I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ИЗУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ШКОЛЬНОГО МЕЛА, ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Сафин Артур 1

---

1

Сафина Л.Г. 1

---

1

Работа в формате PDF

467.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день сохранение и укрепление здоровья населения - одна из наиболее актуальных проблем. Как только ребенок идет в школу, он начинает пользоваться мелом. Школьный мел сопровождает нас с первого до одиннадцатого класса, педагоги пользуются им постоянно. Сегодня к школьному мелу предъявляются очень серьезные требования, как и к любому продукту потребления.

Гипотеза: ни в каждом исследуемом образце, при проведении химического эксперимента, будет обнаружено наличие карбоната кальция.

Объект исследования: мел и его свойства.

Предмет исследования: карбонат кальция, как вещество, входящее в состав школьного и строительного мела.

В ходе работы использованы следующие методы исследования:

- поиск и анализ информации из достоверных источников;

- анкетирование;

- химический эксперимент;

- анализ полученных данных (оформление полученных результатов в виде таблиц, схем, презентации).

Актуальность нашего исследования заключается в том, что производители мела, чтобы снизить свои затраты и повысить прибыль, зачастую идут на хитрости и вместо мела, содержащего карбонат кальция, используют более дешевый материал, который может оказывать негативное воздействие на организм человека. Многие учителя, имеющие длительный опыт работы в школе, заметили, что, используя в настоящее время школьный мел, у них появляться сухость кожи рук, возникать слоение ногтевой пластины, трескается кожа рук, появляется сухой кашель, мел разъедает кожу, сильно пачкает руки, сыпется с доски, вызывает раздражение голосовых связок и т.п. Однако, кроме учителей, мелом пользуются также и учащиеся, которые при частом использовании мела испытывают такое же негативное его воздействие на организм.

В нашем исследовании мы попытаемся доказать, что в домашних условиях экспериментально можно определить наличие или отсутствие карбоната кальция в различных образцах мела.

Цель исследования: экспериментально определитьсодержание карбоната кальция (CaCO₃) в школьном и строительном меле.

Задачи:

1. Изучить литературу по проблеме исследования;

2. Провести химический эксперимент по определению содержания карбоната кальция в строительном меле и школьном меле, различных производителей;

3. Дать рекомендации учителям и учащихся по безопасному использованию школьного мела;

4. Оформить результаты исследования и сделать выводы.

1. МЕЛ, ЕГО ПРОИСХОЖДЕНИЕ, СОСТАВ, ПРИМЕНЕНИЕ

Мел — белая горная порода, мягкая и рассыпчатая, не растворяется в воде. Он входит в состав земной коры и его часть более 4% от всей коры. Больше 20% осадочных пород состоит из известняка или мела.

Мел, которым мы пишем на доске, состоит преимущественно из раковинок морских корненожек. В океанах и морях оседают на дно раковины отмерших корненожек. За тысячи и миллионы лет образуются громадные толщи раковинок, которые впоследствии при геологических перемещениях земной коры могут оказаться на суше в виде меловых и известковых гор.

В энциклопедическом словаре под мелом понимается тонкоземлистый, мягкий, марающийся (пишущий) известняк, в чистом виде белого цвета, иногда же сероватый или желтоватый[2,3].

Основным компонентом мела является карбонат кальция.

Карбонат кальция (углекислый кальций) — неорганическое химическое соединение, соль угольной кислоты и гидроксида кальция. Химическая формула —CaCO₃. В природе встречается в виде минералов — кальцита, арагонита и ватерита, является главной составной частью известняка, мрамора, мела, входит в состав скорлупы яиц. Нерастворим в воде и этиловом спирте.

В природе встречаются три полиморфные модификации (минералы с одинаковым химическим составом, но с различной кристаллической структурой): кальцит, арагонит и фатерит (ватерит). Некоторые горные породы (известняк, мел, мрамор, травертин и другие известковые туфы) практически полностью состоят из карбоната кальция с некоторыми примесями. Кальцит является стабильным полиморфом карбоната кальция и встречается в самом разнообразном геологическом окружении: в осадочных, метаморфических и магматических горных породах. Около 10 % всех осадочных пород составляют известняки, сложенные преимущественно кальцитовыми остатками раковин морских организмов. Арагонит является вторым по устойчивости полиморфом CaCO₃ и в основном образуется в раковинах моллюсков и скелетах некоторых других организмов. Также арагонит может образовываться и в неорганических процессах, например в карстовых пещерах или гидротермальных источниках. Фатерит является наименее стабильной разновидностью этого карбоната, и очень быстро превращается в воде либо в кальцит либо в арагонит. В природе встречается относительно редко, когда его кристаллическая структура стабилизирована теми или иными примесями.

