Казарян Марьям, Половинко Кристина, Саблина Елизавета
Творческая работа химического кружка " Химия для самых маленьких" Презентация содержит информацию: о технологии изготовления свечей, об разновидностях свечи, практическую работу: исследование пламени свечи.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Творческая работа теме: Свеча. Горение свечи. Выполнили ученицы 7 « А» класса МОУ «ООШ №39» Казарян Марьям, Половинко Кристина, Саблина Лиза
Свеча́ - традиционное приспособление для освещения, представляющее собой чаще всего цилиндр из твердого горючего материала (воск, стеарин, парафин) служащий своего рода резервуаром твёрдого топлива, подводимого в расплавленном виде к пламени фитилем.
Предки свечи - светильники; чаши, наполненные растительным маслом или легкоплавким жиром, с фитилем или просто щепочкой для подъёма горючего в зону горения. Некоторые народы использовали в качестве примитивных светильников фитили, вставленные в необработанный жир (даже тушку) животных, птиц или рыб. Первые восковые свечи появились в Средневековье. Свечи долгое время были очень дороги. Чтобы осветить большое помещение, требовались сотни свечей, они чадили, черня потолки и стены.
Технология изготовления Горючим материалом может служить сало, стеарин, пчелиный воск, парафин. В настоящее время это чаще всего смесь парафина с различными добавками. Фитиль пропитывают растворами селитры, хлористого аммония, борной кислоты для стабилизации горения пламени. По процессу изготовления свечи делят на: литые - парафиновые, стеариновые, гелевые мо́каные - обычно только восковые
Парафин - продукт перегонки нефти - наиболее популярен как материал для свечей и в том или ином виде входит в большинство свечей.
Пчелиный воск - натуральный продукт производства пчёл. Свечи из пчелиного воска дольше горят, чем парафиновые, и предпочтительнее, так как являются натуральными. Ввиду большей стоимости восковых свечей, нередко свечи изготавливают не целиком из пчелиного воска, а добавляют его к другим материалам для продления времени горения свечи и имитации натурального аромата
Стеарин - добавляется в парафин, чтобы тот сильнее сжимался при остывании и отлитые из него свечи было легче извлечь из формы. Также стеарин препятствует оплыванию свечей.
Гель. В конце ХХ века стали популярными свечи из прозрачного горючего, т. н. твёрдого «геля» . Гель позволяет создавать широкий ассортимент прозрачных декоративных свечей разнообразной формы.
Применение Свечи применяются как источник освещения начиная с III тысячелетия до н. э. До появления и распространения электричества наряду с лампадами это был основной источник освещения. Свечи используются в этом качестве и на начало XXI века при осутствии электричества. Поскольку электрические источники освещения вытесняют все прочие, то на первый план выходят другие способы применения свечей. Свечи широко используются в декоративных целях, как украшения. Также часто их используют для создания романтической атмосферы. Ароматизированные свечи и свечи из пчелиного воска (источающие природный аромат) используются и для наполения помещения запахом.
Праздники Свечи часто применяются на праздновании дня святого Валентина, свадьбах и других праздниках. На венчании в православии используются так называемые венчальные свечи. Они белого цвета и вытянутые. Во время церемонии венчания их держат в руках и жених, и невеста. В случае если оба новобрачных венчаются не в первый раз, венчальные свечи не подаются. Существуют суеверия: у кого свеча будет дольше гореть, тот будет дольше жить; погасшая венчальная свеча предвещает всевозможные несчастья.
Измерение времени До появления более совершенных приборов для измерения времени (таких как механические и электронные часы) свечи нередко использовались в этом качестве, заменяя солнечные и песочные часы. Цилиндрическая свеча горит равномерно, что позволяет отмерять время с помощью часовых засечек на свече. Также с XVIII века известно усовершенствование свечных часов (т. н. огненные часы): к свече с обеих сторон приделывали грузики, а саму свечу ставили над каким-либо металлическим предметом. Когда свеча догорала до места крепления грузов, те падали и издавали громкий звук, аналогичный бою часов. Такие свечи использовались шахтёрами вплоть до XX века. Свечи использовались для измерения времени ещё в Китае, династией Сун (960-1279)
Опишите цвет каждой зоны пламени. Чем могут отличаться три зоны пламени? температура внутренней части пламени наименьшая, внешней - наибольшая. Учащиеся записывают данный вывод. 1. Исследование строения пламени
Горение свечи Горение свечи было предметом исследования многих естествоиспытателей. Их привлекало изучение структуры пламени (см. рис. справа). 4. Окислительное пламя Холодная часть пламени Восстановительное пламя Наиболее светящаяся часть Окислительное пламя
Схема происходящей химической реакции горения парафина: Что вы можете сказать о составе пламени? Одинаков ли состав каждой зоны? 2. Исследование состава пламени
Предположите, какое это вещество? (Газообразный парафин.) Физическое или химическое явление наблюдается в данном случае? Можно сделать вывод: внутренняя часть пламени представляет собой газообразный парафин Исследование внутренней части пламени
Для исследования средней части пламени на несколько секунд внести фарфоровую чашку во внешнюю часть пламени (белое дно чашки остается неизменным), и на секунду - в среднюю часть пламени. Дно чашки покрывается копотью. Вывод: средняя часть пламени содержит углерод, образовавшийся в результате химической реакции. Вопрос: почему средняя часть пламени ярко светится? (Потому что частицы углерода сильно раскалены.) Исследование средней части пламени
анализируя схему реакции горения парафина; можно предположить, что во внешней, третьей зоне пламени образуются углекислый газ и вода. Предложите способ доказательства этой гипотезы с помощью одного из представленных приборов (сосуды не имеют дна) Исследование внешней части пламени
Каждый прибор может быть использован. На железную решетку с ножками устанавливаем зажженную свечу и накрываем ее воронкой. Через некоторое время воронка запотевает в результате образования воды Горящая лучина, поднесенная к верхнему отверстию воронки, гаснет, так как через него выходит другой продукт реакции - углекислый газ.
