XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Сравнительная характеристика янтаря и эпоксидной смолы

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Пономарева Т.А. 1

---

1МАОУ СОШ №132 с углубленным изучением предметов естественно-экологического профиля г. Перми

Пищальникова Н.Л. 1

---

1МАОУ СОШ №132 с углубленным изучением предметов естественно-экологического профиля г. Перми

Работа в формате PDF

2.2 MB

Введение:

В 2022 году я с мамой ездила в Калининград. В Калининграде много интересного: один из самых больших и старых зоопарков, музей Мирового Океана, семейка хомлинов, расположившаяся в разных частях города, но самым любопытным местом для меня оказался Музей Янтаря. В Музее Янтаря очень много необыкновенных экспонатов, сделанных из этого удивительного камня: картины, панно, чаши, фигурки, крейсеры и парусные корабли, детали мебели, шкатулки и, конечно же, очень красивые украшения. Во время экскурсии я узнала, что иногда на рынке недобросовестные продавцы могут под видом янтарных изделий продавать изделия из эпоксидной смолы, поэтому надо выбирать янтарь очень внимательно.

На память об этой экскурсии мама подарила мне янтарного котика. Я часто любуюсь им и вспоминаю нашу поездку.

В третьем классе на уроках окружающего мира мы изучали тему «Горные породы и минералы», наш учитель попросила нас подготовить небольшие выступления, посвященные любому камню. Я выбрала загадочный янтарь. Прочитала мифы и легенды, его общую характеристику, но у меня осталось много вопросов:

• Неужели этот утонченный, легкий, оранжево-желтых оттенков материал является камнем?

• Как люди определили природу его происхождения?

• Какие отличительные качества характеризуют янтарь?

• Почему янтаря много именно в Калининграде и Калининградской области?

• Есть ли в мире другие крупные месторождения янтаря?

• Можно ли найти янтарь на Урале, где произрастают большие массивы хвойных деревьев,

• Где можно использовать янтарь, кроме изготовления ювелирных изделий и предметов роскоши?

• Что общего у янтаря и эпоксидной смолы?

• Как отличить янтарное изделие от изделия из эпоксидной смолы?

Именно эти вопросы и побудили меня приступить к исследованию.

Цель моего исследования: изучить особенности янтаря, научиться отличать янтарь от эпоксидной смолы.

Задачи:

• Изучить доступную литературу по заявленной теме;

• В домашних условиях исследовать физические и химические свойства янтаря;

• Выяснить, где янтарь применяется помимо ювелирного дела;

• Рассмотреть эпоксидную смолу, как искусственную смолу, с которой при определенных условиях визуально можно спутать янтарь;

• Принять участие в мастер-классе по созданию сувениров из эпоксидной смолы;

• Проанализировать и обобщить полученные результаты.

Итак, объектами моего исследования являются янтарь и эпоксидная смола, а также изделия, выполненные из этих двух материалов.

Предметом исследования являются происхождение, физические и химические свойства янтаря и эпоксидной смолы, а также области их применения.

Для Изучения янтаря и эпоксидной смолы я использовала несколько методов:

• Метод визуализации

• Метод погружения изучаемых материалов в разные растворы: водный, соляной, масляный;

• Метод электризации;

• Метод проверки на горючесть.

• Метод проверки на твердость.

Гипотеза: Человек может перепутать изделие из эпоксидной смолы с изделием из янтаря, потому что у них может быть много внешнего сходства, но физические и химические свойства этих двух смол разные.

Я считаю, что тема моего исследования актуальна, потому что, благодаря ему я смогу:

• получить ответы на возникшие у меня вопросы, проведя целый ряд практических экспериментов,

• получить глубокие знания о янтаре и эпоксидной смоле

• научусь работать с эпоксидной смолой и создавать из нее сувениры для друзей и близких, украшения и елочные игрушки.

• научусь отличать натуральный камень от искусственного.

Основная часть

Теоретическая основа

Глава I Происхождение янтаря

Что же такое янтарь? Почему он так отличается от остальных камней и камень ли это? Если обратиться к энциклопедии, можно найти определение слова «природный камень». Природный камень — это - минерал или твердая горная порода природного происхождения, кроме песка и металлов.

Минерал — это однородная по составу и строению часть горных пород, руд, метеоритов, это естественный продукт геологических процессов.

Твердая горная порода — это горная порода с жесткой кристаллической связью между частицами минералов. Например, гранит, мрамор, известняк.

Янтарь не похож ни на минерал, ни на твердую горную породу.

