XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение химического состава образцов мела от разных изготовителей

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Святина Е.А. 1

---

1МОУ Лицей №8 "Олимпия"

Артемова О.Г. 1Цепляева О.В. 1

---

1 МОУ Лицей № 8 «Олимпия» Дзержинского района Волгограда

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение

В классе на доске учитель и мы пишем мелками. А мел бывает иногда твердый и доску царапает, или скользит по доске, а подчас крошится, когда его прижимаешь. Кожа рук пачкается и чешется от мела. Часто мел «пылит» очень сильно, и мы подкашливаем. Вместе с классным руководителем и учителем химии мы задумались, почему мел такой разный, и от чего зависит его качество. И как заранее найти качественные мелки, покупая их у разных изготовителей. В этом мы увидели актуальность темы об изучении школьного мела.

После уроков на дополнительных занятиях «Азы химии» я при помощи учителя химии начала изучать школьный мел. Мы с учителями предположили, что мел такой разный, потому что мелки отличаются тем, из чего они изготовлены. Мы договорились, что изучим сначала, из чего разные мелки сделаны. А учитель подсказала: правильно говорить, что будем изучать химический состав мела от разных изготовителей. Мелки, отобранные для изучения, договорились называть образцами.

Сначала надо было понять, на какой главный вопрос я собираюсь найти ответ и для чего. Учитель сказала – это означает в науке, определить проблему и цель исследования. После обсуждений мы вместе согласились: проблема моего исследования в том, чтобы выяснить на самом ли деле химический состав мела влияет на его качество. Тогда можно было бы узнавать о качестве мела до его закупки, а не во время применения в классе. Поэтому целью исследования стало изучение химического состава образцов мела от разных изготовителей. А в гипотезе исследования я с помощью учителей предположила, чтоот химического состава мела зависит его качество и рекомендации по закупке.

Когда определили цель исследования, я стала думать, как ее достичь. Учителя подсказали, что надо наметить несколько задач. И для их решения спланировать конкретные дела (действия): когда их выполним, то и цель достигнем.

Задачи моего исследования следующие:

1. Подобрать и изучить литературу по теме, провести обзор изученных источников.

2. Отобрать для изучения образцы мела от разных изготовителей, рассмотреть и описать их внешний вид, провести первичные пробы письма на доске.

3. Изучить в опытах химический состав отобранных образцов мела, сделать выводы.

4. Повторно провести пробы письма изученными образцами мела, опросить учителей и учащихся и узнать их мнение о качестве предложенных образцов мела.

5. Сравнить мнения учителей и учащихся со своими выводами из опытов и определить образцы мела, более подходящие для использования во время уроков.

6. Предложить рекомендации школьной администрации по закупке мела.

Наметив задачи исследования, я по совету учителя определила, что же в моем исследовании самое главное. Учитель подсказала, что это будет называться объектом нашего исследования. Я догадалась, что объект исследования – это химический состав образцов мела. Чтобы изучить химический состав, нужны сами мелки, т.е. то, с чем непосредственно я буду работать. Учитель сказала, что это предмет исследования. Предмет моего исследования – это образцы мела от разных изготовителей, отобранные для изучения их химического состава.

После этого мы наметили последовательность действий – план исследования (название по подсказке учителей). Планом исследования надо было:

1. Найти в интернете статьи по теме работы и изучить их.

2. Выяснить, у кого и какие образцы мела закупает наш лицей для использования во время уроков. Рассмотреть отобранные образцы от разных изготовителей, сравнить их, опробовать для письма на доске.

3. Подобрать оборудование для опытов и провести опыты для изучения химического состава мела в отобранных образцах. Описать и сфотографировать то, что будет происходить в опытах, сделать выводы о качестве мела в образцах по итогам опытов.

4. Дать учителям и учащимся изучаемые образцы мела для письма на доске, попросить их высказаться, какой образец лучше, и сравнить со своими выводами.

5. Сформулировать окончательные выводы и рекомендации администрации по покупке качественного мела для письма.

В соответствии с целью и задачами я использовала методы исследования: 1) теоретические (сравнение, обобщение результатов, получение выводов); 2) практические (поиск и чтение статей о свойствах мела; отбор важных знаний о меле; опыты по изучению элементного химического состава мела; первичные пробы, опрос и повторные пробы; оформление текста работы, создание буклета).

