Исследовательская работа "Образование накипи в чайниках и способы удаления ее в домашних условиях»

Районная научно-практическая конференция школьников

«Первые шаги в науку»

Направление:                      химия

Название работы: «Образование накипи в чайниках и способы  удаления ее в домашних условиях»

Автор работы:    Федоренко Жанна Сергеевна

Место выполнения работы:        с. Яшалта

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Яшалтинская средняя общеобразовательная школа»

Руководитель:

Московцова И.А., учитель химии и биологии

2014г

                                                 Содержание.

Ведение……………………………………………………………………………3

1. Вода - добрый друг и помощник человека……………………………..........4.

2. Физико-химические основы образования накипи и отложений…………...4-5

    2.2. Жесткость воды и образование накипи…………………………………5-6.

3. Удаление накипи в домашних условиях…………………………………….7-8

4. Что такое антинакипин?......................................................................................8

5. Материалы и методы исследования…………………………………………....8

    5.1. Социологический опрос…………………………………………………8-9

    5.2. Определение жесткости воды……………………………………………9

    5.3. Влияние накипи на время закипания воды……………………… ……..9

    5.4. Изучение эффективности способов удаления накипи в домашних условиях……………………………………………………………………………………….10

6. Выводы…………………………………………………………………………11

7.Литература………………………………………………………………………12

Приложение

Введение

Как здорово слышать ранним прохладным утром свист закипевшего чайника, а затем шуршание горячей воды и аромат черного кофе. Чайником мы пользуемся довольно часто, он — словно друг, поднимающий наше настроение и придающий сил на долгий рабочий день.

             Вот он стоит, сияя блестящими боками, но… внутри весь покрылся накипью. И вы уже даже иногда сомневаетесь в том, можно ли кипятить в нем воду? И собралось неприятного налета на стенках столько, что просто руки опускаются. Как почистить чайник от накипи, чтобы он снов засверкал своим чистеньким «внутренним миром»?

           В нашей жизни с таким качеством воды (оставляющей желать лучшего) о накипи знает практически каждая семья. Моя - не исключение. Поискав в интернете способы удаления накипи, я нашла много вариантов и захотела  их попробовать, чтобы отобрать самый эффективный.

Цель работы:

Исследовать способы удаления накипи с поверхности чайника

Задачи:

1.  Поиск информации в Интернете, журналах, научной литературе;

2. Провести социологический опрос жителей села

3. Определить жесткость   воды

4. Выявить влияние накипи  на скорость закипания воды в чайнике.

5. Определить достоверность литературных данных о способах удаления накипи в домашних условиях.

Сроки выполнения работы: ноябрь 2013г – февраль 2014г

Основные методы: изучение теоретических основ, выполнение практических работ, анализ, сравнение.

                                1.Вода — добрый друг и помощник человека.

Она — удобная дорога: по морям и океанам плавают корабли. Вода побеждает засуху, оживляет пустыни, повышает урожай полей и садов. Она послушно вращает турбины на гидроэлектростанциях. Вода минеральных источников оказывает лечебное действие. Многие из источников горячие. И люди используют не только лечебные свойства этих вод, но и тепло.

Но вода может быть и врагом человека.

Вы удивились? А поломанные чайники, утюги и стиральные машины? А взрывающиеся нагревательные котлы в котельных? А неприятный серый цвет когда-то белого белья? Ведь каждый из нас сталкивался с этим.

         Не только плита, но и чайник – это лицо хозяйки. Как первое, так и второе должно быть всегда чистым. А чайник должен быть чистым не только снаружи, но и внутри, т.е. в нем не должно быть накипи и известкового налета. Тогда и чай вкуснее, и кипятить воду в таком чайнике приятно.                   Накипь – это по своей сути результат оседания известкового налета на внутренней поверхности чайника. Известь эта содержится в водопроводной (и даже в фильтрованной) воде, тем самым делая ее жесткой. Если вам кажется, что накипь не приносит много вреда, и бороться с ней нужно по большим праздникам, то вы ошибаетесь. В первую очередь налет удлиняет время закипания воды (тем самым вызывая перерасход электроэнергии). Налет в чайнике может вывести из строя нагревательный элемент, чайник может выключаться до того, как вода хорошо прокипит, кроме того, в самой воде будет содержаться большое количество извести.