Люди с древних времен обращали внимание на янтарь, наделяли его магической силой, загадочностью. За долгий период времени появилось много мифов, легенд и гипотез, связанных с появлением янтаря. Одни считали, что янтарь — это затвердевшая нефть, другие были уверены, что это окаменевший мед диких пчел, третьи - морская пена, застывшая под воздействием солнечных лучей. Однако, первым человеком, который предположил, что янтарь — это окаменевшая смола хвойных деревьев, был римский писатель Плиний Старший. Древние римляне использовали янтарь для разных целей: делали ювелирные украшения, амулеты, облицовывали бассейны, потолки и стены дворцов, даже использовали в приготовлении лекарств, для лечения глазных и ушных инфекций.

Плиний Старший обратил внимание на то, что янтарь при горении имеет смоляной запах и коптящее пламя. Кроме того, он заметил, что в прозрачных капельках янтаря можно увидеть попавшихся насекомых или частички растений, а это значит, что янтарь когда-то был жидким и вязким.

Плиний Старший не только внимательно наблюдал за кусочками янтаря, но и пытался проводить эксперименты. Например, он добивался просветления янтаря. Для этого он брал жир молодого поросенка, кипятил его и погружал янтарь. При кипячении пузырьки в янтаре заполнялись жиром и приобретали способность пропускать свет.

Плиний старший также изучал способность янтаря окрашиваться. По его данным римляне знали способ окрашивания янтаря в красный цвет. Для этого они использовали корень анхузы красильной, морского пурпура (красящего вещества, которое выделяют морские улитки, такие как иглянки или пурпурницы) и козлиного сала.

Но Плиний Старший не смог привести научные доказательства, подтверждающие правильность его предположений. Он не понимал принцип окаменения смолы, хотя был уверен, что этот процесс происходит под воздействием морской воды.

Научное объяснение происхождения янтаря удалось сформулировать только в 18 веке выдающемуся русскому ученому М.В. Ломоносову. Он не только выдвинул, но и обосновал теорию органического происхождения янтаря. М.В. Ломоносов считал, что миллионы лет назад на территориях, которые сейчас изобилуют янтарем, произрастали роскошные хвойные леса. В лесах обитало большое количество насекомых, червей и других живых организмов, они пытались найти себе пропитание на стволах, в коре этих деревьев. Особенно их привлекал запах смолы, растекающейся по стволам деревьев. Насекомые садились на смолу и уже никогда не могли оторваться. Затем произошло землетрясение, лес опустился вниз и покрылся морем. Деревья постепенно покрывались песком и илом. Песок проникал в смолу и придал ей твердости. Так, по учению М.В. Ломоносова, и образовался янтарь.

Исследовав свойства янтаря, его состав и структуру, сравнив их со свойствами смолы, М.В. Ломоносов пришел к выводу, что янтарь и смола имеют очень много общего, значит янтарь - это застывшая смола древних хвойных растений.

Таким образом, янтарь имеет органическое происхождение, не является минералом, который образуется в результате геологических процессов, происходящих в недрах земли.

Сегодня, в Янтарной комнате можно увидеть профиль выдающегося ученого, вырезанный из этого замечательного камня, имеющего органическое происхождение.

Итак, янтарь — это органогенный камень, то есть драгоценный камень органического происхождения.

Самым крупным месторождением янтаря в нашей стране является Калининградское месторождение, в нем содержится 90% всех мировых запасов янтаря. Янтарь так же добывают в Испании, Ливане и Канаде.

Я живу в Западном Урале, регионе, где произрастает большое количество хвойных деревьев, поэтому мне стало интересно, можно ли у нас найти янтарь. Познакомившись с литературой, я узнала, что на Урале нет месторождений янтаря, но есть смолы, похожие на янтарь. Такие смолы были найдены на западном склоне Среднего Урала.

Глава II Эпоксидная смола - разновидность искусственной смолы

Эпоксидная смола — это разновидность синтетической смолы, двухкомпонентный полимер, который получают под воздействием высоких температур. Эпоксидная смола при смешивании с отвердителем становится очень прочным материалом. Это вязкое бесцветное иногда белое вещество, напоминающее тягучий мед, которое затвердевает под воздействием тепла и ультрафиолетового света.

Впервые в мире эпоксидные соединения были описаны больше 100 лет назад, в 1909 году русским ученым-химиком Н. А Прилежаевым.

В 1936 году швейцарский химик Пьер Кастан создал первую низковязкую эпоксидную смолу янтарного цвета. Ученый предложил использовать полученный материал для создания зубных протезов и пломбировочного материала. Практика показала, что эпоксидная смола не оправдала себя в стоматологии из-за серьезных недостатков: медленное отверждение при комнатной температуре, высокий уровень аллергенности и другие.

Ученые начали рассматривать другие сферы применения эпоксидной смолы.

Широкое использование этого материала в промышленности было начато в 1947 году. Эпоксидную смолу использовали для производства клея и для изготовления форм для литья.

Позже эпоксидную смолу начали использовать в строительстве, быту, производстве украшений и декоративных изделий для интерьера.

