XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Я рисую белым мелом
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Летом я с родителями ездила в музей – заповедник Дивногорье Воронежской области. На меня произвело впечатление меловые горы и каньон, величественные останцы (здесь называют их дивы) и монастырь, вырезанный в меловой скале.
Когда мы гуляли по этой местности, я нашла кусочки природного мела. Разглядывая его, я заметила, что этот мел отличается от того, которым мы пишем в школе на доске.
Мне стало интересно, и я решила провести исследование, чтобы узнать, что такое мел, в чем его секреты. А также научить выбирать качественный мел, которым бы было удобно писать на школьной доске.
Цель работы: изучить свойства мела, научиться выбирать школьный мел, определять его качество опытным путем.
Достижение поставленной цели возможно при решении следующих задач:
Изучить материал о происхождении, применении и месторождении мела.
Определить состав школьного мела.
Изучить свойства мела.
Объект исследования: мел
Предмет исследования: школьный мел
Гипотеза: Если я научусь правильно выбирать мел, то буду использовать для работы в классе качественный продукт.
Методы:
- сбор информации из разных источников;
- наблюдение;
- проведение опытов.
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Как возник мел?
Мел относится к древним породам, он был свидетелем многих событий, происходящих на планете в течение тысячелетий.
По своей внутренней сущности (структуре, составу) мел является карбонатом кальция, или кальцитом. Это разновидность природной породы известкового типа, полезное ископаемое. Примерно половину каждого куска мела составляет кальций, остальное представляет собой переработанные природой останки моллюсков, водорослей, растений, панцирей. Таким образом, рассматриваемое вещество является одной из самых древних пород на земле, при этом оставаясь уникальным примером субстанции смешанного растительно-животного происхождения. В честь него даже назван целый период истории нашей планеты, во время которого землю топтали динозавры, — Меловой период.
Примерно восемьдесят тысяч лет назад, когда, по предположению историков, планета была населена всевозможными видами динозавров, в море жили миллионы моллюсков, имеющих панцирь. Именно они заложили основы формирования меловых залежей, которые сейчас повсеместно добываются и используются современным человеком.
Происходило формирование кальцийсодержащего вещества, находящегося в панцирях и раковинах морских существ, благодаря наличию растворенного кальция в воде и особенностей физиологии упомянутых моллюсков. Когда эти моллюски прекращали свое существование, с течением времени на дне соленых водоемов появлялись толстые слои меловых кальцитовых отложений.
1.2. Как добывают мел?
В большинстве случаев мел добывают открытым способом из известнякового карьера. После получения больших обломков мела его дробят и избавляют от многочисленных посторонних примесей путем погружения в воду (при этом частички мусора всплывают на поверхность). После сортировки добытого на карьере мела те камни, которые не прошли переработку, отправляются на обжиг. Таким образом получали известь, которая широко использовалась ранее для различных отделочных и строительных работ (например, при побелке потолка и внутренних стен зданий).
В зависимости от своеобразия месторождений, в природных свойствах мела могут быть значительные отличия. Существенно влияет на минерал влажность воздуха. Он в воде не растворяется, а формует суспензию. Карбонат кальция при впитывании влаги свою прочность теряет. Пластичность материала при этом значительно увеличивается.
Это вносит серьезные проблемы в переработку и добычу мела, он прилипает к ковшу экскаватора. Имеет незначительную морозостойкость. После размораживания он распадается на большое число мелких отдельных частиц. Данное свойство применяют в сельском хозяйстве для снижения кислотности почвы.
1.3. Из чего состоит мел?
Состав мела определяется местом его формирования, поэтому этот минерал из разных частей света может содержать отличающиеся по составу и процентному содержанию части, но в основном это всегда преобладание кальция и его соединений.
Физический
В физическом плане мел содержит в себе:
мелкодисперсный кальцит, источником которого являются кокколитофориды или одноклеточные гаптофитовые планктонные водоросли (чуть менее 50 %);
остатки, обломки скелетов, панцирей морских моллюсков и им подобных существ, имеющие много кальция в твердых тканях (примерно 10 %);
раковины моллюсков фораминифер, в избытке содержащие в составе кальций и его соединения (около 10 %);
силикат, вошедший в состав образовавшегося мела из так называемого геологического мелкодисперсного мусора, состоящего из песка и остатков горных пород, с помощью ветра занесенных в место формирования меловых отложений (приблизительно 3 %).
Кальцит, содержащийся в меле, может быть как аутогенного, так и биогенного происхождения. При этом биогенный или зоогенный состав обозначает наличие остатков отмерших микроорганизмов и продукты их жизнедеятельности, а аутогенный — все остальные пути формирования меловых отложений.