Любая опытная домохозяйка знает, что никакие фильтры не избавят чайники от накипи. И если сначала небольшой слой накипи практически никак не влияет на работу чайника, то со временем, по мере утолщения слоя, электрический прибор начинает работать недостаточно эффективно (если накипи много, то воду приходится греть дольше) или вообще ломается. Конечно, самый обычный эмалированный чайник от накипи не сломается, однако вода в нем будет иметь неприятный вкус, а вы однажды обнаружите на дне своей кружки белые хлопья налета. Чтобы этого не произошло, нужно периодически проводить глобальную чистку чайника.

2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАЗОВАНИЯ НАКИПИ И ОТЛОЖЕНИЙ

В воде, которую вы нагреваете в чайнике, содержатся соли (кальция, магния и пр.). При нагревании они распадаются на углекислый газ и нерастворимый осадок. Нерастворимый осадок – это и есть накипь. Чем больше жесткость воды, тем больше в ней солей и тем больше накипи осядет на вашем чайнике. Предотвратить появление накипи невозможно. Фильтры, конечно, помогут вам уменьшить количество накипи, однако рано или поздно она все равно накопится и чайник придется чистить. Но пугаться этого не надо, ведь сегодня существует множество методов, которые помогут вам избавиться от неприятного налета, очистить чайник от накипи. Именно о них и пойдет речь в нашей работе.

 Наиболее сильно оказывает влияние на процесс накипеобразования свойства используемой воды. Совокупность свойств воды, обусловлена наличием в ней присутствием в ней различных солей: преимущественно катионов Са 2+ (кальциевая жесткая вода) и Мg 2+ (магниевая жесткая вода). Сумма концентрации Са 2+ и Мg 2+ называют жесткостью воды. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов Са и Мg [при кипячении разлагаются на СаСO3 и Мg(ОН)2 с выделением СО2], вторая - наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов, фосфатов этих металлов. Одним из возможных источников этих солей являются горные породы (известняки, доломиты), которые растворяются в результате контакта с природной водой и грунты. Жесткость воды выражается в мг-экв/л: карбонатная жесткость отвечает той части катионов Са 2+ и Мg 2+ , кратна эквививалентна содержащимся в воде анионам, некарбонатная - анионам и другим.

1. . Жесткость воды и образование накипи.

Жесткость воды -  совокупность свойств воды, обусловленная содержанием в ней ионов Ca2+ и Mg2+. Сумма концентраций этих ионов дает общую жесткость.

Общую жесткость воды определяют так же, как сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Карбонатная жесткость обусловлена присутствием солей гидрокарбонатов кальция и магния и устраняется при кипячении

 Некарбонатная жесткость связана с присутствием в воде кальция и магния в виде солей серной, соляной и азотной кислот. Эта жесткость при кипячении не устраняется.

 По количественному содержанию ионов Ca2+ и Mg2+ природная вода бывает мягкой (общая жесткость до 2 ммоль/л), средней жесткости (2 – 10 ммоль/л) и жесткой (больше 10 ммоль/л).

Накипь – это по своей сути результат оседания известкового налета на внутренней поверхности чайника. Известь эта содержится в водопроводной (и даже в фильтрованной) воде, тем самым делая ее жесткой. Если тебе кажется, что накипь не приносит много вреда, и бороться с ней нужно по большим праздникам, то ты ошибаешься. В первую очередь налет удлиняет время закипания воды (тем самым вызывая перерасход электроэнергии). Налет в чайнике может вывести из строя нагревательный элемент, чайник может выключаться до того, как вода хорошо прокипит, кроме того, в самой воде будет содержаться большое количество извести.

На́кипь — твёрдые отложения, образующиеся на тех поверхностях теплообменных аппаратов, на которых происходит нагревание (кипение, испарение) воды, с растворенными солями жесткости.

