Адгезия, или Как покрасить забор?

11.02.201907.04.2019
Задумывались ли Вы о том, почему краска не отваливается с поверхности? Почему пломба не выпадает из зуба? Знаете ли Вы, что прилипание краски и пломбирование зубов обеспечивается межмолекулярным взаимодействием двух поверхностей – адгезией? Адгезия – важное физическое явление, которое мы встречаем повсеместно. В данном курсе мы выясним что за таинственная сила «адгезия», чем она вызвана, какие факторы на неё влияют, и почему в мире так много явлений зависит от адгезий.

К участию приглашаются ученики 9-11 классов, заинтересованные в изучении химических и физических явлений.

При изучении данного курса Вы получите следующие навыки:

  • работа с текстом, умение выделять ключевые моменты;
  • постановка и планирование эксперимента;
  • анализ полученные данных, подтверждение или опровержение гипотезы, написание теоретических выводов на основе полученных экспериментальных данных;
  • навыки эффективного мышления, которые помогут сделать работу более системной;
  • создание презентации Вашего исследования;
  • коммуникативные навыки (при постановки эксперимента можно обращаться за помощью к учителю химии, физики, одноклассникам, студентам,  но сертификат участника выдается только Вам).

Тезаурус курса: физика, химия, адгезия, диффузия, Ван-дер-Вальсовы силы, адгезионная прочность, когезия, адсорбция.

Тематические планирование:

Что понадобится для работы?

  1. Металлические пластины, стержни, гвозди (ровная поверхность)
  2. Любая строительная краска, лаки для ногтей (П.С. Лучше водоэмульсионная краска, запаха будет меньше)
  3. Спиртовой раствор для обработки поверхности, жесткая металлическая губка
  4. Кисточки
  5. Химические стаканы (можно заменить любыми пластиковыми емкостями объемом примерно 1 литр)
  6. Растворы соли, подсолнечное масло, вода

Часть 1. Что такое адгезия?

Адгезия (от латинского слова  adhaesio — прилипание)—сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярными взаимодействиями в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей.

Так как адгезия представляет собой крайне сложное явление, нет единой теории возникновения адгезии. В данном файле (Текстовый документ 1) собраны основные теории, трактующие это явление с разных точек зрения. Большинство теории адгезии можно объединить в 5 основных:

  • молекулярная (адсорбционная теория);
  • механическая теория;
  • химическая теория;
  • диффузионная теория;
  • электрическая теория.

Часть 2 — Адгезия, расти!

Итак, что же такое адгезия и чем она вызвана мы разобрались. Теперь нам для дальнейшей работы важно понять, какие факторы влияют на адгезию? Ведь если вы будете печь пирог при температуре 300 оС, вместо положенных 180оС, свойства вашего пирога явно изменяться. Также и с адгезией: если варьировать параметры, которые влияют на адгезию, можно получить лучшее сцепление с поверхностью (или не получить сцепление вообще). В текстовом файле 1 описаны не только существующие теории адгезии, но и факторы, которые влияют на адгезионную прочность. Внимательно изучите этот материал! В дальнейшей работе и итоговой презентации он будет очень полезен.


Часть 3 – Рубрика –эксперррррименты!

В прошлой части Вы выделили основные факторы, влияющие на адгезию. Пришло время подтвердить теорию практикой. Экспериментальная часть длится две недели, учитывайте это при распределении времени на конкурсную программу.

 

Скачать форму таблицы с результатами


Часть 4 — Анализируй

С помощью таблицы и фотографии, сделайте практический вывод о влиянии различных факторов на адгезионный контакт. Подтвердилась ли теория практическими опытами? Сравните пластинки между собой, влияние каких факторов мы рассмотрели в данном опыте?  Какие пластинки выглядят лучше и почему? Где адгезионный контакт лучше и почему? Если Вы проведете  дополнительные опыты, доказывающие влияние других факторов на адгезию, это будет, несомненно, плюсик. (строго по желанию).


Часть 5 – Неужели только заборы?

Наверное, после таких опытов и примеров, Вы стали задумываться о том, что это применяется только в лакокрасочной промышленности. Но не стоит так заблуждаться. Посмотрите вокруг, все парты и стены покрыты лаками и красками. Мы с Вами рассмотрели такое важное явление, как адгезия, на самых простых примерах, на примере вещей, которые нас окружают. Где же применяется адгезия помимо этого?  Когда стоматолог вставляет пломбу в зуб, за счет чего обеспечивается такой плотный контакт? Правильно, за счет адгезии. Капли росы на лепестках розы – это пример адгезии. Адгезия имеет место в процессах склеивания, пайки, сварки, нанесения покрытий. Наиболее известные адгезионные эффекты — смачиваемость/несмачиваемость, поверхностное натяжениетрение покоя двух абсолютно гладких поверхностей. Даже, когда Вы приклеиваете скотчем плакат любимой группы на стену, это тоже явление адгезии. Адгезия окружает нас повсюду. Внимательно посмотрите на привычные Вам вещи.

