Научно-исследовательская работа «Химический анализ состава свечей»

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 4

Научно-исследовательская работа

«Химический анализ состава свечей»

Работу выполнила:

Шорохова Елена

ученица 9 в класса

МАОУ СОШ № 4

Научный руководитель:

Сорокина Людмила Вячеславовна

учитель химии

МАОУ СОШ № 4

Ялуторовск, 2016

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...………………………………………………………………………...4

ГЛАВА 1 Теоретическое изучение истории возникновения свечей …………….6

1.1 История создания свечей………………………………………….…………….6

1.2 Материал для изготовления свечей………………………………….…………7

1.3 Влияние продуктов горения свечи на организм человека………….…………8

ГЛАВА2 Опытно-экспериментальная работа со свечами.…………….………...10

2.1Физический анализ свеч……..…………………………………………….……10

2.1.1 Где находится самое горячее место пламени………………………………10

2.1.2 Что горит в свече……………………………………………………………..10

2.2 Химический анализ продуктов сгорания и состава свечей………...………..11

2.3.Химический анализ состава свечей…………………………………………...12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………….……….13

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………….………14

ПРИЛОЖЕНИЯ ………………………………………………………….………...15

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования: Свеча – один из самых древних источников света. 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. Такие магические и притягивающие, известные человеку с глубокой древности они стали темой моей исследовательской работы.

Цель: Узнать: как давно возникли свечи, какими бывают виды свечей, почему горят свечи, каков их химический состав, какие вещества выделяются при их горении и как эти вещества влияют на организм человека.

Объектом нашего исследования являются свечи из различного материала.

Предмет: физические и химические свойства различных видов свечей.

Задачи исследования:

1.     Проанализировать научную литературу по данной теме

2.     Узнать влияние продуктов горения свечи на организм человека

3.     Сравнить физические свойства свечей из различных материалов

4.     Выяснить химический состав свечей.

5.     Провести химический анализ продуктов сгорания свечей из различных материалов

В исследовательской работе применялись следующие методы исследования:

1.     - теоретический анализ;

2.     - анализ физических и химических свойств;

3.     - наблюдение;

Гипотеза: Выяснить, с помощью химического эксперимента, действительно ли состав свечей соответствует заявленному на упаковке составу. Определить подлинный  состав свечей и выявить чистоту используемого материала и его влияние на организм человека.

Проблема исследования: Установить, вследствие чего наблюдается ухудшение здоровья при использовании свечей.

Глава 1. Теоретическое изучение истории возникновения свечей

1.1. История создания свечей

Свеча́ - приспособление для освещения, чаще всего в виде цилиндра из твѐрдого горючего материала, который в растопленном виде подводится к пламени с помощью фитиля.

Горючим материалом 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. Такие светильники давали неприятный запах и очень сильно коптили. Первые свечи современной конструкции появились в Средневековье и изготавливались из жира или из воска. Чтобы осветить большое помещение, требовались сотни свечей, они чадили, черня потолки и стены.

В XV веке начала возрастать популярность пчелиного воска как горючего материала для свечей. В XVI-XVII веках американскими колонистами было изобретено получение воска из местных растений, такие свечи не дымили, не таяли так сильно как сальные, однако их производство было трудоемким и популярность вскоре сошла на нет.

В XVIII веке появилось новое сырье для свечной массы - спермацет. Его получали вымораживанием и кристаллизацией спермацетового масла. Спермацетовые свечи горели ярче и чище и были даже дешевле сальных, ведь китобойный промысел только набирал обороты, и китов в морях было много. Спермацет пахнет плохо, поэтому свечи ароматизировали ягодами барбариса, правда, с малым успехом. Варварское уничтожение кашалотов длилось недолго, в XX веке их добыча была запрещена законом.

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 - стеарина. Стеарин 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.

Ближе к началу XX века химики смогли выделить нефтяной воск - парафин. Парафин чисто и ровно горел, практически не давая запаха. Единственным его недостатком была низкая температура плавления, 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.

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 Материал для изготовления свечей

При изготовлении свечей используются:

Парафин – воскоподобная смесь предельных углеводородов (минеральный воск)  состава от С₁₈Н₃₈  до С₃₅Н₇₂. Обладает низкой химической активностью и плохо растворяется в воде.

