УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ОПЫТОВ ПО ХИМИИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ МИКРОМЕТОДОМ
DEVICE FOR CARRYING OUT CHEMICAL LABORATORY TESTS WITH ELECTRICAL CURRENT USING MICROMETHOD

Изобретение относится к средствам обучения учащихся в учебных заведениях различного уровня на уроках химии, а именно к средствам проведения лабораторных опытов с веществами под действием электрического тока.
Известно техническое решение по книге А.А.Беликов «Эксперимент на уроках химии», Киев, «Радянська школа», 1988 г., стр.7-15, которое содержит планшетку в виде пластины, в которой восемь пронумерованных ячеек расположены в два ряда, причем две ячейки соединены каналом. Однако оно неустойчиво при работе и не обеспечивает проведения всего спектра лабораторных опытов по химии с электрическим током, в частности испытаний металлов и неметаллов на электрическую проводимость.
Известно техническое решение по патенту РФ №2176109, кл. G09B 23/24, 2001 г., «Микролаборатория для химического эксперимента», которая содержит прозрачную планшетку с ячейками, а две ячейки, соединенные каналом, выполнены на отдельном выступе, а также держатель П-образной формы, стойки которого снабжены направляющими пазами, в которые входят выступы планшетки, а на перекладине держателя закреплены электроды. Однако данное техническое решение не обеспечивает проведение всего аспекта опытов по химии с электрическим током, а используется для проведения отдельных опытов по электролизу.
Наиболее близким техническим решением является устройство по патенту РФ №2211490 «Микролаборатория для химического эксперимента», кл. G 23/24, 2001 г., снабженная прямоугольной планшеткой с отбортовками-опорами и ячейками, две из которых соединены каналом. Микролаборатория содержит держатель электродов посредством удерживающего блока, обеспечивающий подвижную установку электродов под углом с фиксацией их в нужном положении посредством пружинного фиксатора, при этом электроды проводами подсоединены к клеммам. Однако данное устройство обеспечивает проведение только испытаний растворов веществ на электрическую проводимость и опытов по электролизу. Устройство недостаточно эффективно при электролизе, т.к. не позволяет фиксировать изменение окраски растворов веществ до и после эксперимента.
Технической задачей настоящего изобретения является создание простого компактного устройства, которое обеспечивало бы наглядное проведение всех лабораторных опытов по химии с электрическим током (испытаний на электрическую проводимость металлов и неметаллов, испытаний на электрическую проводимость растворов веществ, электролиза растворов солей, кислот и щелочей, а также наблюдение движения ионов в электрическом поле).
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для лабораторных опытов по химии, содержащем корпус, планшетку с отбортовками-опорами и ячейками, две из которых соединены каналами, удерживающий блок и электроды, корпус выполнен в виде пустотелого короба, передняя стенка которого выполнена наклонной, а по периметру короб снабжен горизонтальной наружной отбортовкой, причем в передней отбортовке выполнен прямоугольный паз, а боковые отбортовки снабжены вертикальными стенками, служащими опорой корпуса, на передней наклонной стенке короба закреплены индикатор и снабженные изолированными кнопками пружинные удерживающие блоки, корпуса которых соединены с источником постоянного электрического тока и выполнены с отверстиями для установки либо электродов, либо фиксаторов для исследуемых веществ, планшетка дополнительно снабжена двумя изолированными ячейками, расположенными перед ячейками, соединенными каналом, а отбортовки-опоры планшетки примыкают к внутренним поверхностям вертикальных стенок боковых отбортовок корпуса, взаимодействуют с ними и фиксируются ими, при этом все ячейки выполнены сферической формы, а соединительный канал имеет клиновидную форму. Корпус удерживающего блока выполнен в виде ступенчатого патрубка с внутренним ступенчатым продольным отверстием, внутри которого перемещается подпружиненный ступенчатый стержень, снабженный двумя поперечными отверстиями, расположенными в одной продольной плоскости в торцевых зонах, и одним осевым глухим отверстием, расположенным в торце ступени большего диаметра и предназначенным для установки изолированной кнопки, при этом наружная поверхность ступени меньшего диаметра корпуса удерживающего блока снабжена резьбой, на которой устанавливается фиксирующая гайка, для закрепления удерживающего блока на передней наклонной стенке корпуса устройства, лепесток, обеспечивающий посредством провода со штекером на конце соединение корпуса удерживающего блока с источником постоянного электрического тока, а торец этой ступени снабжен сквозным шлицевым пазом, расположенным в одной продольной плоскости с поперечным отверстием, расположенным в торцевой зоне ступени большего диаметра корпуса удерживающего блока, на которой установлена изоляционная втулка. Индикатор выполнен в виде светодиода. Источник постоянного электрического тока выполнен в виде учебного выпрямителя типа ВУ-4М. Фиксаторы исследуемых веществ выполнены с крючками-ложементами на концах. Кнопки разных удерживающих блоков выполнены разного цвета, соответствующего цвету штекера, например красного и черного.