Необходим ли кислород для горения свечи? Вопрос
В настоящих чтениях я предполагаю изложить
вам историю свечи с химической точки зрения.
Я очень охотно берусь за этот вопрос, так как он
очень интересен и чрезвычайно разнообразны пути,
открываемые им для изучения природы. Нет ни
одного закона, управляющего мировыми явлениями,
который не проявился бы в истории свечи и
которого не пришлось бы коснуться. Нет лучших
дверей, более широко открытых для изучения
природы, чем рассмотрение физических явлений,
разыгрывающихся при горении свечи.
Начну с пламени свечи. Зажжем одну или две свечи;
вы замечаете, как велика разница между лампой и
свечой. В лампе имеется резервуар с маслом, в
которое погружен фитиль, сделанный из хлопчатой
бумаги. Конец фитиля зажигают; когда пламя
доходит до масла, оно там гаснет, продолжая
гореть в верхней части фитиля. Вы, без сомнения,
спросите: как это может быть, чтобы масло, не
горящее само по себе, поднималось по фитилю и
стало бы гореть на конце его? Мы это исследуем!
При горении свечи происходят еще более
диковинные вещи. Ведь мы имеем твердое вещество,
не нуждающееся в резервуаре, – как может это
вещество пробраться туда, где мы видим пламя, не
будучи жидким? Или же, если оно превращается в
жидкость, как может оно сохраняться, не
разливаясь? Преудивительная вещь эта свеча!
В нашей комнате чувствуется сильное течение
воздуха; для некоторых наших опытов это может
оказаться вредным. Чтобы внести правильность в
наше исследование и упростить его, я получу
совершенно спокойное пламя; ибо, как можно
исследовать какое-нибудь явление, если оно
сопровождается всякими посторонними
обстоятельствами?
Для нашей цели мы можем кой-чему поучиться у
торговок, продающих свой товар вечером на улицах.
Я часто наблюдал их приспособление. Они окружают
свечу цилиндрическим стеклом, укрепленным на
своего рода галерее, охватывающей свечу: по
желанию стекло с оправой можно подымать и
опускать. При помощи такого стекла можно
получить совершенно спокойное пламя, которое
легко исследовать во всех подробностях.
Прежде всего обратим внимание на то, как верхний
слой свечи непосредственно под пламенем
образует углубление вроде красивой чашечки.
Воздух, притекающий к свече, поднимается кверху
благодаря току, вызванному теплотой пламени;
вследствие движения воздуха внешние слои свечи
охлаждаются. Середина тает сильнее, чем края
чашечки, так как посредине сильнее всего
действие пламени, стремящегося опуститься вниз
по фитилю.
Пока воздух равномерно притекает со всех сторон,
до тех пор края чашечки остаются совершенно
ровными, и расплавленная масса свечи, плавающая
по чашечке, имеет горизонтальную поверхность.
Стоит мне лишь подуть сбоку на свечу, как края
чашечки сейчас же скашиваются, и расплавленная
масса свечи вытекает, повинуясь тем же законам,
которые управляют движением миров. Вы видите,
таким образом, что чашечка в верхней части свечи
образуется благодаря равномерно восходящему
току воздуха, охлаждающего со всех сторон
наружный слой свечи. Только те вещества пригодны
для изготовления свечей, которые при горении
способны образовать такую чашечку.
Мы можем сделать несколько наблюдений над
влиянием восходящего тока воздуха, которые не
мешает запомнить. Здесь с одной стороны свечи
образовался натек, так что свеча в этом месте
стала толще. В то время как свеча продолжает
спокойно сгорать, утолщение остается на своем
месте и образует на краю свечи выдающийся
столбик; так как он возвышается над остальной
массой воска и удален от середины свечи, то
воздух легче охлаждает его и дает ему
возможность противостоять действию тепла,
несмотря на близость пламени.
Таким образом, как и во многих других случаях,
ошибка или неправильный прием обогащают наше
знание; не будь этих ошибок, мы, может быть, с
трудом получили бы эти сведения. Невольно в этих
случаях мы делаемся исследователями природы. Я
надеюсь, что вы, встретив новое явление, не
забудете спросить себя: «Где причина явления? Как
все это происходит?» – и с течением времени
непременно найдете ответ на ваши вопросы.
Другой вопрос, на который мы должны ответить, –
это следующий: как поступает горючий материал из
чашечки по светильне к тому месту, где происходит
горение? Вы знаете, что у восковых, стеариновых
свечей пламя не опускается по горящему фитилю к
горючему материалу, расплавляя его целиком, но
остается на своем месте, на некотором расстоянии
от расплавленной массы и не нарушая целости
краев чашечки. Я не могу себе представить лучшего
приспособления: всякая часть свечи помогает
остальным в достижении наилучшего действия.
Разве не чудесно видеть, как постепенно сгорает
это горючее вещество, как пламя трогает его,
несмотря на то, что пламя это могло бы целиком
разрушить воск, если бы дать ему слишком
приблизиться к нему?
Каким образом пламя питается горючим материалом?
При помощи капиллярного притяжения.
«Капиллярное притяжение?» - спрашиваете вы.
«Волосность»? Ну, название большого значения не
имеет - его придумали, когда не было правильного
представления о силе, которая обозначалась этим
названием. Действие этого так называемого
капиллярного притяжения оказывается в том, что
горючий материал проводится к месту сгорания и
там откладывается, и притом не как-нибудь, а как
раз в середине очага, в котором происходит
процесс горения.