Пчелиный воск – натуральный продукт производства пчёл. Простые липиды. Пчелиный воск состоит из эфира и пальмитиновой кислоты и мирицилового спирта. Свечи из пчелиного воска горят дольше и ярче, чем парафиновые.

Пальмовый воск – производится из плодов пальмового дерева. Он достаточно твёрд, а потому температура его плавления несколько выше, чем у пчелиного воска.

Соевый воск – это натуральный воск, один из новейших типов воска для изготовления свечей. Соевая свеча изготовлена из 100% натурального соевого воска и не содержит гербицидов и пестицидов. Соевые свечи сгорают чисто и равномерно, горят долго.

Стеарин – стеариновая кислота с примесью пальмитиновой, олеиновой и других насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Добавляется в парафин, чтобы тот сильнее сжимался и при остывании, стеарин препятствует оплыванию свечей.

Глицерин – используется в смеси с желатином и танином. Свечи из глицерина получаются совершенно прозрачные, разными красителями им можно придать любой цвет.

1.3 Влияние продуктов горения свечи на здоровье человека

Плоды научно-технического прогресса, к сожалению, не всегда являются благоприятными для людей. Использование большинства современных свечей может очень сильно навредить здоровью человека! Итак, чем же вредны свечи…

Во-первых, парафин при горении выделяет в воздух бензол и толуол, очень вредные для живого организма канцерогены. Наряду с канцерогенным бензол обладает мутагенным и аллергическим действиями. Толуол – яд общетоксического действия, вызывающий острые и хронические отравления. Его раздражающий эффект выражен сильнее, чем у бензола. Он вызывает эндокринные нарушения и снижает работоспособность, длительный контакт с малыми дозами толуола может оказывать влияние на кровь. В силу высокой растворимости в липидах и жирах толуол накапливается преимущественно в клетках центральной нервной системы.

Во-вторых, в качестве закрепителя стойкости аромата многие производители применяют сложное соединение – диэтилфталат. Он может вызвать аллергические реакции и экзему, головокружение, головную боль, нарушение ритма дыхания, слезотечение, тошноту и рвоту. Обладает аллергическим и мутагенным действием, что очень опасно для беременных. При регулярном воздействии может поражать нервную и дыхательную системы, внутренние органы и форменные элементы крови, способствовать образованию злокачественных опухолей.

В-третьих, химические свечи  практически все содержат до 70% разных добавок, красителей, отдушек и прочих ингредиентов. При производстве ароматических свечей используются искусственные добавки. Даже если свеча ароматизирована натуральными эфирными маслами, ароматизатор в процессе прогорает и его действие может оказаться вредным.

Если парафиновая свеча будет гореть в проветриваемой комнате 2-3 раза в неделю, примерно по полчаса, ничего страшного не произойдет, но систематичное использование будет иметь воздействие на ваш организм.

Часто свечки зажигают в плохо проветриваемых помещениях и вечером. Из-за этого любители различных ароматов спят в задымленной комнате с высоким содержанием токсичных веществ в воздухе.

Глава 2 Опытно-экспериментальная работа со свечами

2.1 Физический анализ свечей

Для физического анализа взяли свечи из различных материалов и сравнили их свойства по внешнему виду, времени горения, наличии запаха при горении, образовании копоти при горении, яркости пламени, оплывании свечи. По результатам исследования мы выяснили, что по всем характеристикам уступила парафиновая свеча с воском и хлопковым маслом (Приложение 2).

2.1.1 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.

На бумаге появилась обугленная область в форме кольца. Оно превратилось в сплошное пятно на уровне верхней трети пламени - там и находится самое горячее его место. Это объясняется тем, 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.

2.1.2 Что горит в свече

Вероятно, материал, из которого изготовлена свеча (парафин 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.

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 (или воска) - именно они горят в свече. Расплавленный материал парафин (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.

2.2 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.