В интернете я нашла статьи о меле, я их прочитала и узнала о том, что такое мел [7], об истории происхождения мела в природе и о сферах его применения [11]. Выяснилось, что мел – удивительная горная порода [9]. Это белая горная порода, мягкая и рассыпчатая, и он не растворяется в воде, в его основе – карбонат кальция, а также где он применяется [2; 8]. Интересно было читать о школьном меле – о том, какой он разный, кто и как его производит, из чего он состоит [12]. Об исследовании физико-химических свойств мела [3], о пользе и вреде мела[13],о влиянии мела на здоровье человека [1; 4], о составе школьного мела и можно ли его есть [10],узнала, зачем люди едят мел [5]. Познакомилась с Каталогом крупнейших производителей школьного мела из России [6].

Найти источники мне помогали учитель и мама, но изучала их я сама. Сама с помощью учителя химии делала опыты для определения компонентов в мелках. Фотографировала опыты, описывала наблюдения, опрашивала учителей и учащихся о качестве мелков, сравнивала их отзывы с выводами из опыта и обсуждала их с учителем, чтобы сообщить администрации о подходящих сортах мела.

Основная часть

Глава 1. Сведения о меле и внешние свойства закупленных мелков

§ 1. Обзор прочитанных источников

Согласно первой задаче подобрана и изучена литература по теме работы. Ниже представлены результаты изучения литературных источников.

1.1. Откуда взялся мел и из чего он состоит?

Сведения о происхождении мела и его составе я нашла в статьях про мел [2; 7; 8; 9; 11]. Узнала, что мел – природный материал. Это остатки скелетов древних крохотных живых существ. При жизни они поглощали из морской воды соли кальция и углекислый газ, чтобы построить оболочки вокруг своих тел. То есть вначале мел был животным. В океанах и сейчас живет, например, одноклеточное существо «фораминифера» с панцирем из извести.Отмирая, оно опускается на океанское дно. Со временем из панцирей таких существ образуется толстый слой. Постепенно слой цементируется и превращается в мягкий известняк – мел. Конечно, на это уходят миллионы лет [2]. После ухода древних морей возникли меловые горы. В нашей области это Донские горы. Мел – белая горная порода, мягкая и рассыпчатая. Основа мела – карбонат кальция. Мел почти целиком состоит из кальция. Часто в его составе встречаются камешки и песчинки. Его добывают, как и другие полезные ископаемые [7].

Мел используется не только на уроках, но и для рисования на асфальте и портными при раскрое тканей. Мелки, как и карандаши, различаются по твердости. Это зависит от состава мелка и от степени его сушки. Для школьных досок лучше всего мел средней твёрдости. Мелки бывают крошащиеся и некрошащиеся. Для лучших сортов мелков применяют  отмученный мел (или плавленный). Для его приготовления применяют природный мел. Он абсолютно безвреден и не содержит примесей [12]. Для школ выпускается мел прессованный и кусковой [6; 7]. Основа прессованного мела – вещество «сульфат кальция», получаемый из гипса. При изготовлении применяют крахмал и известняк. Кусковой природный мелпочти полностью состоит из природного вещества «карбоната кальция». Он более всего подходит для использования в школах [8].

Мелки школьные отличаются физико-химическими свойствами [3], могут применяться с пользой, но и приносить вред, в том числе для здоровья учителей и учащихся [1; 4]. Состав и все свойства мелков должны указываться на упаковке от изготовителя. Наиболее известные отечественные изготовители мелков – Алгем, Эликонт,  Вакарис  и др. Есть и иностранные производители. У всех продаваемых мелков есть товарный знак [6].

1.2.Ученые о химическом составе мела и его влиянии на здоровье

Ученые считают, что мел – это слабо сцементированная, мажущаяся разновидность карбонатных пород, состоящая в основном из карбоната кальция природного происхождения или полученного искусственно. Мел – это тонкозернистый мягкий белый известняк из мелких обломков и целых известковых скелетов микроорганизмов (кокколитов, фораминифер и др.) [8].

Учеными доказано, что по химическому составу мел совпадает с карбонатом кальция.В составе мела учеными обнаружены вещества с названиями:окись кальция (примерно половина) и углекислый газ (чуть меньше половины). Совсем мало в нем различных примесей – кремния, алюминия, магния, железа. А наличие кремния делает мел более плотным. Примеси могут вводиться в мелки искусственно во время изготовления [11].