Химический
Если рассматривать структуру мела с химической точки зрения, он содержит в себе такие элементы и химические соединения:
от 47 % до 55 % — кальция карбонат (CaCO3);
до 43 % — газ углекислый (CO2);
до 6 % — кремния диоксид (SiO2, чем выше содержание кремния, тем крепче мел);
до 4 % — алюминия диоксид (Al2O3);
до 2 % — магния карбонат (MgCO3);
около 0,5 % — железо (Fe);
микроскопические псевдоморфозы (кристаллы) кальцита, полученные от ископаемых микроорганизмов радиолярий.
Наличие железа в меле подтверждается красноватыми разводами и оттенками на куске. Незначительная примесь кварца, находящаяся в меле, является полиморфной модификацией диоксида кремния.
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.
В РФ самые большие месторождения размещены в Белгородской и Воронежской областях, а также в Ульяновской, Саратовской и Брянской.
Самый древний в России завод по изготовлению мела находится в Белгороде. В районе этого города минерал, как горную породу, добывают и сегодня. Именно из белгородских карьеров его развозят по всем предприятиям, производящим материал поштучно.
В Белгороде мел изготавливали и раньше и создают теперь экструзионным методом. При этом мокрый минерал в виде тоненьких колбасок поступает из устройства, похожего на мясорубку. Колбаску укладывают на противень, режут и в печах сушат. В итоге получаются круглые мелки. Технологическое своеобразие этой продукции – ее «связывание» осуществляется за счет клея (чаще всего ПВА), что для здоровья малышей не совсем безопасно (известно, что белый мел едят ребятишки, впрочем, как и взрослые). Зато она почти не пачкает руки, мягкая, приятная на ощупь.
Мел для рисования применялся издавна. Археологи и ныне обнаруживают пещерные рисунки, сделанные этой породой. Некоторые художники рисовали эскизы своих картин. Именно тогда мел для удобства приобрел свою общепринятую форму в виде палочки.
Так как мел – это рассыпчатая и мягкая горная порода (порошок), его часто смешивают со связующими субстанциями – водой и глиной. После полученную массу помещают в формочки и сушат. Если необходим цветной материал, в смесь добавляют разнообразные примеси. Для получения черных мелков, к примеру, добавляют углерод, а для ярко-красных – оксид железа.
Некоторые производители в виде связующего вещества добавляют декстрин или гипс. И уже из этой смеси далее делают школьный мел. Для получения цветных мелков на последнем этапе добавляют красители.
1.4. Применение мела.
Мел используется в быту и различных отраслях народного хозяйства:
– в строительстве и для ремонта зданий и сооружений – для побелки, окраски заборов, стен, бордюров и пр.,
– для защиты стволов деревьев,
– в сельском хозяйстве для известкования кислых почв,
– как необходимый компонент мелованной бумаги, используемой в полиграфии для печати качественных иллюстрированных изданий,
– для письма на больших (школьных и пр.) досках для общего обозрения,
– в фармацевтике в лекарственных препаратах как вспомогательное вещество (наполнитель),
– в животноводствекак кормовая добавка, обеспечивающая необходимое количество кальция в рационе птиц и скота,
– в качестве дисперсного наполнителя для полимерных композиций (полипропилена, полиэтилена и пр.), резины, керамики и пр.,
– при производстве строительных материалов – извести, портландцемента, стекла и пр.,
– в пищевой промышленности – для очистки свекловичного сока,
– в парфюмерии и косметике – в качестве наполнителя,
1.5.Влияние мела на здоровье человека.
Здоровье человека всегда было предметом пристального изучения специалистов самых разных профессий, ведь сохранение и укрепление здоровья населения - одна из наиболее актуальных проблем.
По прогнозам Всемирной Организации Здравоохранения в начале XXI века самыми распространенными заболеваниями человека являются аллергические заболевания, бронхиальная астма, сердечно - сосудистые заболевания. По информации Института иммунологии, каждый третий житель России подвержен аллергии, а в ближайшем будущем аллергиком будет каждый второй.
Мел выделяет много пыли, действие которой на организм обусловлено индивидуальными особенностями каждого человека. Как и любая пыль, меловая пыль накапливается в дыхательных путях, вызывая раздражения. Отсюда кашель, першение в горле, чихание. Очень часто это может вызывать аллергические реакции. Пострадать может и чувствительная кожа. Руки от мела могут чесаться, кожа сохнуть.
Школьный мел предназначен для детей, и поэтому он должен обладать безопасностью. Состав и все свойства изделия должны быть указаны на упаковке. Школьный мелок должен изготавливаться с учётом всех существующих стандартов производства из экологически чистого сырья.
Давно подмечено, что многие дети с удовольствием грызут мел. Почему возникает такая потребность?