Задание

Задача 1.1

Согласно какой концепции адгезия осуществляется в результате затекания клея в поры и трещины поверхности субстрата, если поры субстрата имеют неправильную форму?

Задача 1.2

Какая теория адгезии объясняет взаимодействием эпоксидных красок с металлической поверхностью, если известно что на металле образуется  новое металл-органическое соединение?

Задача 1.3

Как Вы думаете, адгезия будет лучше в случае с высоковязким материалом или низковязким? С какими физическими явлениями это связано?  Ответ объясните.


Задача 2.1

Выпишите под пунктами из данного текста самые главные факторы, и то как их увеличение (уменьшение) влияют на адгезионную прочность (положительно или отрицательно).


Опыт 1

Возьмите 7 металлических пластинок (гвозди).

1 и 2 пластинки: 1 пластинку просто покройте краской (лаком для ногтей), 2 пластинку отчистите от загрязнений, обезжирьте спиртовым раствором, затем покройте краской. Когда краска высохнет, поместите обе пластинки в стакан с обычной водой. (Подпишите стакан)

3 и 4 пластинка: 3 пластинку просто покройте краской (лаком для ногтей), 4 пластинку отчистите от загрязнений, обезжирьте спиртовым раствором, затем покройте краской. Когда краска высохнет, поместите обе пластинки в стакан с 20% раствором поваренной соли. (Подпишите стакан)

5 и 6 пластинка: 5 пластинку просто покройте краской (лаком для ногтей), 6 пластинку отчистите от загрязнений, обезжирьте спиртовым раствором, затем покройте краской. Когда краска высохнет, поместите обе пластинки в стакан с подсолнечным маслом. (Подпишите стакан)

7 пластинка: Контрольный образец. Просто покройте краской, дайте высохнуть и уберите. Она Вам пригодится для анализа результатов.

В данном опыте нужно использовать везде одну и ту же краску.

Опыт 2

Возьмите ещё 3 пластинки, отчистите от загрязнений, обезжирьте спиртовым раствором, затем покройте краской отличнойот первого опыта. (Краску нужно взять не просто другого цвета, а именно другую по составу. Например, можно взять в первом опыте водоэмульсионную краску, а в этом лак для ногтей, или масляную краску). Когда покрытие высохнет, поместите эти пластинки к пластинкам из первого опыта.

Итак, в каждом стакане у Вас должно быть по 3 пластинки. Обязательно промаркируйте свои пластинки, чтоб не запутаться! Пластинки нужно оставить в емкостях на две недели. Контрольные точки (фотоотчет) – 3 дня, 1 неделя, 2 неделя. (Достать и сфотографировать пластинки).

Через две недели, достаньте все свои пластинки и дайте им высохнуть, сфотографируйте. Обязательно запишите в таблицу (скачать таблицу результатов) свои наблюдения: внешний вид пластинки, изменился цвет или нет (используйте 7 пластинку — контрольный образец), зафиксируйте все трещины и отслоения.


Задача 5.1

Напишите примеры адгезии и сферы применения. Чем они будут интереснее, тем лучше!


Результат – 2 файла:

  1. Лабораторный отчет по проведенным опытам (с фотографиями, таблицей, выводами) , оформленный в виде презентации в формате *pdf.
  2. Текстовый документ с ответами на задачи 1.1, 1.2, 1.3, 2.1, 5.1 в формате *pdf.

Критерии оценки:

  • Самостоятельность работы.
  • Терминологическая и научная корректность.
  • Фотоотчет с развернутыми комментариями.
  • Анализ проведенной работы и выводы.
  • Развернутые ответы на задачи (Не краткие, не сочинения в несколько страницы).
  • Глубина проработки — то, насколько вы поняли данную тему.
  • Оригинальность.

Максимальный балл – 10

0-2 – задание не выполнено, есть ответы на 1-2 задачи.

3-4 – задание выполнено минимально, есть фотоотчет без комментариев

5-6 – фотографии сопровождаются короткими комментариями, есть небольшие выводы, решены частично задачи

7-8  — развернутые комментарии к фотографиям, заполненная таблица, решенные задачи с недочетами.

9 — развернутые комментарии к фотографиям, заполненная таблица, решенные задачи, обширные выводы по проделанной работе.

10 – выполнение всех критериев, понимание темы, оригинальность работы, выполнен анализ, даны развернутые ответы на задачи, сформулированы выводы, приведен фотоотчет с комментариями под каждой фотографией, заполненная таблица.