Мел при написании на доске крошится и пылит. Пыль накапливается в дыхательных путях и вызывает раздражение – кашель, першение в горле, чихание. Руки от мела могут чесаться, а кожа сохнуть [1; 13]. Но качественные мелки почти не пылят и не крошатся. Они имеют насыщенный цвет, например, белый. Производят также некрошащиеся мелки. Их делают с использованием казеина по специальной технологии. Но и обычный мелок ничуть не хуже.

Школьный мел предназначен для детей, и поэтому должен быть безопасным. Его надо изготавливать по стандартам производства из экологически чистого сырья [1]. Есть школьные мелки нельзя, так как в них содержатся не только известняк, гипс, крахмал, но и склеивающие вещества (клей ПВА, БФ, казеиновый, канцелярский и др.), а также красители. И это не безопасно для здоровья детей [1]. При этом надо помнить, что желание есть мел сигнализирует о нехватке кальция в организме и т.п. Надо обратиться к врачу [5].

1.3. Где применяют мел

Мел применяют в классах для письма на доске, а также в цементной, стекольной, резиновой промышленности [8, 11]. Мел делает мягкими и эластичными цементные смеси. Меловые краски нужны для отделки помещений. Молотый природный мел используют в производстве стекла. В сельском хозяйстве мел есть в комбикорме и в удобрениях. Мел применяется для производства зубных паст и порошков, помады, тонального крема, пудры. В бумажном производстве это наполнитель и отбеливатель бумаги. В тяжелой атлетике, гимнастике и скалолазании мел используют для уменьшения скольжения рук [2, 11].

§ 2. Изучение внешних свойств закупленных школьных мелков

Согласно второй задаче изучены внешние свойства школьных мелков, используемых в лицее. Обобщены результаты изучения отобранных образцов.

2.1. Сорта мела, закупаемые лицеем

Узнали, что лицей закупает 4 сорта мела (образцы №№ 1-4) в таблице 1.

Таблица 1. Закупаемые и отобранные образцы школьного мела

2.2. Внешние свойства отобранных образцов

Мы рассмотрели и описали внешний вид образцов. Изучив упаковки, сведения об образцах систематизировали в таблице 2. Оказалось, что образцы №№ 1 и 2 закуплены у ОФИСМАГ: № 1 китайского изготовителя, а № 2 с товарным знаком BRAUBERG производства России. Про образец № 3 узнали, что он закуплен у ОФИСМАГ; это мел российского производства, изготовлен ООО «Предприятие "АЛГЕМ+"» (Россия, Москва). Степень твердости не известна. На упаковке образца № 4 указано, что закуплен также у ОФИСМАГ, имеет товарный знак ПИФАГОР, российского производства (ООО «Пегас», Московская область, г. Клин).

Таблица 2. Внешние свойства образцов мелков

2.3. Первичные пробы

Затем мы провели первичные пробы – испытали образцы при письме на доске и при измельчении, результаты наблюдений и проб сфотографировали и занесли в таблицу 3.

Образец № 3		Легко пишется на доске.
Образцы № 1 и № 2		Твердые, крошатся, след не такой четкий.
Образец № 4		Скользит при написании, след бледный.

Таблица 3. Результаты первичной пробы

Глава 2. Изучение химического состава отобранных образцов

и выявление качественных мелков

§ 1. Изучение химического состава образцов мела

В соответствии с третьей задачей изучили в опытах химический состав отобранных образцов мела и сделали выводы. Для этого мы проводили (как сказала учитель) качественный анализ, чтобы определить, какие компоненты находятся в мелках.

1.1. Оборудование для опытов

Для изучения химического состава мелков в опытах нам потребовалось специальное оборудование: ступка, пестик, штатив, 4 пробирки, 4 колбы, фильтровальная бумага. Опытов было пять.

1.2. Опыты по изучению химического состава образцов мела

Опыт 1 «Растворение»: взвесили по 1 г, измельчили, растолкли, пересыпали в пробирки, налили по 10 мл теплой воды и наблюдали.

Результаты наблюдений:

- Образцы равного веса имеют разный объем, значит, у них разная плотность, т.е. в них что-то добавлено (примесь).

- Сразу после добавления воды: образцы №№ 1, 2, 3 дали мутные растворы, а № 4 – остался почти прозрачным. Значит, в образцах №№ 1, 2, 3 есть мел (он нерастворим), а в образце № 4 мела мало.