Единственная причина того, что свеча не
прогорает вдоль фитиля, состоит в том, что
расплавленное сало тушит пламя. Вы знаете, что
свеча сейчас же гаснет, если ее перевернуть так,
чтобы расплавленная масса свечи стекала по
фитилю до его конца. Это происходит оттого, что
пламя не успевает нагреть достаточно сильно
притекающий в большом количестве расплавленный
горючий материал. Когда же пламя находится в
обыкновенном своем положении, т.е. над
расплавленной массой, то новые количества свежей
массы расплавляются, постепенно поднимаются по
светильне, и пламя может действовать со всей
своей силой.
Теперь мы подходим к очень важному явлению,
требующему подробного изучения; иначе вы не
будете в состоянии вполне разобраться в том, что
представляет собой пламя свечи. Я имею в виду
газообразное состояние горючего материала.
Чтобы вы хорошенько поняли меня, я покажу вам
красивый, хотя и простой опыт. Когда вы тушите
свечу, то вы замечаете, как подымается дымок от
фитиля; вы, наверное, знакомы с неприятным
запахом этих газов, испускаемых потушенной
свечой. Если погасить свечу очень осторожно, то
легко можно обнаружить газы, в которые
превратилось твердое вещество свечи.
Я потушу теперь свечу так, чтобы не вызвать
движения воздуха; для этого мне стоит лишь
некоторое время подышать на свечу. Если я теперь
поднесу горящую лучину на расстоянии 5–8 см от
конца светильни, то вы увидите, как пламя по струе
паров, идущих от свечи, перескакивает на фитиль.
Все это надо производить достаточно быстро, в
противном случае газы успевают остыть и
сгуститься, или же струя горючих паров успеет
рассеяться в воздухе.
Теперь мы рассмотрим очертание и строение
пламени. Для нас важно ознакомиться с состоянием
пламени, в котором оно находится на конце
светильни, где пламя обладает таким блеском и
красотой, каких мы нигде в других явлениях не
можем наблюдать. Вы знакомы с прекрасным блеском
золота и серебра, а еще более замечательным
блеском и игрой драгоценных камней, вроде рубина
и алмаза, но ничто не может сравниться с красотой
пламени. Какой алмаз светит подобно пламени? В
ночное время он черпает свой блеск именно от
пламени, освещающего его. Пламя освещает мрак -
свет алмаза ничто; он появляется лишь, когда луч
света пламени падает на алмаз. Свеча светит сама.
Изучим подробнее строение пламени в том виде, в
каком оно находится у нас внутри нашего стекла.
Пламя это постоянно и однородно; оно имеет в
общем ту форму, как изображено на нашем рисунке,
но, смотря по состоянию воздуха и по величине
свечи, форма эта может значительно
видоизменяться. Оно образует конус, округленный
в своей нижней части; верхняя часть конуса
светлее нижней. Внизу, у светильни, легко
обнаружить более темную часть, внутри которой
сгорание не столь совершенно, как в верхних
частях пламени.
Представьте себе рисунок пламени,
сделанный много лет тому назад Гукером, когда он
производил свои исследования. На рисунке
изображено пламя лампы, но его можно применить и
к пламени свечи; резервуар для масла
соответствует чашечке свечи, масло отвечает
расплавленной свечной массе, а фитиль имеется в
обоих случаях. Вокруг фитиля Гукер изобразил
пламя, а вокруг последнего он совершенно
правильно изобразил еще один невидимый слой, о
котором вы, вероятно, ничего не знаете, если
вообще незнакомы каким-либо образом с этим
явлением. Он изобразил окружающий воздух,
имеющий существенное значение для пламени и
всегда находящийся вблизи него. Далее, он
изобразил ток воздуха, вытягивающий пламя
вверху; пламя, которое вы здесь видите,
действительно вытягивается током воздуха и
притом на довольно значительную высоту
совершенно так же, как это изобразил Гукер на
своем рисунке.
Легче всего убедиться в этом, выставив горящую
свечу на свет и рассматривая ее тень, полученную
на белом экране. Не правда ли, удивительно: пламя,
обладающее достаточным светом, чтобы образовать
тень других предметов, само дает тень? При этом
ясно видно, как что-то такое, не принадлежащее
самому пламени, обтекает его, поднимается кверху
и увлекает за собой пламя.
Теперь обращу ваше внимание на другие
факты. Различные виды пламени, которые вы имеете
здесь перед собой, значительно разнятся друг от
друга по своей форме; это зависит от различного
распределения воздушных токов, охватывающих их.
Мы можем получить такое пламя, которое по своей
неподвижности напоминает твердое тело, так что
его легко сфотографировать; такие фотографии
необходимы для более подробного изучения
природы пламени. Но это еще не все, что я хочу
сообщить вам.
Если я возьму достаточно длинное пламя, то оно не
станет сохранять некоторую устойчивую
равномерную форму, но с удивительной силой будет
ветвиться. Чтобы показать это явление, я вместо
воска или сала свечи возьму новый горючий
материал. В качестве светильни я беру большой ком
ваты. Я погрузил его в спирт и зажигаю – чем
отличается он от обыкновенной свечи? Той силой, с
которой происходит горение; никогда у свечи мы не
замечаем такого сильного и подвижного пламени.
Вы видите, как великолепные языки пламени
непрерывно вздымаются кверху! Направление
пламени осталось тем же: оно стремится снизу
вверх; но совершенно ново, по сравнению со свечой,
это удивительное разделение пламени на
отдельные ветки и выступы, на эти лижущие языки.
Отчего это происходит? Я объясню это вам, и, когда
вы хорошенько разберете это явление, вам будет
легко следовать за моим дальнейшим изложением. Я
уверен, что многие из вас уже сами проделывали
опыт, который я вам сейчас покажу.