Таблица 2 Результаты исследования химического анализа

Продукты сгорания	Восковая свеча	Свеча из очищенного парафина	Свеча из неочищенного парафина	Свеча парафиновая с воском и хлопковым маслом
Сажа	+	+	+	+
Вода	+	+	+	+
Углекислый газ	+	+	+	+

Уравнения реакции горения

Восковая свеча

2C₁₅H₃₁COOC₃₁H₆₃+ 139O₂=94CO₂+ 94H₂O

Парафиновая свеча

2C₁₆H₃₄+49O₂=32CO₂+ 34H₂OC₁₇H₃₆+ 26O₂=17CO₂+ 18H₂O

Стеариновая свеча           C₁₇H₃₅COOH+ 26O₂=18O₂+ 18H₂O

2.3.Химический анализ состава свечей

Парафин являет собой смесь углеводородов, продукт нефтепереработки, а стеарин - состоит из глицерина и стеариновой кислоты, это сложный эфир. Поэтому у них разная температура плавления: у парафина - 36-55 градусов, а у стеарина - 55-72 градуса. Поэтому стеариновые свечи более твердые, хорошо сохраняют форму. В настоящее время при изготовлении свечей практически не используют чистый парафин и стеарин, их смешивают в разных пропорциях. В парафиновые свечи добавляют 3-15% стеарина, чтобы предотвратить деформации во время хранения. Мы решили проверить, действительно ли современные свечи содержат стеарин.

Отличить парафин от стеарина можно при помощи щелочи. После ее реакции со стеарином образуется мыло, если подействовать на него кислотой - выпадет осадок. Парафин со щелочным раствором взаимодействовать не будет, никаких изменений не произойдет.

С₁₇Н₃₅СООН + NaOH = C₁₇H₃₅COONa + H₂0. 

Однако практически стеарин растворяется в щелочи очень медленно. Поэтому для быстрого определения исследовали образующийся раствор. При действии на мыло кислот или солей кальция и магния выпал осадок: 

C₁₇H₃₆COONa + НС1 = С₁₇Н₃₅СООН↓ + NaCl,

2C₁₇H₃₆COONa + СаСl₂ = (C₁₇H₃₆COO)₂Ca↓ + 2NaCl. 

Из всех исследуемых свечей только одна  содержит стеарин. Это свеча из очищенного парафина.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе исследования мы проделали следующую работу:

1.   Изучили исторические сведения о происхождении свечи и развитии различных её видов в разных странах. Узнали, что прообразы свечей первых свечей появились 20 тысяч лет назад. Древние свечи значительно отличались от современных, содержанием и внешним видом. Используя доступные природные ресурсы, человек придавал свечам довольно причудливые формы.

2.   Мы провели опыты по определению физических свойств и химического состава свечей и продуктов их сгорания. Нами установлено, что наиболее лучшими физическими и химическими свойствами обладают восковая и свеча из очищенного парафина. Самая горячая часть находится 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.

3.    По определению количества образуемой сажи выяснили, что исследуемая восковая свеча имеет примеси парафина. Так как образует большое количество копоти, как и парафиновые свечи. Вследствие химического анализа состава парафиновых свечей выяснила, что свеча из очищенного парафина содержит стеарин. Следовательно, не все свечи имеют чистый состав.

4.   Исследовав, нами приобретенные свечи мы пришли к выводу, что в быту лучше использовать восковые свечи или свечи из очищенного парафина. Так как они дают меньше копоти, в них отсутствуют ароматизаторы, следовательно, более безопасны для здоровья.

Наша работа не является завершённой. В дальнейшем мы хотели бы продолжить исследование  свечей из других материалов: гелевых, из соевого воска, пальмового воска.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Фарадей М. История свечи. - М.: Наука, 1980.- 130с

2. Никол Г. Книга о свечах. - М.: Профиздат, 2000. - 151 с.

3. Новожилов Б.В. Фарадей и его «История свечи».

http://vivovoco.rsl.ru/VV/Q_PROJECT/FAR/FARADAY0.HTM.

4. Свеча. Материалы из энциклопедии Википедия. http://ru.wikipedia.org/wiki.

5. Лидов А. Свечи и свечное производство. http://www.real-aroma.ru/Granat

6. Тит Т. Научные забавы: интересные опыты, самоделки, развлечения/ Пер. с франц. - М: Издательский Дом Мещерякова, 2007. - 224с.

7. Делаем свечи и мыло сами http://makecandles.ru/unusualcandles 

8. Восковые свечи, как определить подделку, и чем вредны парафиновые свечи   http://myod66.ru/poddelka/

9. Вредный огонек. Какую опасность скрывают свечи? http://www.oum.ru/literature/raznoe/vrednyi-ogonek-opasnost-svechey/

10. Парафиновые и восковые свечи: вред и польза http://www.inmoment.ru/beauty/health/candles