- Через 10 мин картина немного изменилась (фото 1).

Фото 1

Через 10 мин после добавления воды в пробирки с образцами произошло оседание (номера пробирок слева направо)

- После взбалтывания: все растворы стали мутными, а образец 2 дал бирюзовый цвет. Вместе с учителем предположили, что в нем есть соединения меди.

- Через два дня: осадок в каждой пробирке увеличился (фото 2).

Фото 2

Через два дня осадок в каждой пробирке увеличился (номера пробирок слева направо): - в пробирках с образцами №№ 1 и 2 – больше всего осадка - в пробирках с образцами №№ 3 и 4 – меньше нерастворимого осадка

Опыт 2 «Фильтрование»: профильтровали все растворенные образцы и рассматривали, что находится внутри каждого фильтра.

Результаты наблюдений внутри фильтров.

Внутри фильтров образцы № 1 и № 2 застыли как гипс. Они имели кремовый оттенок (№ 1, фото 3) и белый оттенок с зеленоватым налетом (№ 2, фото 4). Образцы №№ 3 и 4 также имели соответственно оттенки грязно белый (фото 5) и слабо кремовый с розовым налетом (фото 6). Но образец № 3 не застыл (был рыхлым) – это был, похоже, мел (фото 5). Как и образец № 4. Предположили, что цветность придают примеси: меди в образце №1, железа в образце № 2, кобальта и железа в образце № 4.

Результаты наблюдений за растворами после фильтрования (фото 7)

Опыт 3 «Реакция на соляную кислоту»: в пробирки с образцами мела осторожно добавили капли соляной кислоты (фото 8).

Результаты наблюдений: впробирках с образцами №№ 1 и 2 нет реакции – в них мела очень мало, скорее всего, в пробирках много гипса. В пробирке с образцом № 4 средняя реакция – значит, есть мел, но не чистый, а с примесями. Но в пробирке с образцом № 3 реакция бурная (фото 9) – это точно мел.

Опыт 4 «Исследование кислотности среды»: с помощью индикаторной бумаги изучали кислотность среды в пробирках с образцами мела (фото 10).

Результаты наблюдений.

Впервой и четвертой пробирках среда слабокислая, во второй – сильнокислая, а в третьей – нейтральная (фото 10).

В третьей пробирке находится мел, т.к. мел нейтрален (подсказала учитель).

Опыт 5 «Реакция на йод»: на образцы капнули раствором йода.

Результаты наблюдений: образцы не дали синего окрашивания, значит, в них нет крахмала. Используется неизвестный загуститель.

1.3. Выводы о химическом составе и качестве мела в образцах

Изучение химического состава образцов №№ 1-4 методом качественного анализа показало, что мел почти без примесей содержится в образце № 3. Поэтому он «легко пишется» (как показала первичная проба). В образцах № 1 и № 2 много гипса, поэтому они «твердые и крошатся» (табл. 3). В них также медь (образец № 1), железо и медь (образец № 2). Образец № 4 примеси сделали «скользким» при написании на доске, в нем есть кобальт и железо.

Наиболее предпочтительным по качеству является мел образца № 3.

§ 2. Повторные пробы образцов мела и опросы учителей и учащихся

Согласно четвертой задаче повторно проведены пробы письма изученными образцами мела, опрошены учителя с учащимися для выяснения их мнений о качестве предложенных образцов мела.

В повторных пробах учителя и учащиеся не знали о результатах проведенных опытов. В пробах участвовали 43 уч-ся из двух начальных классов и два учителя. Они в пробах определяли лучший мелок, и, не советуясь, записывали свое мнение на листочках, полученных заранее:

Образец	+	-
№ 1
№ 2
№ 3
№ 4

После обработки итогов опроса и вторичной пробы выяснилось, что все учащиеся и учителя независимо и единогласно предпочли образец № 3.

§ 3. Сравнение мнений учителей и учащихся с выводами из опытов

Согласно пятой задаче сравнили мнения учителей и учащихся с предварительными выводами из опытов. В итоге определили образцы мела, наиболее подходящие для использования во время уроков. Им оказался образец № 3, что совпало с первоначальными выводами по итогам проведенных опытов.

§ 4. Рекомендации администрации лицея по закупке школьного мела

В соответствии с шестой задачей мы вместе с руководителями работы рекомендовали администрации лицея закупать у ОФИСМАГ мелки школьные белые ООО «Предприятия "АЛГЕМ+"». В исследовании это образец № 3, который «легко пишется на доске».

