Исследование свойств поташа

I.  Введение

Несколько лет назад наша семья переехала жить в Сергач. Именно здесь я услышала фразу « Сергач – в прошлом крупный центр поташного производства». Конечно же, меня заинтересовало, что же такое поташное производство и что такое поташ. Частично информацию об этом я получила на уроках химии, но материала было крайне мало. Кроме того выяснилось, что очень смутное представление о поташе имеют не только школьники, но и многие взрослые сергачане. Поэтому я решила, что было бы интересно более детально исследовать эту проблему, и со своими наблюдениями, результатами ознакомить как можно более широкую аудиторию. Это и стало целью данного исследования.

Каковы же задачи нашего исследования:

1. Выяснить, что из себя представляет поташ, какими свойствами он обладает.
2. Какое значение имел поташ для России и Сергачского района
3. Изучить методику получения поташа, воспроизвести её в лабораторных условиях.
4. Выявить наиболее значимые области применения поташа в наше время.
5. Провести эксперимент по получению из поташа некоторых продуктов  народного потребления (мыла).

II. Основная часть.

ПОТАШ – это карбонат калия K2CO3, образующий бесцветные кристаллы, плавящиеся при 8910 С и хорошо растворимые в воде. (слайд 4)

Поташ стал известен людям много позднее соды. Минералов состава K2CО3в природе нет, карбонат калия в виде примеси обычно сопровождает соду. Слово «поташ», видимо, произошло от немецких слов «потт» – горшок и «аш» – зола.

В России производили поташ, начиная с 16 в. В старых книгах сообщалось, что на поташных производствах боярина Морозова в 1672 было выработано 770 тонн поташа – это очень большое количество, по тогдашним меркам. Главными потребителями поташа были мыловарение, красильное дело и стекольное производство. Когда в 1660 появилась угроза вторжения татар, Морозов написал в вотчины, чтобы поташ прятали и закапывали в ямы, «где б вода не была, на высоких местах», иначе хорошо растворимая соль уйдет в почву и будет потеряна. (слайд 5)

На производство поташа еще Петр I в 1721 году установил монополию: «Нигде никому отнюдь поташа не делать и никому не продавать под страхом ссылки в вечную каторжную работу» (слайд 6)

Наш Сергач в XVII – XVIII в являлся центром поташного производства. Известный сергачский краевед В.А. Громов в своей книге «Сергачское притяжение»  Начиная с 1649 года, Сергач упоминается как деревня. Именно тогда царь Алексей Михайлович подарил боярину Борису Ивановичу Морозову обширные земли к юго-востоку от Нижнего Новгорода. Здесь открываются первые поташные заводы, и Сергач становится центром этого производства. Здешний поташ считался лучшим, использовался для изготовления оконного стекла, мыловарения, выделки шкур и поставлялся за границу. Окруженный государственными поташными заводами, на которые сгонялись ссыльные, Сергач в тот период назывался «Ближней Сибирью». В   1779 году по велению Екатерины II село стало уездным городом, а в 1781  году у г. Сергача появился герб с  изображением черного медведя,  означающий, « что того рода зверей в  лесах довольно».

 Во второй половине XIX века поташное производство в сергачских краях постепенно уступает место земледелию. (слайд 7,8)

Поташ в 17 в. изготавливали в России следующим способом: в деревянных корытах обрабатывали горячей водой древесную золу и полученным раствором поливали горящие в кирпичном очаге дрова – так, чтобы не потушить костер. При этом раствор упаривался, и на дне очага плотным слоем кристаллизовался поташ. Затем его выламывали ломами и закупоривали в бочки. Процесс сжигания дров и их полива требовал особых приемов, от умения рабочих-«поливачей» зависели выход поташа и его качество. Поэтому крестьянских детей отдавали в долгое обучение мастерству к «поливачам» еще подростками.

Для получения поташа жгли древесину только определенных пород – сосну, клен, березу, в которых содержание карбоната калия наибольшее. Из одного кубометра такой древесины получали около полукилограмма поташа. В те времена для получения поташа выжигали большие лесные площади, превращая эти места в пустоши и луга. (медведь на гербе Сергача) (слайд 9,10, 11)

Мы  использовали лабораторный способ получения поташа.

Для этого взяли древесную золу, залили её кипятком, дали настояться в течение суток. При этом, после того, как весь осадок осел на дно, слили прозрачный раствор и отфильтровали его. Отфильтрованный раствор называется «щёлок». Часть полученного щёлока мы выпарили, получили кристаллы белого цвета, с лёгким сероватым оттенком. (слайд 12-14)

Применяется K2CO3 в тех же областях, что карбонат натрия (производство стекла, моющих средств и т.д.). Однако, карбонат калия дороже, поэтому его используют, когда нужны те свойства, которых нет у карбоната натрия. Например, поташ служит сырьем для выработки оптического стекла,

Растворяясь в воде,  карбонат калия подвергается гидролизу. (слайд 15)

K2CO3 + HOH = KHCO3 + KOH

Среда этого раствора сильно щелочная, окрашивается фенолфталеином в малиновый цвет.

Большая часть поташа использовалась для производства мыла, но в те времена мыло являлось продуктом очень дорогим, не доступным большинству населения. Но наши предки легко соблюдали гигиену с помощью того же поташа – вода, настоянная на золе – щёлок, очень мягкая. Или даже сами варили мыло дома. Щелок (щёлок, поташ) - это консистенция из золы, настоянной на воде. Щелок в используется для купания и стирки. В отличие от различных продающихся в магазинах моющих средств, это полностью природное вещество. От этого слова произошло название класса химических соединений «щёлочи.» До сих пор некоторые щёлочи называют щёлоками, к примеру гидроксид калия — щёлок калиевый, а гидроксид натрия — щёлок содовый. В настоящее время это слово выходит из употребления.