Считается, что съесть кусочек мела или извести хочется тогда, когда в организме не хватает кальция. Кальций – это основа костной ткани, участвует в водно-солевом обмене. Он способен нормализовать возбудимость нервной системы и мышц. Дефицит кальция в организме может возникнуть при однообразном питании, недостаточном потреблении творога, сыра, молока. И только из этих продуктов кальций лучше всего усваивается.
А мел человеческому организму является не только ненужным, но и неполезным. И если его сильно хочется, то это является нарушением вкусовых пристрастий.
Любой мел, как и таблетки кальция - это мертвая форма кальция, организмом не усваивается. Есть вероятность, что избытки будут откладываться в почках, суставах и даже тканях. От съеденного мела быстро образуются камни в почках – оксалат кальция.
Контактируя с кислотной средой желудка, мел превращается в подобие гашеной извести, которая крайне вредно влияет на слизистую оболочку пищеварительных органов. Врачи советуют при недостатке кальция принимать специальные кальцийсодержащие препараты, а не чистый мел – это на порядок безопасней.
При производстве школьного мела все-таки применяются некоторые токсичные примеси. Это конечно, красители (ведь не пищевые же красители добавляются в мел) и некоторые склеивающие вещества, например, клей ПВА и БФ. В их составе присутствует фенолформальдегидная смола, поэтому клеи ядовиты, оказывают вредное воздействие на кожу, пересушивают её, вызывают дерматиты и экземы и даже обладают канцерогенным действием.
Клеи казеиновый и канцелярский являются природными, поэтому не опасны.
В совокупности перечисленного оказывается, что частое использование школьных мелков совсем небезопасно для организмов людей.
ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
Для проведения исследований мы взяли следующие виды мела (в дальнейшем будем называть их образцами):
2.1. Проведение опытов.
Опыт 1. Свойства мела.
Мы исследовали внешние свойства мела: форма, цвет, хрупкость, маркость, наличие вкраплений, качество письма.
Результаты своих наблюдений поместили в таблицу.
|
свойства |
форма |
цвет |
хрупкость |
маркость |
Наличие вкраплений |
Качество письма |
|
Образец № 1 |
кубическая |
белый |
твердый |
высокая |
нет |
Царапает доску |
|
Образец № 2 |
цилиндрическая |
серо-белый |
хрупкий |
средняя |
нет |
Ложиться мягко |
|
Образец № 3 |
кубическая |
белый |
твердый |
средняя |
есть |
Царапает доску |
Вывод: все сорта мела разнообразны по своему внешнему виду и свойствам.
Опыт № 2. Наличие в составе мела карбоната кальция (CaCO3).
· Измельчаем в ступке каждый кусочек мела до порошка.
· Насыпаем в пробирку измельченный мел.
· Добавляем в пробирку несколько капель уксусной кислоты.
· Наблюдаем реакцию (шипение), выделяется углекислый газ.
· Подносим горящую лучину, огонь гаснет, углекислый газ не поддерживает горение.
Вывод: выделяющийся углекислый газ доказывает наличие в составе образцов карбоната кальция (мела).
Опыт № 3. Наличие примесей в составе мела.
В пробирки с измельченным мелом добавляем теплую воду, интенсивно встряхиваем. Выливаем содержимое пробирок в воронку с фильтровальной бумагой. Смотрим, есть ли примеси ( песок, мелкие камешки).
Вывод: Примеси присутствуют в образцах №1 и №3. Примесей не обнаружено в образце №2
Опыт № 4. Определение содержания крахмала в меле.
Крахмал мы обнаружим с помощью спиртового раствора йода. На исследуемые кусочки мела нанесли 2-3 капли раствора йода. Окраска цвета йода должна измениться на синий цвет, если присутствует крахмал в образцах.
Вывод: посинения не произошло, значит, ни в одном образце крахмал не присутствует.
2.2. Сводная таблица результатов.
|
Образец № 1 |
Образец №2 |
Образец №3 |
|
|
Наличие карбоната кальция |
Присутствует |
Присутствует |
Присутствует |
|
Наличие примесей |
много |
нет |
мало |
|
Наличие крахмала |
нет |
нет |
нет |
Вывод: Мел, который мы использовали для опытов, отличается по качеству: самым лучшим является образец №2.
2.3. Выводы из опытов.
Мел для меловой доски обладает несколькими преимуществами:
Мягкость. Поэтому не царапает рабочую поверхность.
Яркость. Современные производители предлагают широкую цветовую гамму. С ней будет интересно работать взрослым и детям.
Практичность. Одного набора хватит на долгое время интенсивной работы.
Разделяется такое изделие на плотное и пористое. Последнее немного уступают в цене, но менее яркое. Даже если в упаковке будет казаться, что цвет насыщенный, на доске оттенки будут едва различимы. Некоторые жесткие разновидности могут выглядеть, как мягкие. Но продукция от неизвестных производителей может содержать мелкие камни, песчинки. Они плохо скажутся на состоянии меловой доски. Многие продавцы меловых досок вкладывают именно такой вид, поскольку он является одним из самых недорогих.