Ведь многим из вас известна детская игра, состоящая в том, что в темной комнате льют спирт в чашку с изюмом или сливами и затем зажигают его. Эта игра как нельзя лучше воспроизводит рассматриваемое нами явление. Вот у меня чашка; чтобы опыт хорошо удался, нужно предварительно нагреть чашку; недурно нагреть и изюм или сливы. В свече мы наблюдали образование чашечки с расплавленным горючим материалом; здесь мы взяли чашку со спиртом, а роль светильни свечи играет изюм. Я зажигаю спирт, и сразу вырываются чудесные огненные языки; воздух через края чашки переливается в нее и вытесняет эти языки. Как так? Да так, что при сильном притоке воздуха, благодаря неравномерному горению, пламя не может ровной струей подниматься кверху. Воздух так неравномерно притекает в чашку, что пламя, которое при иных условиях могло бы представлять нечто цельное, в данном случае разрывается на множество отдельных частей, существующих независимо друг от друга. Я почти хотел бы сказать, что мы видим здесь множество отдельных свечей. Но вы не должны думать, будто те отдельные языки, какие здесь одновременно видны, в совокупности своей дали бы изображение пламени. Никогда пламя, какое мы получили при горении нашей ваты, не имеет той формы, какую мы видели. Это был ряд очертаний, следовавших так быстро одно за другим, что глаз не мог их рассмотреть в отдельности, и потому получилось впечатление от всех одновременно.
Рассмотрение физических явлений, происходящих при горении свечи, представляет собой самый широкий путь, которым можно подойти к изучению естествознания...
Я собираюсь изложить вам... ряд сведений по химии, которые можно извлечь из горящей свечи.
М. Фарадей
Опыт 1
Физические явления при горении свечи
Зажгите свечу. Вы увидите, как начинает таять парафин около фитиля, образуя круглую лужицу. Какой процесс (физический или химический) здесь имеет место?
Возьмите тигельными щипцами изогнутую под прямым углом стеклянную трубку, один конец ее внесите в среднюю часть пламени, а другой опустите в пробирку. Что вы наблюдаете?
1. Парафин тает. Это плавление - физический процесс.
2. Стенки пробирки запотевают - это конденсация - физический процесс.
Опыт 2
Обнаружение продуктов горения в пламени
Возьмите тигельными щипцами кусочек жести (2x2 см) от консервной банки или предметное стекло, внесите в зону темного конуса горящей свечи и подержите 3-5 с. Быстро поднимите жесть (стекло), посмотрите на нижнюю плоскость. Объясните, что там появилось.
Сухую пробирку закрепите в держателе, переверните вверх дном и подержите над пламенем до запотевания. Объясните наблюдаемое явление.
В ту же пробирку быстро прилейте 2-3 мл известковой воды. Что наблюдаете? Дайте объяснение.
1. Появилось темное (черное) пятно - это сажа (углерод) образовавшийся при горении парафина.
2. На стенках пробирки конденсируется влага. Это конденсируется вода, один из продуктов горения парафина.
3. При приливании пробирку известковой воды она мутнеет:
Это говорит о том, что вторым продуктом горения парафина является углекислый газ.
Влияние воздуха на горение свечи
Вставьте стеклянную трубку с оттянутым концом в резиновую грушу, Сжимая ее рукой, продуйте в пламя горящей свечи воздух. Как изменилась яркость пламени?
1) Зажгите одну обыкновенную цилиндрической формы свечу, которые используем для хозяйственных нужд. Наблюдайте за процессом горения свечи. Что дает нам горящая свеча?
2) Создайте такие условия, чтобы пламя свечи было спокойным. Рассмотрите внимательно устойчивое пламя свечи, опишите ваши наблюдения. Отразите форму свечи у фитиля.
3) Создайте в одном направлении небольшой ветерок (тихо подуйте), опишите ваши наблюдения. Какие изменения произошли со свечей?
4) Повторите п.2 и п.3 вашего эксперимента используя свечу не имеющую форму правильного цилиндра или покрытую желобками, или фигурную свечу, а так же ароматическую свечу, обыкновенной цилиндрической формы.
5) Опишите ваши наблюдения и сделайте выводы.
Выводы.
1) Воздух, находящийся над пламенем свечи нагревается, расширяется и становится менее плотным и более легким, чем окружающий его холодный воздух. Теплый воздух поднимается верх, а его место занимает холодный воздух. Происходит постоянный ток воздуха, струя которого охлаждает со всех сторон вещество, из которого сделана свеча, его внешний слой намного холоднее, чем середина. Середина плавится от пламени, доходящего по фитилю до того места, ниже которого оно гаснет. Наружная часть свечи не плавится.
2) Чашечка правильной формы образуется благодаря равномерному восходящему потоку воздуха, действующему на всю внешнюю поверхность свечи и не дающему ей разогреться.
3) При горении свечи, не имеющей правильной формы, и покрытую желобками, не получается чашечка с ровными краями, из-за неравномерности тока воздуха и плохой формы чашечки, которая при этом образуется, поэтому вниз по свечке стекает парафин, образуются потеки.
4) При горении ароматической свечи по комнате распространяется запах цитрусовых фруктов благодаря очень интересному и важному физическому явлению - диффузии (взаимного проникновения молекул одного вещества между молекул другого вещества).
5) Горючее попадает в пламя благодаря такому явлению как смачивание (притяжение молекул друг к другу твердого тела и жидкости). Фитиль, пропитанный воском или парафином, изготавливают из хлопчатобумажных нитей, которые имеют капилляры диаметром меньше волоса. По этим капиллярам жидкость поднимается вверх за счет дополнительного возникающего давления. Горючее переносится к тому месту, где происходит сгорание, и притом не как-нибудь, а идеально к центру пламени.