Мел находит довольно значительное применение в практике. Он входит в состав разного рода красок и замазок, строительных смесей, в состав различных порошков для чистки металлов и зубов, а также служит для письма. Условно мел можно классифицировать на строительный и школьный.

Строительный мел – это грубо обработанный материал, содержащий большое количество примесей и химических веществ, которые добавляют для придания ему тех или иных свойств.

Школьный мел бывает 2х основных типов - кусковой и прессованный. Кусковой мел сейчас встречается очень редко. Такой мел делают, распиливая меловые глыбы, добываемые в карьере. Природный (кусковой) мел содержит только карбонат кальция. Основа же для прессованного мела - не карбонат, а сульфат кальция (CaSO₄), который получают из гипса (CaSO₄-2H₂O). При изготовлении формованных мелков в порошок гипса добавляются такие компоненты, как известняк, крахмал, а также склеивающие вещества (клей ПВА, БФ, казеиновый, канцелярский и др.) Формованные мелки также содержат разного рода красители.

Один из первых и по сей день действующий завод по производству школьного мела в России находится в Белгороде. Его производят экструзивным способом, при этом мокрый мел в виде тонких колбасок поступает из машин и укладывается на противни, режется и сушится в печах. Технологическая особенность получаемых мелков заключается в том, что их «связывание» происходит за счет клея (ПВА), что небезопасно для здоровья детей, которые иногда его едят. Однако этот мел мягок, приятен на ощупь, практически не пачкает рук.

На протяжении многих лет человечество использует мел для различных целей. Добавляя различные красители, можно получить мел любого цвета. Мел используется для письма на больших досках для общего обозрения, например, в школах. Он входит в состав «мелованной бумаги», используемой в полиграфии для печати иллюстрированных изданий. Мел широко применяется в качестве дешёвого материала для побелки, окраски заборов, стен, бордюров, для защиты стволов деревьев от солнечных ожогов и насекомых. Его также применяют в лакокрасочной промышленности, резиновой, бумажной, в сахарной промышленности, в стекольной промышленности, для производства спичек.

2.ИЗУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ШКОЛЬНОГО МЕЛА, ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

2.1. Результаты проведенного исследования по выявлению влияния школьного мела на здоровье учителей МБОУ СОШ №28 г.о. Самара (2015-2016 уч. год)

Для того чтобы определить влияет ли школьный мел на здоровье человека мы опросили 10 учителей МБОУ СОШ №28 г.о. Самара, которые в силу специфики своих предметов вынуждены пользоваться мелом. Для этого мы их попросили ответить на несколько вопросов анкеты, которая представлена в приложении 1. Минимальный педагогический стаж, опрошенных нами учителей составил 6 лет, а максимальный 35.

На вопрос анкеты: «Испытывает ли кожа ваших рук дискомфорт при использовании мела?» 70% опрошенных ответили «Да», что видно на диаграмме, представленной на рисунке 1.

Рис.1 Диаграммарезультатов опроса

70% респондентам ответившим «Да», мы задали вопрос: «Применяете ли вы какие-нибудь меры для борьбы с дискомфортом при использовании школьного мела?». 10% опрошенных ответили, что «моют руки», а 60% используют крем для рук. Результаты представлены на диаграмме рисунка 2.

Рис. 2 Диаграмма результатов опроса

В результате нашего опроса мы выяснили, что больше половины опрошенных отметили, что вынуждены постоянно пользоваться увлажняющим кремом для рук.

Несмотря на технический прогресс, по мнению учителей полностью заменить мел пока нельзя. Хорошей альтернативой стали бы доски для письма маркерами и интерактивные доски, но к сожалению ни каждая школа может позволить обеспечить каждого учителя этими досками.

Полученные результаты опроса подтвердили актуальность выбранной нами темы для исследования.

2.2. Результаты исследования по определение содержания карбоната кальция (CaCO₃) в школьном и строительном меле

С химической точки зрения карбонат кальция - CaCO₃ - это кальциевая соль угольной кислоты. При взаимодействии карбонатов практически с любой кислотой будет образовываться угольная кислота, которая мгновенно распадается на углекислый газ и воду, поэтому при взаимодействии карбоната кальция с любой кислотой будет выделяться углекислый газ. При проведении химического эксперимента в домашних условиях в качестве кислоты (для определения карбоната кальция) мы использовали всем нам известную уксусную кислоту- (эта́новая кислота) — органическое вещество с формулой CH₃COOH. Слабая, предельная одноосно́вная карбоновая кислота, представляет собой бесцветную жидкость с характерным резким запахом и кислым вкусом. [1]

В качестве исследуемых образцов нами были использованы строительный мел, природный и кусочек школьного мела Chalk, фото представлены на рисунке 3.