Заключение

Делая исследовательскую работу, я прочитала новые для себя статьи о происхождении, составе, свойствах и применении мела. Я узнала, что мел – один из распространенных материалов в промышленности. Поэтому он нужен не только школе. Я проделала под руководством учителя необычные опыты, увидела интересные превращения, их сфотографировала и обработала. Во время опытов я узнала, что образцы мела неодинаковы по химическому составу и по качеству. В мелках, помимо чистого мела (карбонат кальция) в разных количествах, есть примеси – гипс (много в образцах № 1 и № 2), медь (образец № 1), железо и медь (образец № 2), кобальт и железо (образец № 4). Поэтому образцы мелков неодинаковы по качеству: образцы № 1 и № 2 из-за большого количества гипса твердые и крошащиеся; образец № 4 из-за примесей «скользкий». Подходящим образцом с качественным мелом оказался образец № 3.

Я опросила учителей и учащихся о качестве мелков. Их мнения совпали с моими выводами из опытов. Поэтому я рекомендовала администрации лицея закупать мел у изготовителя мела образца № 3. Это российский изготовитель – ООО «Предприятие "АЛГЕМ+"» (мелки школьные белые).

Так как мелки от разных изготовителей имеют неодинаковый химический состав и различаются качеством, то рекомендовала при закупках внимательно изучать упаковки. Желательно делать первичные пробы и по возможности проводить исследования состава образцов, предполагаемых к закупке. Но самое главное надо выбирать только проверенных изготовителей. Мелки от новых изготовителей надо предварительно исследовать

Практическая значимость исследования: полученные выводыпозволили выработать рекомендации руководству лицея, учителям начальных классов для выбора сортов качественного мела; материалы исследования можно использовать учителям химии и биологии.

Список литературы

1. Влияние состава мела на его качества и  здоровье человека / А.Г. Иванов, Г.Н. Закурдаева. – URL: https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2020/11/21/vliyanie-sostava-mela-na-ego-kachestva-i (дата обращения 24.04.2023)

2. Доклад-сообщение про мел. – URL: https://kratkoe.com/doklad- soobshhenie-pro-mel(дата обращения 24.04.2023)

3. Изучение свойств школьного мела / С.А. Таникова, Ю.Е. Жуковская, Е.Е. Королева. – URL: https://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2012/04/22/izuchenie-sostava-shkolnogo-mela (дата обращения 25.04.2023)

4. Жураковская Н. Школьный мел и его влияние на здоровье учителей. – URL: https://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2014/10/09/issledovatelskaya-rabota-shkolnyy-mel-i-ego-vliyanie-na-zdorove (дата обращения 25.04.2023)

5. Зачем люди едят мел. – URL: https://dietology.pro/blog/poleznie-statiy/zachem-lyudi-edyat-mel/ (дата обращения 25.04.2023)

6. Каталог крупнейших производителей мела школьного из России. – URL: https://b2b-postavki.ru/proizvoditel/mel-shkolnyy-russia.html

7.Ликум А. Всё обо всем. Т. 1. Популярная энциклопедия для детей. Ч. 1 Мир вокруг нас. – URL: https://4italka.su/spravochnaya_literatura_main/entsiklopedii/95230/fulltext.htm (дата обращения 25.04.2023)

8. Мел // Естествознание. Энциклопедический словарь. / Сост. В.Д. Шолле. – М.: Большая российская энциклопедия. – 2002

9. Мел – удивительная горная порода / Д.Р. Фролов, Д.Д. Зубрилина, Е.Е. Поликарпова. – URL: https://multiurok.ru/files/issledovatelskaia-rabota-po-teme-mel-udivitelnaia.html (дата обращения 24.04.2023)

10. Можно ли есть школьный мел. – URL: https://reka-shop.ru/article/em-shkolnyj-mel (дата обращения 24.04.2023)

11. Откуда произошел мел и где его применяют. – URL: https://vseprokamni.ru/interesno/proisxozhdenie-mela.html (дата обращения 25.04.2023)

12. Фищев А.В. Его величество – школьный мел. – URL: https://proshkolu.ru/user/P11048/ (дата обращения 26.04.2023)

13. Школьный мел: польза и вред. – URL: https://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2022/02/03/proekt-shkolnyy-mel-polza-i-vred (дата обращения 25.04.2023)