(Все выводы обобщающие ответы учащихся на слайдах)
Опыт №2 . « Изучение строения пламени»
Порядок выполнения работы (Инструктаж ТБ)
1) Еще раз зажжем свечу и рассмотрим, какое строение имеет пламя. Выделите три зоны: нижняя часть пламени, средняя часть и внешняя часть пламени. Постарайтесь заметить, что каждая зона отличается друг от друга цветом. Опишите цвет пламени каждой из зон, заполните таблицу 1.
2) Пронаблюдайте различие температуры каждой зоны. Для этого вносите спички в разные зоны пламени и обратите внимание на скорость воспламенения спичечной головки. Время воспламенения фиксируйте с помощью секундомера, заполните графы таблицы 1.
Таблица 1
Ответ учащихся: Строение пламени? Пламя имеет несколько вытянутый вид, вверху оно ярче, чем внизу около фитиля.
Цвет пламени?
Время воспламенения? (заполняем таблицу на доске).
Учитель: (Обобщение ответов учащихся на слайдах). При внесении спички в нижнюю зону пламени воспламенение происходит за 1.04 секунд; при внесении спички в среднюю зону пламени воспламенение происходит за 0,9 секунд; при внесении спички во внешнюю часть пламени воспламенение происходит за 0,1 секунд. Следовательно, нижняя зона имеет более низкую температуру, а средняя и внешняя зоны имеют более высокие температуры. Используя справочную литературу отмечаем: нижняя зона имеет температуру 7000 С, средняя зона имеет 11000 С, внешняя имеет 14000 С. Можно сделать для себя вывод, что для быстрого нагревания чего – либо необходимо использовать верхнюю часть пламени и не только свечи.
(вывод на слайдах)
Чтобы убедиться, что различные зоны пламени имеют разную температуру, можно провести и другой опыт. Поместить лучинку (или очищенную спичку) в пламя так, чтобы она пересекала все три зоны. Мы увидим, что лучинка сильнее обуглилась там, где она попала в среднюю и верхнюю зоны. Значит, пламя там более горячее. (совместно с учителем)
Опыт №3 «Обнаружение продуктов горения в пламени» (совместно с учителем) (Инструктаж ТБ)
Порядок выполнения работы
Определим состав каждой зоны пламени свечи.
Учитель: В ходе проведения двух первых экспериментов вы наблюдали за процессом горения и отметили для себя, что в нижней зоне пламени свечи находится газообразный парафин. Запишите это в своей таблице и переходите к выполнению №3 опыта.
(вывод на слайдах)
1) В среднюю зону пламени свечи внесем пластину из жести, закрепленную в держателе, и подержим 5-7 с. Быстро поднимем пластинку. Нижняя плоскость пластинки закоптилась.
Вывод: Нижняя плоскость пластинки из жести закоптилась, так как парафин сгорает не полностью, в результате образовалась сажа – это чистый углерод. (вывод на слайдах)
2) Сухую, охлажденную, но не запотевшую пробирку закрепим в держателе, перевернем вверх дном и подержим над пламенем до запотевания.
На стенках пробирки появляются меленькие капельки воды. Затем, в эту же пробирку быстро перельем известковую воду.
Вывод: В пробирке конденсируется вода. После того, как в пробирку перельем известковую воду, замечаем, что известковая вода мутнеет. Следовательно, продуктами горения парафина свечи являются углекислый газ и вода. Составим схему горения парафиновой свечи :
Парафин + кислород = вода + углекислый газ. (на слайде)
По итогам проведенного опыта составим таблицу. (работа у доски)
Таблица 2
Учитель: Давайте, еще раз определим, чем же поддерживается процесс горения свечи. Для этого выполним следующий опыт № 4.
Опыт № 4 « Влияние воздуха на горение свечи»
Оборудование: свеча, стакан, стеклянная банка емкостью 0,5 литра, стеклянная банка емкостью 3 литра.
Порядок выполнения работы.
1. Зажгите свечу и накройте ее стаканом, измерьте время её горения.
2. Зажгите свечу и накройте ее стеклянной банкой емкостью 0,5 литра и измерьте время горения.
3. Зажгите свечу и накройте ее стеклянной банкой емкостью 3 литра и измерьте время горения.
4. Данные представьте в виде таблицы и сделайте вывод.
Таблица 3
Вывод. Горение свечи зависит от кислорода, который содержится в воздухе и чем больше объем воздуха, тем дольше горит свеча. (вывод на слайдах)
Введение…………………………………………………………………………………………………………………………..……..1I Литературный обзор
История создания свечи……………………………………………………………………………………………………2
Виды свечей……………………………………………………………………………………………………………………...3
Мыловарение……………………………………………………………………………………………………………….…..4
2.1 Физический анализ свеч………………………………………………………………………………………….………..5
2.2 Где самая горячая часть свечи?………………………………………………………………………………….…….6
2.3 Что горит в свече? ……………………………………………………………………………………………………………..6
2.4 Химический анализ продуктов сгорания свечи………………………………………………………….…….6
III Изготовление и практическое применение свечей
3.1 Изготовление свеч……………………………………………………………………………………………………………..7
3.1.1 Восковая свеча
3.1.2 Парафиновая свеча
3.1.3 Стеариновая свеча
3.2 Получение мыла из стеарина………………………………………………………………………………………….…8
Выводы……………………………………………………………………………………………………………………………………..8
Заключение
Список литературы
Приложения
Введение
Хотя свечи давно уже вытеснены электрическими лампами, они по-прежнему в ходу и создают праздничное настроение на Новый год, а порой выручают во время неожиданного отключения электричества. В настоящее время свечи можно найти самых различных цветов и форм. Их применяют в декоративных целях, для ароматизации помещений, для измерения времени. Свечи нашли свое применение и в религии. Церковные свечи и свечи в буддизме имеют тонкую удлиненную форму и сделаны из воска. Тему свечей, игры света и тени использовали в своём творчестве многие знаменитые художники. Перу Бориса Пастернака принадлежит написанное в 1946-м году известное стихотворение «Зимняя ночь», главным действующим лицом которого является свеча. Такие магические и притягивающие, известные человеку с глубокой древности они стали темой моего проекта.