Рис. 3 Фото исследуемых образцов

Пробы исследуемых образцов были помещены в стаканы, в каждый из которых была добавлена уксусная кислота (CH₃COOH), уксус столовый 9% фото которого представлены на рисунке 4.

Рис. 4 Фото используемой в эксперименте уксусной кислоты

При внесении в стакан с уксусом пробы со строительным мелом наблюдалось бурное выделение углекислого газа (при внесении горящей спички в среду с углекислым газом, пламя тухнет), что подтверждает наличие в нем карбоната кальция. Полученных результаты исследования представлены на рисунке 5.

Рис. 5 Фото экспериментального исследования строительного мела на наличие в нем карбоната кальция

Химическая реакция, лежащая в основе проведенного нами эксперимента, выражается следующим уравнением:

2CH₃COOH + CaCO₃(CH₃COO)₂Ca+СО₂+Н₂О[1].

Две молекулы уксусной кислоты при взаимодействии с одной молекулой карбоната кальция, приводит к образованию одной молекулы соли ацетата кальция, одной молекулы углекислого газа и одной молекулы воды.

При проведении реакции со школьным мелом, после добавления уксусной кислоты, выделение газа не наблюдалось, т.е. содержание карбоната кальция не обнаружено. Результаты исследования образца школьного мела представлены на рисунке 6.

Рис. 6 Фото результатов исследования школьного мела на наличие в нем карбоната кальция

Полученные нами результаты экспериментального исследования подтвердили выдвинутую нами гипотезу: ни в каждом исследуемом образце, при проведении химического эксперимента, будет обнаружено наличие карбоната кальция.

2.3. Рекомендации по использованию школьного мела

Изучив литературу и проведя исследование, мы рекомендуем учителям следующие правила при использовании школьного мела, которые помогут уменьшить его негативное воздействие на их здоровье и здоровье учащихся:

1. Тщательно мыть тряпку от мела;

2. Не стирать мел с доски сухой тряпкой;

3. Уменьшить негативное влияние мела на кожу рук можно, если завернуть бумагой, а лучше фольгой, ту часть мела, которую держат рукой при написании;

4. Мойте руки после каждого использования мела и используйте крем для рук;

5. Чтобы сделать школьный мел не пачкающим руки, достаточно окунуть его на несколько секунд в разбавленное в 2—3 раза молоко (после такой процедуры мел перестает пачкаться, а писать будет по-прежнему хорошо);

6. Лучший мел для ежедневного использования в школе — это природный (кусковой) мел, который на более чем на 95% состоит из карбоната кальция, безопасного для здоровья человека;

7. Определить наличие карбоната кальция можно в домашних условиях, используя уксусную кислоту.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проведенного нами исследования можно сказать, что все поставленные нами задачи был решены.

Практической ценностью работы является глубокое изучение выбранной темы: прочитана литература по проблеме исследования; проведен химический эксперимент по определению содержания карбоната кальция в строительном меле и школьном меле различных производителей и доказано, что не все производители школьного мела используют карбонат кальция для его производства; даны рекомендации по безопасному использованию школьного мела, которыми могут воспользоваться учителя для сохранения их здоровья и здоровья учащихся; оформлены результаты исследования и сделаны выводы.

Данная работа может быть использована на уроках и во внеклассной работе естественно-научного цикла. Собранный материал может представлять интерес для широкого круга слушателей, интересующихся окружающим нас миром.

Проведение исследования позволило научиться планировать и проводить химические эксперименты и получать достоверные результаты.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Карцова А.А. Химия без формул. / А.А. Карцова; – СПб.: Авалон, 2005. С. 101-103.

2. Мел // Естествознание: Энциклопедический словарь / Сост. В.Д. Шолле. – М.: Большая российская энциклопедия, 2002. - 543 с.

3. Мел // Даль В. Толковый словарь живого великорусского языка: в 4 т. М.: Рус. яз., 1998 Т 4. - 688 с.

4. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Химия / Авт.-сост. Л.А. Савина. – М.: АСТ, 1995. – 448 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Анкета-опросник

Влияет ли школьный мел на ваше здоровье?

1. Какой предмет Вы преподаете? ___________________________________

2. Ваш стаж педагогической деятельности? ___________________________

3. Используете ли Вы при работе школьный мел? ______________________

4. Испытывает ли кожа ваших рук дискомфорт при использовании мела? ______________________________________________________________

5. Применяете ли Вы какие-нибудь меры для борьбы с дискомфортом при использовании школьного мела?

______________________________________________________________

16