Повышенная жесткость способствует усиленному образованию накипи в отопительных приборах и бытовой металлической посуде, что значительно снижает интенсивность теплообмена, приводит к большим расходам топлива и перегреву металлических поверхностей.

Вода как правило, содержит глину, песок и взвеси - около 8-19 мг/л, органические вещества (водоросли, коллоиды, гуминовые вещества из плодородной почвы - около 5 мг/л), соли - земельных металлов (натрий, калий (4-15 мг/л)), соли жесткости (кальций, магний, силикаты - 8-95 мг/л), растворенный кислород (5-12 мг/л), углекислый газ (100-700 мг/л).

Неорганические примеси, находящиеся в воде в основном в виде ионов: Na +, Са 2+, Мg 2+, К+, Cl-, SO4 2-, НСО3 -.

Главными накипеобразователями являются катионы Са2+ и Мg2+, образуются вначале гидрокарбонаты, а затем нерастворимые карбонаты этих металлов.

Гипс кристаллизуется из природной воды в виде двугидрата сульфата кальция СаSО4 · 2Н2О. При подогреве до 100С он переходит в менее растворимый полугидрат СаSО4 · 0,5Н2О, а при повышении температуры до 130С - в еще менее растворимый СаSО4.

При кипячении гидрокарбонаты переходят в малорастворимые карбонаты:

Са(НСО3)2  = СаСО3 + СО2 + Н2О

Мg(НСО3)2  = МgСО3 + СО2 + Н2О

Чем интенсивнее нагревание, тем интенсивнее идут эти реакции. Содержание Са(НСО3)2 в растворе повышается при нарушении технологического режима, а также зависит от рН раствора. Гидрокарбонаты кальция в растворах находятся в нестабильном состоянии и любое внешнее воздействие ускоряет кристаллизацию гидрокарбонатов.

 Гидрокарбонаты магния ведут себя аналогично Са(НСО3)2, но разложение на малорастворимые карбонат и оксид углерода (ІІ) идет в полтора раза медленее. В определенных физико-химических условиях Мg(НСО3)2 переходит в труднорастворимый гидроксид - Мg(ОН)2.

Карбонаты СаСО3 и МgСО3 ведут себя по-разному. Так при повышении температуры, но при постоянном давлении их растворимость уменьшается, а при повышении температуры и давления растворимость резко увеличивается причем МgСО3 растворяется интенсивнее, чем СаСО3, а при высоких температурах раствора он гидролизуется и теряя СО2 переходит в Мg(ОН)2

Таким образом, происходит устранение временной жесткости воды, постоянная жесткость воды не может быть удалена кипячением.

Пример накипи — твёрдые отложения внутри чайников.

                              3.  Удаление накипи в домашних условиях.

Удаляют накипь механическим и химическим способами.

          При механической очистке существует опасность повредить защитный слой металла или даже само оборудование.

           Химическую очистку возможно применять, не разбирая полностью электроприбор. Но при этом существует опасность, что слишком длительное воздействие кислоты повредит металл, а более короткое воздействие может недостаточно очистить поверхности.

Я нашла в СМИ различные способы удаления накипи с поверхности чайников. Вот некоторые из них:

1. Лимон нарезать на кусочки, положить в чайник, залить водой и вскипятить. Эту процедуру можно делать много раз, так как все натурально.

2. Лимонная кислота. Налить холодной воды, высыпать 1-2 пакетика лимонной кислоты, вскипятить и дать настоять минут 20-25. Затем все слить, ополоснуть и еще раз вскипятить, но на этот раз только воду без кислоты.

3. Кожура от яблок, картофеля или груш также хорошо помогает избавиться от накипи. Нужно положить очистки, залить водой и вскипятить.

4. Кока-кола или Фанта (и т. п.). Просто вскипятите этот напиток и затем губкой удалите накипь.

5. Аскорбиновая кислота - еще один способ. На литр воды потребуется одна столовая ложка аскорбиновой кислоты. Кипятить нужно минут 20.

6. Уксусная эссенция. Воду смешать с эссенцией в пропорции 6:1 (у кого сильная накипь можно сочетание вплоть до 2:1). Кипятить до 30 минут, затем несколько раз тщательно промыть водой. У этого метода есть минус - иногда остается запах уксуса, поэтому обязательно ополаскивайте несколько раз.