Мелки имеют градацию по твёрдости. Она зависит от степени сушки и состава мелка. Более твёрдый мелок рассчитан на рисование на асфальте, для школьных досок лучше всего мел средней твёрдости.
Для меловых досок лучше выбрать плотные мелки. Распознать их можно самостоятельно:
Выпускаются только известными компаниями.
Имеют однородную структуру по всей длине.
Имеют больший вес.
Не могут стоить слишком дешево.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Не весь мел хорош. Один мел крошится, превращаясь в пыль; другой - царапает доску, третьего практически не видно на доске, слишком бледный.
Одно из событий - появление так называемых некрошащихся мелков без пыли. Делают их обычно с использованием казеина. Это такие мелки, которые не пачкают руки и одежду, их изготавливают по специальной технологии. Хотя мелки и называются некрошащимися, тем не менее, их частицы всё же всегда присутствуют в воздухе школьных помещений. Обычный хороший мелок ничуть не хуже.
Качественные мелки не крошатся, образуют минимум меловой пыли, имеют насыщенные цвета; белый мелок отлично видно на школьной доске.
Раньше (ещё недавно) все доски для письма мелом были исключительно деревянными. Их покрывали матовой краской, обычно чёрной или тёмно-коричневой. Такой фон обеспечивал максимальную контрастность с записями, сделанными мелом. Современная же школьная доска имеет металлическую основу, что позволяет работать не только с мелом, но и размещать на ней вспомогательные пособия на магнитах. Краску для покрытия рабочей поверхности сегодня не использует ни один производитель досок; у каждой компании разработаны свои специальные составы, к которым предъявляются повышенные требования по устойчивости к химическим и механическим воздействиям. Очень хороши доски, изготовленные из металла с лаковым покрытием.
Для лучших сортов мелков применяется отмученный мел (в торговле он называется плавленный мел). Для приготовления отмученного мела применяют природный натуральный мел. Такой мел абсолютно безвреден и не содержит никаких посторонних компонентов. Он абсолютно не токсичен.
Более дешёвые мелки можно приготовить размешиванием в воде смеси из светлой глины хорошего качества и мела, но такими можно рисовать на асфальте, это не для школьных досок.
Школьный мел предназначен для детей, и поэтому он должен обладать безопасностью. Токсичных примесей при производстве школьного мела не применяется. Состав и все свойства изделия должны быть указаны на упаковке мела. Школьный мелок должен изготавливаться с учётом всех существующих стандартов производства из экологически чистого сырья. Только тогда мел в школе и дома будет безопасен, а возможность отравления исключена. Для школ мел выпускается прессованный и кусковой.
Основой прессованного мела является сульфат кальция, получаемый из гипса. При изготовлении школьного мела, который имеет форму, применяют крахмал и известняк.
Для ежедневного использования в школах больше всего подходит кусковой природный мел, почти на 100% состоящий из карбоната кальция. Этот вид школьного мела наиболее безопасен для здоровья ребёнка (и, что немаловажно, и учителя).
Моя гипотеза подтвердилась. Я научилась выбирать хороший мел. А следовательно, мы в классе будем использовать только качественный продукт.
ЛИТЕРАТУРА.
Я познаю мир: Детская энциклопедия: Химия / Авт.-сост. Л.А. Савина. – М.: АСТ, 1999.
Энциклопедии юного химика.
Энциклопедия для детей. Том 17 Химия. / Глав.ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000
Забавные химические опыты//Журнал «Мастерилка» (11.05.2010) Издат. «Карапуз»
https://втораяиндустриализация.рф/mel-sostav-proishozhdenie-vidyi-i-primenenie/#mel-svojstva-sostav-i-proiskhozhdenie
https://fin-az.ru/435257a-iz-chego-delayut-mel-melovyie-otlojeniya-dobyicha-sostav-i-primenenie
https://fin-az.ru/435257a-iz-chego-delayut-mel-melovyie-otlojeniya-dobyicha-sostav-i-primenenie
https://school-science.ru/1/13/29148
https://fin-az.ru/435257a-iz-chego-delayut-mel-melovyie-otlojeniya-dobyicha-sostav-i-primenenie
https://uglevodorody.ru/publ/mel-svoystva-dobycha-primenenie-i-cena
https://uglevodorody.ru/publ/mel-svoystva-dobycha-primenenie-i-cena
https://nauka.club/okruzhayushchiy-mir/doklad-pro-mel.html
https://xn--e1aahodacpc5g.xn--p1ai/novosti/vybiraem-mel-dlya-melovoy-doski-ne-vse-melki-odinakovo-polezny-sovety-tseny-vybor/