На фиг.1 изображено устройство, вид спереди, при работе с электродами; на фиг.2 - то же, вид сбоку, при работе с фиксаторами образцов исследуемых материалов; на фиг.3 изображена планшетка; на фиг.4 - устройство, вид сверху фиг.2; на фиг.5 - удерживающий блок с разрезом.
Устройство для проведения лабораторных опытов по химии с электрическим током микрометодом состоит из корпуса 1, который выполнен в виде пустотелого короба с наклонной передней стенкой 2. По всему периметру корпус снабжен горизонтальной наружной отбортовкой 3, причем в передней отбортовке 4 выполнен прямоугольный паз 5, а боковые отбортовки снабжены вертикальными стенками 6, служащими опорами для корпуса. На передней наклонной стенке установлен индикатор 7, выполненный в виде, например, светодиода, и закреплены удерживающие блоки 8, 9, снабженные изолированными кнопками 10, выполненными разного цвета, например красного и черного. Каждый удерживающий блок состоит из корпуса 11, выполненного в виде двухступенчатого патрубка, ступень 12 большего диаметра снабжена поперечным сквозным отверстием 13 и расположена снаружи корпуса 1 устройства, ступень 14 меньшего диаметра находится внутри короба корпуса 1, выполнена с резьбой 15, на которой закрепляется фиксирующая гайка 16, жестко крепящая удерживающий блок на корпусе 1 устройства, а торец ступени 14 снабжен сквозным шлицевым пазом 17, расположенным в одной продольной плоскости со сквозным поперечным отверстием 13 корпуса. Между корпусом 1 и гайкой устанавливается лепесток 18, к которому подсоединен провод 19 со штекером 20 на конце, причем штекеры блоков 8 и 9 окрашены в разные цвета, например красный и черный, но обязательно соответствуют цвету кнопки 10 этого же блока, для подсоединения корпуса 1 к источнику постоянного электрического тока 21, выполненного в виде учебного выпрямителя типа ВУ-4М.
Ступень 12 большего диаметра корпуса 11 удерживающего блока снабжена изолирующей втулкой 21. Внутри корпуса 11 удерживающего блока установлены пружина 22 и ступенчатый стержень 23, в котором выполнены два сквозных отверстия 24 и 25, расположенных в торцевых зонах стержня в одной продольной плоскости, причем отверстие 13 корпуса удерживающего блока и отверстие 24 стержня выполнены соосно, именно в эти соосные отверстия 13 и 24 закрепляются либо электроды 26, либо фиксаторы 27 с крючками - ложементами 28 для исследуемых веществ 29. В торце ступени 30 большего диаметра ступенчатого стержня 23 выполнено глухое отверстие 31 для установки изолированной кнопки 10, при этом кнопки каждого блока выполнены разного цвета, например красного и черного, но соответствующего цвету штекеров. Планшетка 32 выполнена из прозрачного материала и дополнительно снабжена двумя изолированными ячейками 33, расположенными перед ячейками 34, соединенными каналом 35 клиновидной формы.
