Квартирный вопрос

Многие стальные детали подвергаются оцинковке, чтобы повысить их устойчивость к воздействию агрессивных факторов, таких как воздух и влага.

Гальванизация — это нанесение на металл слоя цинка в качестве защитного покрытия. Слой цинка в оцинкованной стали защитит сталь от ржавчины и коррозии, поэтому толщина этого слоя важна. Производителям часто необходимо проверять оцинкованный металл, чтобы убедиться, что достаточное количество цинка защищает металл под укладкой.

В этом проекте вы проверите и измерите толщину слоя цинка на куске http://gaspra.net/ оцинкованного металла. Вы будете разрабатывать эксперименты, проводить тесты и сообщать о результатах. Толщину слоя цинка или любого другого покрытия можно измерить множеством различных методов, однако в этом проекте вы будете использовать химический метод измерения толщины слоя цинка.

Сбор информации:

Узнайте о влиянии кислот на цинк и железо. Можете ли вы найти кислоту, которая вступает в реакцию с цинком, но ничего не делает с железом?

Читайте книги, журналы или спрашивайте специалистов, которые могут знать, чтобы узнать о методах, с помощью которых вы можете рассчитать толщину металла, учитывая его плотность и размер. Следите за тем, откуда вы получили информацию.

Вопрос / цель:

Что вы хотите выяснить? Напишите заявление, описывающее, что вы хотите сделать. Используйте свои наблюдения и вопросы, чтобы написать заявление.

В этом эксперименте вы определите толщину цинка на куске оцинкованного железа. Вы познакомитесь с реакционной способностью металлов с кислотами и разовьете некоторое представление о размере атома.

Конкретный вопрос для этого проекта:

Зависит ли толщина цинка на оцинкованном металле от толщины металла?

Определение переменных:

Когда вы думаете, что знаете, какие переменные могут быть задействованы, подумайте о способах изменения по одному за раз. Если вы меняете более одного за раз, вы не будете знать, какая переменная вызывает ваше наблюдение. Иногда переменные связаны и работают вместе, вызывая что-то. Сначала попробуйте выбрать переменные, которые, по вашему мнению, действуют независимо друг от друга.

Для первой части этого проекта, которая заключается в измерении толщины цинка на куске оцинкованного металла, нам не нужно определять какие-либо переменные. Однако для конкретного вопроса мы определяем переменные следующим образом:

Независимая переменная (также известная как управляемая переменная) — это толщина оцинкованного листового металла.

Зависимой переменной является толщина слоя цинка.

Контролируемой переменной является температура

Константы — это экспериментальный метод и процедуры.

Гипотеза:

Основываясь на собранной вами информации, сделайте обоснованное предположение о том, какие факторы влияют на систему, с которой вы работаете. Определение переменных необходимо, прежде чем вы сможете выдвинуть гипотезу.

Ниже приведена примерная гипотеза:

Толщина цинкового покрытия увеличивается при любом увеличении толщины металла.

Дизайн эксперимента:

Разработайте эксперимент для проверки каждой гипотезы. Составьте пошаговый список того, что вы будете делать, чтобы ответить на каждый вопрос. Этот список называется экспериментальной процедурой. Чтобы эксперимент давал ответы, которым вы можете доверять, он должен иметь “контроль”. Контроль — это дополнительное экспериментальное испытание или запуск. Это отдельный эксперимент, выполненный точно так же, как и другие. Единственное отличие заключается в том, что экспериментальные переменные не изменяются. Контроль — это нейтральная “точка отсчета” для сравнения, которая позволяет вам увидеть, что дает изменение переменной, сравнивая ее с тем, что ничего не меняется. Надежные средства контроля иногда очень сложно разработать. Они могут быть самой сложной частью проекта. Без контроля вы не можете быть уверены, что изменение переменной вызывает ваши наблюдения. Серия экспериментов, включающая контроль, называется “контролируемым экспериментом”.

Эксперимент 1: измерение толщины цинка

Введение:

Зная плотность цинка, вы можете определить толщину цинкового покрытия на металле, определив площадь металла, покрытого цинком, и массу цинка, удаляемого при взаимодействии металла с соляной кислотой. Если вам также указан радиус атома цинка, вы можете рассчитать толщину покрытия в пересчете на количество атомов цинка.

Активные металлы, такие как цинк, вступают в реакцию с кислотами с выделением газообразного водорода в соответствии со следующим уравнением:

2 HCl (aq) + zn(s)—> H2 (g) + Zn2+(aq) + 2 cl- (aq)

Железо гораздо менее реакционноспособно, чем цинк, и поэтому реагирует с кислотой очень медленно. Поэтому можно использовать скорость образования пузырьков, чтобы сигнализировать о завершении удаления цинкового покрытия.

Процедура:

1. Определите массу металла и запишите.
2. Используйте линейку для измерения длины и ширины металла и записи.
3. Поместите металл в стакан и залейте 6 м раствором HCl. Когда пузырьки газа перестанут быстро появляться, добавьте воды; слейте разбавленную кислоту, промойте и высушите оставшийся металл.
4. Определите массу оставшегося металла и запишите.
5. Рассчитайте площадь металлического прямоугольника, покрытого цинком. Помните, что цинк покрывает две поверхности металла.
6. Учитывая, что плотность цинка составляет 7,14 г/см3, рассчитайте объем цинка на металле.
7. Определите толщину цинкового покрытия.
8. Учитывая, что радиус атома Zn составляет 2,66 ×10-8 см, рассчитайте толщину цинкового покрытия в пересчете на атомы цинка.
9. Разбавленный раствор кислоты можно смыть в канализацию водой. Оставшийся металл можно утилизировать вместе с твердыми отходами.

Концентрированные растворы HCl могут обжечь кожу и повредить одежду. Пары кислоты могут быть едкими и / или раздражающими; проведите этот эксперимент в хорошо проветриваемом помещении (при наличии вытяжки). На протяжении всего эксперимента необходимо носить защитные очки.