7. Этот, пожалуй, самый "термоядерный" способ избавления от накипи, так как сочетает в себе сразу несколько выше упомянутых способов. Итак, 1 столовую ложку соды залить водой и кипятить около получаса. Затем слить воду, налить новой воды и добавить одну столовую ложку лимонной кислоты и снова кипятить. Снова все слить и в третий раз залить водой, но уже с уксусом (примерно полстакана) и после кипячения слить и тщательно все промыть. Такой "атаки" накипь выдержать точно не сможет!

8. Просто вскипятите в нем воду, а в кипяток добавьте 3 ст. л. соды. Дайте воде остыть, а приблизительно через полчаса вскипятите воду вновь. Затем вылейте эту воду и наполните чайник горячей водой с уксусной эссенцией (1 -2 ч. л.). Еще раз вскипятите воду и через полчаса вылейте. От такой процедуры накипь станет рыхлой и легко очистится обыкновенной губкой для мытья посуды

9. Промытая кожура от яблок или картофеля позволяет очистить чайник от накипи с хорошим результатом. В чайник с водой опустить кожуру от трех яблок и картофелин. Варить примерно два часа.

10.Еще одно верное средство – деревянная зола. В чайник следует насыпать побольше золы. Потом мочалкой или губкой золу втереть в места с накипью. В конце чайник промыть теплой водой

11. Другой эффективный метод предполагает использование только уксуса (без соды). В чайник влить уксус (1-2 ст. л.) и кипятить 20 минут. Результат получается отличный, и потом долго не появится проблема, как убрать накипь в чайнике. Но один недостаток все же имеется – запах. Вот почему во время работы нужно открыть окна, а в конце тщательно прополоскать чайник.

                                    4.   Что такое антинакипин?

Антинакипины содержат в своем составе, как уже написано выше, слабую органическую кислоту. Они так же содержаться в стиральном порошке. Но концентрация их мала и время действия при стирке невелико (это сделано специально, дабы не повредить ткань). Любая кислота разъедает ткань, превращая ее в труху, поэтому использование большого количества антинакипина вместе с бельем не допустимо. Метод действенный, но имеет отрицательные действия. Кислота способна разрыхлять резину и делает ее менее упругой, что так же может привести к протечке сальника, например. Кроме того эти кислоты не растворяют соединений фтора (остатков того самого не растворенного тринатрийфосфата), которые в большом количестве имеются на поверхностях внутри стиральной машины. В наше технически развитое время создано немало бытовых средств, помогающих удалять накипь: «Антикипин», «Золушка», «Антинакипь». Однако у нас в селе очень редко можно найти их в магазинах. В них содержится кальцинированная сода, обычно используемая для смягчения воды. Это средство выпускается в виде жидкости или порошка. Но используются они одинаково – засыпаются в чайник, почти доверху заливаются водой и кипятятся. Антинакипины выпускают в виде порошков. В стиральных машинах накипь появляется не из-за воды, а из-за стирального порошка. Если взять порошок, развести 1/3 столовой ложки в 1 стакане воды и перемешать, то можно увидеть осадок, который будет плавать в стакане и не растворится никогда. Это "утяжелитель" порошка. В России - это пластиковая стружка, в Финляндии - каменная крошка. Добавляется исключительно как маркетинговый ход (реклама). Если положить в стакан железные гвозди, и оставить на 1-2 месяца, то гвозди обрастут ржавчиной, вода станет темно бурого цвета, непрозрачной. Можно представить, что происходит со стиральной машиной.

         Бытовые средства служат легким способом избавления от накипи. Но у него есть недостатки:

-химические вещества, содержащиеся в чистящих средствах, попадают в желудок, что не безопасно;

-некоторые составы не дают желаемого результата

                              5. Материалы и методы исследований.

5.1.Социологический опрос.