Актуальность исследования: Свечи возникли в глубокой древности, но и сейчас они по-прежнему пользуются популярностью: создают праздничное настроение на Новый год и спасают нас во время неожиданного отключения электричества. Несмотря на то, что свеча это самый обычный предмет для нас мы мало что знаем о ней.
Задачи исследования:
Проанализировать научную литературу по данной теме
Сравнить физические свойства свечей из различных материалов
Выяснить где самая горячая часть пламени и что именно горит в свече.
Провести химический анализ продуктов сгорания свечей из различных материалов
Сделать свечи различных материалов своими руками
Изготовить мыло
I Литературный обзор
1.1 История создания свечи.
Свечи были изобретены человеком очень давно, однако долгое время применялись лишь в домах богатых людей и стоили дорого. Горючим материалом для свечи может служить: сало, стеарин, воск, парафин, спермацет или другое вещество с подходящими свойствами (легкоплавкость, горючесть, твердое). Прототипом свечи являются чаши, наполненные маслом или жиром, с щепочкой в качестве фитиля (позднее стали использовать фитильки из волокна или ткани). Такие светильники давали неприятный запах и очень сильно коптили. Первые свечи современной конструкции появились в Средневековье и изготавливались из жира (чаще всего) или из воска. Восковые свечи долгое время были очень дороги. Чтобы осветить большое помещение, требовались сотни свечей, они чадили, черня потолки и стены. В XV веке медленно начала возрастать популярность пчелиного воска как горючего материала для свечей. В XVI-XVII веках американскими колонистами было изобретено получение воска из некоторых местных растений, и свечи, произведенные этим способом, временно набрали большую популярность - они не дымили, не таяли так сильно как сальные, однако их производство было трудоемким, и популярность вскоре сошла на нет. Развитие китобойной промышленности в конце XVIII века внесло первые существенные изменения в процесс производства свечей, потому что спермацет (воскоподобный жир, получаемый из верхней части головы кашалота) стал легко доступным. Спермацет горел лучше, чем жир и при этом не дымил, и в общем был ближе к пчелиному воску по свойствам и преимуществам. Большинство изобретений, повлиявших на свечное дело, относится к XIX веку. В 1820 г французский химик Мишель Шевроль открыл возможность выделения смеси жирных кислот из животных жиров - т. н. стеарина. Стеарин, иначе иногда называемый стеариновым воском из-за подобных воску свойств, оказался твёрдым, жёстким и горел без копоти и почти без запаха, а технология его производства не являлась затратной. И как следствие, вскоре стеариновые свечи почти полностью вытеснили все другие виды свечей, было налажено массовое производство. Примерно тогда же была освоена технология пропитки фитилей свечей борной кислотой, что избавляло от необходимости часто снимать остатки фитиля (если их не снимать, они могли затушить свечу). Ближе к началу XX века химики смогли выделить нефтяной воск - парафин. Парафин чисто и ровно горел, практически не давая запаха (сильный запах имел лишь дым, образующийся при тушении свечи, но этот запах не был сильно неприятным), и его было дешевле производить, чем любое другое горючее вещество для свечей, известное к тому времени. Единственным его недостатком была низкая температура плавления (по сравнению со стеарином), из-за чего свечи имели свойство оплывать раньше, чем сгорают, но эта проблема была решена, после того, как в парафин начали добавлять более твёрдый и тугоплавкий стеарин. Даже при внедрении электрического освещения довольно долгое время в начале XX века парафиновые свечи только набирали популярность, этому способствовало бурное развитие нефтяной промышленности в то время. Со временем их значение в освещении сменялось на декоративное и эстетическое.
На сегодняшний день парафиновые свечи среди свечей являются почти единственным видом. Свечи делают из смеси высокоочищенного (снежно-белого или слегка прозрачного) парафина с небольшим количеством стеарина, либо из малоочищенного (желтого) парафина, как с добавкой стеарина, так и без нее. Первые более эстетичны и менее пахучи, вторые не так сильно оплывают. Изредка производятся свечи из неочищенного парафина (красно-желтого) без добавок, которые очень сильно оплывают, и поэтому не пользуются спросом.
1.2 Виды свечей
При изготовлении свечей используются:
Парафин - воскоподобная смесь предельных углеводородов (минеральный воск) состава от С 18 Н 38 до С 35 Н 72 . Обладает низкой химической активностью и плохо растворяется в воде. Продукт перегонки нефти - наиболее популярен как материал для свечей, и в том или ином виде входит в состав большинства свечей. В XIX веке существенно потеснил стеарин, как свечной материал.
Пчелиный воск - натуральный продукт производства пчёл. Простые липиды (сложные эфиры высших жирных кислот и высших высокомолекулярных спиртов). Пчелиный воск состоит главным образом из эфира и пальмитиновой кислоты и мирицилового спирта. Воск очень устойчив, нерастворим в воде, но хорошо растворим в бензине, хлороформе, эфире. Свечи из пчелиного воска горят дольше и ярче, чем парафиновые, и предпочитаются ценителями, поскольку являются натуральными. Ввиду большей стоимости восковых свечей, нередко свечи изготавливают не целиком из пчелиного воска, а добавляют его к другим материалам для продления времени горения свечи и имитации натурального аромата. Воск, использующийся для свечей, бывает разных видов.