Раньше вместо мыла использовали березовый щелок: мыли голову, мылись сами. Он полезен для приема внутрь при различных заболеваниях, например при метеоризме, коликах в желудке, повышенной кислотности желудочного сока и в особенности при отравлениях ягодами и бактериальными токсинами, а также способствует ускоренному выведению радиоактивных изотопов из организма. Вываривая щелок, получают шадрик, который очищается и перекаляется на поташ.

Карбонат калия (поташ), содержащийся в золе оказывает ещё одно замечательное действие на воду – смягчает её. Жёсткость воде придают соли магния и кальция. Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла. Использование жёсткой воды вызывает появление осадка (накипи) в чайниках, на стенках котлов, в трубах и т. п.

Мы добавили одинаковое количество мыльной стружки в два стаканчика – первый с водопроводной водой, второй со щёлоком.  В первом стакане выпал осадок в виде белых хлопьев, во втором же стакане осадка не было, а вода на ощупь оказалась очень мылкой. Таким образом, в жёсткой воде существенно увеличивается расход моющих средств, так, например, вся мыльная стружка в первом стакане израсходовалась на связывание солей жёсткости, а во втором стакане вода может использоваться для стирки.

Но всё же основное количество поташа использовалось для производства мыла. Мыло несложно получить в лабораторных условиях. (слайд 16-17). Для этого берётся щелочной раствор (в нашем случае – раствор поташа) и любые жирные отходы. (Мы использовали растительное масло). Компоненты смешиваются в равных частях, при этом образуется устойчивая эмульсия белого цвета. Её мы увариваем на медленном огне, постепенно подливая щёлок. Во время варки мыла регулярно берутся пробы на стекле до тех пор, пока масса не станет застывать. При уваривании поташно-жировая основа приобретает серовато-жёлтую окраску и характерный запах хозяйственного мыла. На уваривание нашего образца мыла мы затратили около 30 минут. Полученное мыло точнее было бы назвать «мыльный клей», так как полученное вещество получилось скорее вязким, чем твёрдым. Это особенность калиевых образцов мыла. Чтобы получить твёрдое натровое (или натриевое) мыло, достаточно опустить калийное мыло в сильноконцентрированный раствор поваренной соли, через некоторое время на поверхность всплывут густые хлопья, которые остаётся собрать и просушить.

Таким же образом можно получить мыло и дома. Известен такой исторический факт – во время блокады Ленинграда жители города испытали холод, голод, смерть, но не было вспышек инфекционных болезней, которые неизбежно должны были возникнуть. Дело в том, что ленинградцы сами варили мыло из золы и тех скудных жирных отходов, которые удавалось раздобыть.

В наше время изготовление самодельного мыла является одним из модных хобби. Цена за 50-граммовый кусок такого мыла доходит до 250-300 рублей. Самый дорогой компонент для изготовления мыла – это мыльная основа. А если мыльную основу изготовить самостоятельно, в качестве красителя взять сок свёклы, моркови, ароматизировать эфирными маслами, выделенными из лимонной цедры, ванили – получим эксклюзивный, не причиняющий вреда здоровью продукт за весьма умеренную плату. (слайд 18)

Кроме мыловаренного производства, поташ широко применялся в России для получения стекла (к сожалению, не смогли проделать этот опыт, т.к. температуры наших нагревательных приборов недостаточно для расплавления компонентов стекла.), выделки кож и при изготовлении сукна для окраски, а также для беления тканей. 

Человек давно заметил, что внесение в почву золы приводит к увеличению урожайности. О том, что ее активным началом является карбонат калия K2CO3 - поташ, стало ясно гораздо позже. Поташ достаточно широко использовался в кондитерском  производстве, (разлагается при нагревании) особенно при выпечке пряников. 

С помощью поташа проводят также занимательные опыты.

Один из них – «облако из колбы». (слайд 19)

Для этого в колбу насыпают кристаллический карбонат калия слоем 1 – 2 см и осторожно наливаем 10%-ный раствор аммиака, чуть покрывая кристаллы. Затем очень тонкой струйкой вливаем в колбу немного концентрированной соляной кислоты. Из горла колбы вырывается плотная струя густого белого дыма который сползает по её наружным стенкам, стелется по столу и, добравшись до края, хлопьями падает на пол. Без применения карбоната калия этот опыт не такой зрелищный, так как в нашем случае из карбоната калия образуется улекислый газ, который и способствует такому красивому рассеиванию белого дыма.

III. Заключение

В результате проделанной работы мы пришли к следующим выводам:

1. Поташ – важнейшее вещество для многих отраслей промышленности – мыловарения, стекольного производства, пороха, хрусталя, кулинарии.

2. Значение карбоната калия как ценного химического продукта с 16 века до наших дней не уменьшилось.

3. Знание свойств химических соединений, например, поташа, позволяет быть более приспособленными к условиям нашей жизни.

 Сформулированные выводы позволяют судить о том, что цель исследования достигнута. Однако на этом наша работа  не окончена, появилась новая задача – провести «химическо-исторический  ликбез», а именно познакомить с нашей работой как можно большую аудиторию.

Кроме того, появилась ещё одна задача – намного ли отличается механический и химический состав почвы в «майданах» от тех мест, где поташ не производился, ведь зола значительно улучшает структуру почвы и увеличивает содержание в ней питательных веществ. Но это тема уже  другого исследования.

Список литературы:

В.А. Громов,  «Сергачское притяжение»

Л.Е. Сомин , Увлекательная химия, Москва, «Просвещение», 1998

http://dic.academic.ru/dic.nsf/brokgauz_efron/82584/поташ

http://ru.wikipedia.org/wiki/Карбонат_калия