Устройство работает следующим образом. Первоначально размещают планшетку 32 между вертикальными стенками 6 корпуса 1 так, чтобы в прямоугольном пазе 5 корпуса находились ячейки 34, соединенные каналом, и ячейки 33.
При исследовании электропроводимости растворов в собранные и закрепленные на передней наклонной стенке 2 корпуса удерживающие блоки 8 и 9 устанавливают электроды 26, не опуская их в ячейки планшетки. Ячейки 34, соединенные каналом 35, заполняют каплями исследуемого раствора. Каждый удерживающий блок 8 и 9 подключают посредством проводов 19 со штекерами 20 на конце, окрашенными в разные цвета, например красный и черный, к клеммам источника постоянного электрического тока 21.
Нажимают кнопки 10, при этом ослабляют крепление электродов в удерживающих блоках 8 и 9, и электроды под тяжестью собственного веса опускаются в ячейки 34, соединенные каналом, соприкасаясь с раствором. Если раствор в ячейках является электропроводимым, то цепь замыкается и зажигается индикатор.
Опыты по электролизу растворов солей, кислот и щелочей проводят с использованием двустороннего фонового экрана (черный/белый) для эффективного наблюдения изменения цвета растворов в ходе опыта. Планшетку 32 помещают на белой (или черной) стороне фонового экрана. Размещают планшетку между вертикальными стенками 6 корпуса 1. В удерживающие блоки 8 и 9 устанавливают электроды 26, не опуская их в ячейки планшетки.
Заполняют каплями окрашенного раствора исследуемого вещества ячейки 34, соединенные каналом, и две ячейки 33, расположенные рядом перед ними. Подключают электроды 26, закрепленные в блоках 8 и 9, посредством проводов 19 со штекерами 20 на конце, окрашенными в разные цвета, например красный и черный, к источнику постоянного электрического тока 21. Нажимают кнопки 10, при этом ослабляют крепление электродов в удерживающих блоках 8 и 9, и электроды под тяжестью собственного веса опускаются в раствор, находящийся в ячейках 34, соединенных каналом. В ячейках 34, соединенных каналом, происходят химические процессы электролиза исследуемого вещества. Наблюдая за ходом электролиза, попарно сравнивают цвета растворов в ячейках 33, расположенных перед ячейками 34, и делают вывод о характере изменений и протекающих реакциях.
В опытах наблюдают движение ионов в электрическом поле следующим образом. Ячейки 34 планшетки 32, соединенные каналом, заполняют раствором одного вещества, а на середину соединительного канала помещают кристалл другого (сухого) вещества. Подключают электроды 26 к источнику постоянного тока 21. Затем опускают электроды в ячейки 34 планшетки, заполненные раствором, и наблюдают смещение окрашенных ионов вещества, помещенного на середину канала, к соответствующему электроду, согласно их зарядам.
При проведении опытов с образцами металлов и неметаллов вместо электродов устанавливают фиксаторы 27, на крючки 28 которых помещают исследуемые образцы веществ, например медный электрод, алюминиевый электрод, графитовый электрод или электрод, покрытый серой. Подключают фиксаторы 27 к источнику постоянного тока 21, и, если при этом индикатор 7 загорается, следовательно, исследуемый образец является электропроводным, а если индикатор не загорается, как в случае с электродом, покрытым серой, то вещество - неэлектропроводно.
Предложенное устройство обеспечивает проведение всего комплекса лабораторных опытов по химии с веществами под действием электрического тока. Устройство компактно, имеет малые габариты. Эксперимент в ячейках планшетки безопасен (так как используются очень малые дозы - капли растворов веществ), прост по исполнению и непродолжителен. Конструкция ячеек планшетки и корпуса устройства позволяет обеспечить наглядность и выразительность лабораторных опытов с веществами под действием электрического тока. Расходуемое оборудование - электроды, легко сделать в условиях учебного заведения (школы).