Стеарин - стеариновая кислота с примесью пальмитиновой, олеиновой и других насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Добавляется в парафин, чтобы тот сильнее сжимался и при остывании, отлитые из него свечи было легче извлечь из формы. Также стеарин препятствует оплыванию свечей. Некоторое время стеарин был основным материалом для изготовления свечей, пока не научились извлекать парафин из сырой нефти.
Глицерин - используется в смеси с желатином и танином. Свечи из глицерина получаются совершенно прозрачные, разными красителями им можно придать любой цвет. Внутри глицериновой свечи можно помещать разнообразные композиции из цветного парафина, что придаёт свече необыкновенные декоративные свойства.
Жир , например говяжий. В некоторых странах из-за борьбы с полнотой этому жиру пытаются найти другое применение, кроме пищевого. В жировые свечи обычно добавляют натриевую селитру (до 5 %) и алюмокалиевые квасцы (до 5 % по весу). Свечи горят чисто, без дыма и копоти.
1.3 Мыловарение
Мыло было изобретено намного раньше пороха и бумаги, неизвестно когда и неизвестно кем. Оно получилось впервые, когда расплавленный жир, стекая с жарящегося мяса, падал на древесную золу. Жир тут же частично гидролизовался, образуя жирные кислоты, которые соединялись с солями натрия и калия в золе. Эти соединения и были собственно мылом. Это первое поверхностно-активное вещество. На научную основу производство мыла было поставлено в начале XIX века. Этому способствовали многочисленные исследования французского химика М.Шевраля в области химии жиров. Шеврель установил, что основа любого мыла- жиры это химические соединения глицерина с высшими жирными кислотами. В середине XIX века химики могли точно назвать состав всех полученных и применяемых мыл. С тех пор производство мыла не претерпело принципиальных изменений. Очищающее действие мыла – сложный процесс. Молекула соли высшей карбоновой кислоты имеет полярную ионную часть (-СОО Na ) и неполярный углеводородный радикал. Полярная часть молекулы растворима в воде (гидрофильна), а неполярная- в жирах и других малополярных веществах (гидрофобна). В обычных условиях частицы жира или масла слипаются между собой, образуя в водной среде отдельную фазу. В присутствии мыла картина резко меняется. Неполярные концы молекулы мыла растворяются в каплях масла, полярные карбоксилат-анионы остаются в водном растворе. В результате отталкивания одноименных зарядов на поверхности масла оно разбивается на мельчайшие частицы, каждая из которых имеет ионную оболочку из анионов- СОО - . Наличие этой оболочки предохраняет частицы от слияния, в результате чего образуется устойчивая эмульсия масла в воде. Эмульгирование жира и сала, содержащих грязь, и обусловливает очищающее действие мыла.
II Экспериментальная часть
2.1 Физический анализ свеч
Для физического анализа взяли свечи из различных материалов и сравнили их свойства
Наблюдения
Восковая свеча
Парафиновая свеча
Стеариновая свеча
Внешний вид свечи
Твердое вещество желто-бурого цвета
Твердое вещество грязно-белого цвета
Твердое вещество белого цвета
Время горения свечи
Горит дольше
Горит меньше
Горит дольше
Наличие запаха при горении
Выделяет слабый медовый запах
Нет
Нет
Образование копоти при горении
Коптит меньше
Коптит больше
Коптит меньше
Яркость пламени
Практически одинаковая
Оплывание свечи при горении
Оплывает меньше
Оплывает больше
Оплывает меньше
2.2 Где находится самое горячее место пламени
На первый взгляд кажется- в самом центре. Мы проверили это, подержав над серединой пламени свечи, поперек ему, лист бумаги. В комнате не должно быть сквозняков, чтобы пламя было ровным и не колебалось.
Результаты исследования
На бумаге появилась обугленная область в форме кольца. Оно было тем уже, чем выше держали бумагу, и превратилось в сплошное пятно на уровне верхней трети пламени- там и находится самое горячее его место. Этот, казалось бы, странный результат окажется совершенно очевидным, если вспомнить, что для горения необходим кислород. В пламя он поступает только с периферии, и только там идет реакция горения. Поэтому и температура пламени в различных его частях различна.
2.3 Что горит в свече
Вероятно, материал, из которого он изготовлен (парафин, стеарин или воск). Но если мы перевернем горящую свечу- то материал потечет по фитилю и, вместо того, чтобы вспыхнуть, погасит его. Так что же горит в свече? Мы осторожно задули свечу, слегка дохнув на нее. От фитиля потянулась тонкая струйка голубоватого дымка. Поднесли к ней спичку.
Результаты исследования
Пламя по этой струйке с расстояния 1-2 сантиметра перескочило на фитиль и свеча загорелась вновь. То, что мы приняли за дым, были пары парафина (стеарина или воска)- именно они горят в свече. Расплавленный материал парафин (стеарин или воск) поднимается по фитилю, как вода по тонкому капилляру. Пламя спички его испаряет и зажигает пары. Фитиль служит только «трубопроводом», подающим горючее в «топку»,- язычок пламени.
2.4 Химический анализ продуктов сгорания свечи
Обнаружение сажи: закрепили предметное стекло в держателе, внесли в зону темного конуса горящей свечи и подержали 3 секунды. Быстро подняли стекло и осмотрели нижнюю плоскость. Темное пятно укажет на наличие сажи.
Обнаружение воды: сухую пробирку закрепили в держателе, перевернули вверх дном и подержали над пламенем до запотевания. Запотевшая стенка пробирки укажет на образование воды
Обнаружение углекислого газа: в ту же пробирку прилили 2 мл известковой воды. По помутнению известкой воды судили об образовании углекислого газа.