Сейчас 50% всей эпоксидной смолы используется для изготовления защитных покрытий и декоративных изделий.

Производство эпоксидной смолы не безобидно для окружающей среды, происходит загрязнение воды и воздуха, поэтому ученые нашли экологичные способы ее производства. Современная эпоксидная смола производится с использованием растительных компонентов: соевого, льняного, рапсового, оливкового, кукурузного или подсолнечного масел. Кроме того, современная эпоксидная смола может быть переработана или использована повторно.

Практическая часть

Глава I Участие в мастер-классе

«Изготовление сувениров и декоративных изделий из эпоксидной смолы»

Для изготовления изделий из эпоксидной смолы я принимала участие в мастер-классе в студийном центре Артишок.

Для работы мне понадобились:

• Эпоксидная смола Epoxy Master

• Отвердитель

• Силиконовый молд - форма в виде котика высотой 5-7 см

• Электронные весы

• Несколько пластиковых стаканчиков

• Деревянные палочки для перемешивания компонентов

• Красители: специальные пигменты для эпоксидной смолы

• Декоративные элементы: блестки, глиттер, красители сухие, красители в виде капелек.

• Инструменты для обработки готового изделия: наждачная бумага разной зернистости, полировочная паста.

Далее я приготовила рабочее место:

Участок стола застелила чистым сухим полиэтиленом, аккуратно расставила необходимые материалы, надела фартук, перчатки и очки.

После приготовления рабочей поверхности и необходимых материалов я под руководством педагога приступила к процессу создания фигурки:

1. Поставила пустой пластиковый стаканчик на электронные весы

2. Налила 200 г смолы, отставила

3. В другой чистый стаканчик налила 100г отвердителя

4. Соединила 2 компонента вместе (пропорция всегда должна быть 2:1)

5. Тщательно перемешала два компонента в течении 5 минут при помощи деревянной палочки. (Долгое перемешивание необходимо для удаления всех образующихся пузырьков.)

6. В готовую смесь постепенно при помощи зубочистки добавляла краситель (в моем случае янтарного цвета) и снова тщательно перемешивала.

7. Отставила смесь на 15 минут, чтобы она отстоялась, мелкие пузырьки всплыли на верх и лопнули. Те, которые остались не лопнутыми, лопнула при помощи зубочистки.

8. В силиконовый молд медленной струйкой вливала смолу. Молд держала под наклоном, это помогло мне минимизировать образование пузырей. Другой полезный прием для минимизации образования пузырей, аккуратное постукивание по стенкам молда со всех сторон. Постукивание помогает пузырькам всплыть наверх и лопнуть.

9. После завершения процесса заливки я накрыла форму колпаком, чтобы не допустить оседания пыли на ее поверхность. Оставила на 48 часов до полного отвердевания.

10. Извлекла фигуру из молда, отшлифовала все неровности при помощи наждачной бумаги, смоченной в воде комнатной температуры.

11. Для придания глянцевого блеска отполировала изделие полировочной пастой.

Вот такая фигурка котика у меня получилась

Гава II Определение физических свойств

янтаря и смолы опытным путем

Физические свойства вещества — это характеристики, которые проявляются в процессах, при которых вещество становится неизменным. К физическим свойствам янтаря и эпоксидной смолы относятся: цвет, прозрачность, твердость, хрупкость и электризация при трении. По этим критериям я изучала янтарь и эпоксидную смолу, сравнивала их и делала выводы.

Цвет. Изучив кусочки янтаря, изделия из янтаря, которые мы приобрели, путешествуя по Калининграду и Калининградской области, экспонаты музея янтаря, я увидела, что янтарь может быть светло-желтым, ярко-желтым, оранжевым, красным, коричневым. Изучая литературу о янтаре, я прочитала, что в месторождениях республики Доминикана и острова Гаити янтарь зеленоватого цвета благодаря воздействию зелено-голубых водорослей.

Изучив баночки с эпоксидной смолой, я увидела, что она бесцветная.

Прозрачность, как и цвет, можно определить визуально. Рассмотрев имеющиеся образцы, я пришла к выводу, что янтарь бывает как прозрачный, например, паруса кораблей, вставка в декоре кресла, усики пчел (экспонаты музея янтаря в Калининграде), ювелирные украшения - бусы, серьги, кусочек необработанного янтаря; так и совсем непрозрачные - панно, чаши, часы, корпуса кораблей (экспонаты музея янтаря Калининграда), кусочек необработанного янтаря из карьера.

Поскольку эпоксидная смола бесцветная, она прозрачная.

Твердость/вязкость. На ощупь янтарь - твердое вещество, до взаимодействия с отвердителем эпоксидная смола вязкая. После взаимодействия с отвердителем под воздействием комнатной температуры и ультрафиолетового света она становится твердой.

