tiek izmantots CaCl2*6H2O+H2O maisījums. Savos eksperimentos es sasniedzu minimālo temperatūru 50% koncentrācijā. Tas ir vienāds ar ~370С.

Pēc padarītā darba varu secināt, ka, lai gan CaCl2 * 6H20 + H2O ir labs maisījums - dod diezgan zemu temperatūru (~ -370C), tomēr uzskatu, ka ērtākais, videi draudzīgākais maisījums ir NaCl + sniegs 30 %.

Pēc padarītā darba varu secināt, ka, lai gan CaCl2 * 6H20 + H2O ir labs maisījums - dod diezgan zemu temperatūru (~ -370C), tomēr uzskatu, ka ērtākais, videi draudzīgākais maisījums ir NaCl + sniegs.

Praktiskos secinājumus no mana darba var izdarīt šādi.

Ar šo maisījumu palīdzību ir iespējams noteikt produkta kvalitatīvo sastāvu. Piemēram, sviests, krējums, piens, benzīns. Tas tiek darīts, izmantojot principu “trauks traukā”. Gatavo krio maisījumu ielej lielākā traukā, tajā ievieto mazāku trauku ar vēlamo sastāvdaļu. Pēc tam vienu termistora sensoru ievieto maisījumā, otru traukā ar produktu. Tiek veikta mērījumu sērija. No dažādu produkta sastāvdaļu dzesēšanas līknēm var uzzināt konkrētas vielas daudzumu testa šķidrumā.

Šim vienkāršajam uzlauzumam jums ir nepieciešams tikai ledus un sāls.

Piesardzības pasākumi

Lai izvairītos no termiskiem apdegumiem, strādājiet ar dzesēšanas maisījumiem aizsargcimdos un apģērbā ar garām piedurknēm.

Reaģenti un aprīkojums:

• ledus (750 g);
• galda sāls (nātrija hlorīds, 250 g);
• stikla trauki (2 gab.);
• dzēriena pudele.

Soli pa solim instrukcija

Lielā glāzē samaisiet ledu un sāli proporcijā 3:1. Dzesēšanas šķidruma maisījums ir gatavs. Tagad mēs ievietojam dzērienu dzesēšanas maisījumā. Dzēriens bija telpas temperatūra, un tagad līdz -2 °C! Tagad tas ir gatavs lietošanai!

Procesu skaidrojums

Dzesēšanas šķidruma maisījumi sastāv no divām vai vairākām cietām vielām (vai cietām vielām un šķidrumiem). Sajaucot, tie "atņem" siltumu un pazemina temperatūru no ārpuses. Procesi, kas absorbē siltumu no vide tiek saukti par endotermiskiem. Atvēsinošs ledus un galda sāls maisījums proporcijā 3:1 var nodrošināt -21 ° C temperatūru. Lai uzlabotu efektu, varat mainīt sāls un ledus attiecību vai pārklāt trauku ar ledu vai sniegu un pēc tam apkaisīt ar sāli. Ledus un hlorīda maisījums var pazemināt temperatūru līdz -55°C. Cietā oglekļa dioksīda (), kas sajaukts ar dietilēteri vai acetonu, temperatūra ir -78 ° C. Uz šādu sāļu un šķidrumu bāzes tiek gatavoti dzesēšanas maisījumi, kas tiek izmantoti arī cīņā pret ledu.