Для того чтобы удостовериться в актуальности выбранной темы исследования, был проведен социологический опрос населения, в котором участвовали  100 жителей села Яшалта. Предлагалось ответить на следующие вопросы:

5.1.1.Используете ли вы антинакипин для  удаления накипи  в чайниках?

5.1.2. Используете ли вы фильтр для очистки воды?

.

5.1.3.Как вы удаляете накипь из чайника?

Самый распространенный ответ – с помощью лимонной кислоты - 47%

Кока-колой                                       -  19%

Чищу металлическим ершиком     -  17%

Чищу содой                                      -   8%

Не чищу                                            -   6 %

Другие ответы                                  -   3%

5.1.4. Мы побывали в 5 хозяйственных магазинах нашего села с целью приобрести антинакипин для удаления накипи с чайника, но везде получили отрицательный ответ. Только в магазине «Блеск» нам предложили  средство для снятия накипи в автоматических стиральных и посудомоечных машинах всех типов «Скамвон».

5.2. Определение жесткости воды

Мерным цилиндром налить 10мл исследуемой воды в коническую колбу. Наполнить пипетку мыльным раствором, добавить 1мл мыльного раствора в колбу. Если не образуется пена, добавить еще несколько мл раствора мыла. Продолжать добавлять мыльный раствор, пока не образуется устойчивая пена. (Она должна держаться не менее 30 секунд) Записать объем мыльного раствора, необходимого для образования устойчивой пены с 10мл исследуемой воды.

Исследовали 5 образцов воды:

5.3. Влияние накипи на время закипания воды.

В один и тот же чайник заливали 1,5 литра воды. Засекали время закипания с накипью и после ее удаления.

 5.4. Изучение эффективности средств удаления  накипи.

Электрочайники и эмалированные, содержащие накипь, заливали 2 литрами  «Кока-кола» и «Грушевый дар» (Ипатово) и доводили до кипения.

Использовали некоторые  способы удаления накипи, указанные в п.3.

 Получили следующие результаты:

6.Выводы:

1.Жесткость воды влияет на образование накипи. Самой жесткой водой оказалась водопроводная. На ее титрование ушло 8V мыльного раствора, самой мягкой -   вода из талого снега3V.

2. Накипь влияет на время закипания воды. Разница составила – 38 секунд (электрочайник) и 49 секунд (эмалированный).

3. В результате проведения литературного обзора можно сделать вывод, что приведенные в литературе данные по удалению накипи не являются объективными:

     2.1.Картофельные очистки  и яблочная кожура не растворяют накипь. Так как эксперимент проходил в январе-феврале, то можно предположить, что содержание аскорбиновой  кислоты в зимний период времени в яблоках минимальный и среда получается слабокислая.

     2.2. Применение свежего лимона – безопасно для здоровья человека, но не дает желаемого результата на 100%.

 4. Для удаление накипи с поверхности электрочайников эффективно использовать «Кока-колу» в железных банках.

5. Самыми эффективными способами удаления накипи  с поверхности эмалированных чайников оказались лимонная кислота и столовый уксус 9%.

Литература:

1. Богорош А.Т. Вопросы накипеобразования. - К.: "Вища школа", 1990.

2.Бинас А.В., Маш Р.Д. и др. Биологический эксперимент в школе: Кн. для учителя. – М.: Просвещение, 1987.

3.Вода питьевая. Метод определения общей жесткости.ГОСТ 4151-72. М.: изд-во Стандартов, 1980.

4.  Дроздов И. В. Удивительная биология. – М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2006

5. Новиков Ю.В., Сайфутдинов М.М.. Вода и жизнь на Земле. М.: Наука, 1981.

6.Школьный Эксперимент по неорганической химии. Автор В.С.Полосин, М., издательство «Просвещение», 1970 г.

 6. Интернет –ресурсы

http://masterdela.com/content/view/45/9

http://www.rodina-portal.ru

http://www.proshkolu.ru/. 

oko@eco-rus.com

www.thank-water.net

http://images.google.ru/images?

http://www.mobildi.ru/mobildi/water/images/

http://www.cawater-info.net/news/water/i/asia.gif

http://www.akvabeton.ru/img/krist_water.gif 

http://science.compulenta.ru/