Результаты исследования
Продукты сгорания
Восковая
Парафиновая
Стеариновая
Сажа
+
+
+
Вода
+
+
+
Углекислый газ
+
+
+
Уравнения реакции горения
Восковая свеча 2 C 15 H 31 COOC 31 H 63 + 139 O 2 =94 CO 2 + 94 H 2 O
Парафиновая свеча 2 C 16 H 34 +49 O 2 =32 CO 2 + 34 H 2 O C 17 H 36 + 26 O 2 =17 CO 2 + 18 H 2 O
Стеариновая свеча C 17 H 35 COOH+ 26O 2 =18O 2 + 18H 2 O
III Изготовление и практическое применение различных видов свеч.
3.1 Изготовление свеч своими руками
3.1.1 Восковая свеча
Восковую свечу сделали из пчелиного воска. Пчелиный воск можно купить у продавцов меда. Для изготовления мы выбрали метод «сучения»: фитиль натягивают горизонтально и равномерно облепляют его воском, размягченный в теплой воде. Когда заготовка достигнет нужной толщины, ее начинают катать по гладкой доске плоской дощечкой, чтобы придать будущей свече цилиндрическую форму. Затем свечу обрезают снизу и вытягивают ее верхушку.
3.1.2 Парафиновая свеча
Так как получить парафин самостоятельно не представляется возможным, то для изготовления парафиновой свечи нужного размера мы взяли готовую парафиновую свечу и методом отливки изготовили из нее новую. Для этого изготовили форму и закрепили в ней фитиль. Форму можно изготовить из любого материала, выдерживающего нагрев до 50 градусов. Стенки формы смазали жидкостью для мытья посуды и дали ей подсохнуть. Нагретый на водяной бане до жидкого состояния парафин осторожно залили в форму и дали ему остыть. Чем медленнее остывает парафиновая свеча, тем меньше вероятности, что она растрескается. После полного остывания аккуратно вынули свечу из формы.
3.1.3 Стеариновая свеча
Вначале получили концентрированный раствор мыла. Для этого мыло измельчили на терке. Мыльные стружки поместили в емкость, прибавили воды и нагрели, перемешивая деревянной палочкой, до полного растворения. После этого, по-прежнему нагревая и перемешивая раствор, влили уксус. После добавления кислоты на поверхности сразу же всплыла белая масса. Это стеариновая кислота. Реакционная смесь должна иметь кислую реакцию, иначе не все мыло прореагирует с кислотой. Поэтому кислоту нужно брать в избытке. Реакцию среды легко проверили по лакмусовой бумажке. После того как смесь остыла, стеарин собирали на поверхности. Образовавшаяся жидкость под стеарином – раствор сульфата или ацетата натрия. Стеарин вычерпали ложкой и промыли водой, чтобы убрать избыток кислоты. Высушили массу и завернули с тряпочку. Стеарин готов! Свечку из стеарина можно сделать в форме, закрепив в ней заранее фитиль и выливая в форму расплавленный стеарин. А еще свечку можно приготовить маканием, тогда и формы не надо. В расплавленный стеарин опускают фитиль (можно взять нитку от фитиля для керогаза или керосинки). Вынимаю фитиль, и когда стеарин на нем затвердеет, вновь опускают его в раствор. Эту операцию повторяют несколько раз, пока на фитиле не нарастет свечка нужной толщины. Уравнение реакции получения стеарина из мыла: C 17 H 35 COONa + CH 3 COOH = C 17 H 35 COOH + CH 3 COONa
3.2 Получение мыла из свечи
Взяли несколько кусочков стеариновой свечи. Расплавили стеарин на водяной бане и добавили насыщенный раствор соды. Тотчас образовалась твердая белая масса. Это стеарат натрия, то есть собственно мыло. Несколько минут нагревали смесь, чтобы реакция прошла как можно полнее. Затем подставили форму (спичечный коробок) и залили полученную массу. После того, как мыло остыло вынули его из формы. Уравнение реакции получения мыла из стеарина: 2 C 17 H 35 COOH + Na 2 CO 3 =2 C 17 H 35 COONa + H 2 O + CO 2 .
Выводы:
Проанализировала и изучила научную литературу по данной теме
Сравнила физические свойства свеч из различных материалов: наиболее лучшими физическими свойствами обладают восковая и стеариновая свеча.
Самая горячая часть находит на уровне верхней трети пламени свечи. Причиной горения свечи является не горение материала, а образование паров при сгорании.
Исходя, из химического анализа продуктов сгорания выяснила, что все они образуют сажу, воду и углекислый газ т.е являются органическими веществами.
Изготовила свечи из различных материалов своими руками
Сделала мыло из стеариновой свечи
Заключение
Наиболее лучшими физическими свойствами обладают восковая и стеариновая свеча: они не только меньше коптят и оплывают, но и дольше горят. У парафиновых свеч есть преимущество в стоимости (они немного дешевле восковых и стеариновых), поэтому они и являются самыми распространенными в нашей стране. Самая горящая часть находится на уровне верхней трети пламени, а горит в свече все-таки не материал, из которого он изготовлен, а пары, образующиеся при горении. Все свечи при горении образуют сажу, воду и углекислый газ, т.е являются органическими веществами.
Список литературы
Майкл Фарадей «История свечи» 1982 г
Габриелян О.Г. «Химия. 8 класс» Москва 2002 г
Габриеля О.Г. «Химия. 10 класс» Москва 2014 г
Журнал «Наука и жизнь», статья «Свеча горела на столе» №6,2014
Журнал «Клуб юный химик», статья « Мыло из свечи и свеча из мыла»
Журнал «Химия и жизнь», статья «Пока горят свечи»