Проекты

Исследование норм потребления средств для стирки

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная физика»

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2121
Предметы: Физика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Традиционно основным назначением стирки было удаление различных загрязнений. Стирка – физико-химический процесс очистки текстильных изделий, использующий водные растворы детергентов (синтетических моющих средств): поверхностно-активных веществ (ПАВ), энзимов, пигментов, отбеливателей и др. Моющие средства в современном мире – это предмет расходов, без которого не обойтись. Очень часто мы покупаем эти средства в магазине с определённой периодичностью и не задумываемся над тем, насколько корректно производитель указывает расход моющих средств на упаковке.

Цель

Провести исследование зависимости коэффициента поверхностного натяжения от концентрации нескольких синтетических средств для стирки.

Задачи

  1. Изучить историю появления синтетических моющих средств.
  2. Изучить состав и принцип действия синтетических моющих средств.
  3. Изучить понятие поверхностного натяжения.
  4. Изучить методы измерения поверхностного натяжения.
  5. Провести опыты и измерить поверхностное натяжение различных синтетических моющих средств.
  6. Проанализировать полученные результаты опытов с заявленным производителем эталоном расхода.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Динамометр поверхностного натяжения
  • Ёмкость для жидкости
  • Шприц
  • Образцы моющих средств

Описание

Первое синтетическое моющее средство появилось в 1916 году  благодаря немецкому химику Фрицу Хенкелю. Оно предназначалось для промышленного использования.

Бытовые синтетические моющие средства стали выпускать в 1935 году. К 1940 г. общая выработка моющих средств достигла примерно 45,5 тыс. т в год.

Согласно теории академика П. А. Ребиндера моющие средства должны быть высоко поверхностно-активными веществами (ПАВ), эмульгаторами гидрофильной природы. Поверхностное натяжение моющего раствора должно быть почти вдвое ниже, чем у воды.

Принцип действия ПАВ. гидрофобный «хвостик» связывается с частицами грязи. Гидрофильная «головка» цепляется за воду, уменьшая её поверхностное натяжение, тем самым помогая воде лучше смачивать отмываемую поверхность и отрывать частицы загрязнений.

 

Поверхностным натяжением называется способность жидкости сокращать свою поверхность. Молекулы, которые находятся на поверхности какой-либо жидкости, в том числе воды, притягиваются остальными молекулами внутрь жидкости, вследствие чего и возникает поверхностное натяжение.

Отношение модуля силы поверхностного натяжения к длине периметра, ограничивающего поверхность жидкости, называется коэффициентом поверхностного натяжения или просто поверхностным натяжением.

=F/L

F – сила поверхностного натяжения, измеряемая в ньютонах;

L – длина границы свободной поверхности жидкости, измеряемая в метрах;

– коэффициент поверхностного натяжения измеряется в H/м и зависит:

– от рода жидкости;

– температуры;

– концентраций растворённых веществ.

Поскольку в плёнке две поверхности (верхняя и нижняя), общая длина 2L: =F/2*L

Разбавляя в одинаковом количестве воды (500 мл) разное количество моющего средства (от 0,25 мл до 5 мл), мы измеряли динамометром поверхностного натяжения силу поверхностного натяжения и заносили полученные результаты в таблицу.

На основе полученных данных посчитали поверхностное натяжение исследуемых растворов с различной концентрацией моющих средств.

= (F*0,001)/(2*L*0,001) [Н/м].

Опираясь на полученные расчёты, построили график зависимости поверхностного натяжения от концентрации моющих средств.

Результаты работы/выводы

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что производители сознательно завышают рекомендованную на упаковке дозировку как минимум в 1,5 раза, что приводит к излишнему расходу средства, следовательно – к дополнительным расходам семейного бюджета.

При изучении средств для стирки оценивалась лишь поверхностная активность растворов, непосредственно связанная со способностью удалять большую часть загрязнений.

Перспективы использования результатов работы

В перспективе было бы интересно изучить:

– отбеливающую способность синтетических моющих средств,

– действие ферментов, содержащихся в некоторых синтетических моющих средствах,

– действие синтетических моющих средств на кожу человека,

– их биоразлагаемость и влияние на окружающую среду.

Мнение автора

«Выполненная работа позволила познакомиться с проблемой использования синтетических моющих средств, представить результаты выполненного исследования на открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего». Это был шанс почувствовать себя исследователем и научиться представлять результаты работы. Было очень интересно!»