Хрупкость. Хрупкость — это свойство материала крошиться при ударе или при проведении острием ножа царапины на его поверхности.

Для проведения опыта я взяла кусочек янтаря и ударила по нему молотком. Он легко раскололся на более мелкие кусочки, это значит, что янтарь хрупкий.

То же самое я проделала с эпоксидной смолой, она так же раскололась, но сопутствующих мелких порошкообразных частичек при этом не было.

Я провела еще один опыт по определению хрупкости. Острым ножом провела по кусочку янтаря и по кусочку эпоксидной смолы. Царапины образовались на обоих кусочках, но вокруг кусочка янтаря я увидела пылеобразные остатки, а рядом с эпоксидной смолой никаких остатков не видно, просто царапина.

Таким образом, несмотря на то, что оба материала хрупкие, для натурального янтаря характерен процесс крошения, а для эпоксидной смолы нет.

Плотность. Плотность вещества — это масса вещества, которая содержится, например, в 1 кубическом сантиметре или одном кубическом метре.

Существует формула, по которой можно посчитать плотность вещества, но я еще не изучаю физику и химию, поэтому я воспользовалась информацией из интернета и узнала, что плотность янтаря - 0,97 - 1,25г/см3. Плотность эпоксидной смолы - 1,1 - 1,3г/см3. Таким образом, плотность эпоксидной смолы больше плотности янтаря.

Плотность янтаря соизмеряется с плотностью морской, соленой воды. Я провела 2 опыта.

2 стакана наполнила чистой пресной водой. В один стакан опустила кусочек янтаря, в другой кусочек эпоксидной смолы. И янтарь, и эпоксидная смола опустились на дно стакана. Таким образом, и янтарь, и эпоксидная смола плотнее пресной воды.

2 стакана наполнила чистой водой, в каждом стакане растворила по 2 столовых ложки соли. В один стакан погрузила кусочек янтаря, в другой - кусочек эпоксидной смолы. Янтарь всплыл, а эпоксидная смола утонула. Не просто делаю вывод, что янтарь легче соленой воды, но и получаю ответ, почему природные кусочки янтаря неправильной формы, не отшлифованы морем, как галька. Он в море всегда на плаву, поэтому не трется о другие камни, которые на дне моря и шлифуются друг о друга.

Электризация при трении. Электризация при трении — это физическое свойство веществ, которое возникает из-за тесного контакта физических тел. Часть электронов с поверхности одного тела переходит на поверхность второго тела.

Я провела простой опыт, чтобы исследовать электрические свойства янтаря и эпоксидной смолы. Взяла кусочек янтаря и интенсивно натерла его кусочком натуральной шерсти. Затем кусочек янтаря поднесла к кусочкам мелко нарезанной бумаги. Часть кусочков бумаги притянулась к кусочку янтаря.

То же самое проделала с эпоксидной смолой, но кусочки бумаги не притянулись к эпоксидной смоле.

Вывод: Янтарь обладает электризующей способностью, то есть может накапливать статистическое электричество в момент трения, а эпоксидная смола нет.

Свечение под воздействием ультрафиолетовых лучей.

Для данного опыта мне потребовались кусочки янтаря и эпоксидной смолы, а также фонарик с ультрафиолетовым излучением, длина волны которого составляет 395-400 нанометров.

Под воздействием ультрафиолета вокруг кусочка натурального янтаря появляется голубоватое свечение, эпоксидная смола не реагирует на ультрафиолет.

Выводы:

1. Янтарь и эпоксидная смола отличаются по цвету, но, при желании, эпоксидную смолу можно окрасить в любой цвет, добавив в нее специальные красители.

2. Оба вещества могут быть как прозрачными, так и непрозрачными.

3. Янтарь - твердый, эпоксидная смола до соединения с отвердителем - текучая вязкая масса, которая превращается в твердый материал только после добавления отвердителя и воздействия ультрафиолета.

4. Оба вещества хрупкие, но янтарь разбивается легче, чем эпоксидная смола.

5. Эпоксидная смола имеет большую плотность по сравнению с янтарем.

6. Янтарь обладает электризующей способностью, а эпоксидная смола нет.

Глава III Определение химических свойств

янтаря и эпоксидной смолы опытным путем

Химические свойства вещества — это характеристики вещества, которые проявляются в процессе химической реакции. Химическими свойствами вещества являются:

• Способность реагировать на другие вещества, взаимодействовать с ними;

• Способность к разложению.

Я еще не изучаю химию, поэтому не имею возможности провести некоторые химические опыты в домашних условиях, но некоторые опыты я все же провела.

Опыт №1. Способность янтаря и эпоксидной смолы растворятся в воде и льняном масле.

Для опыта мне понадобились 4 чистых стакана: два из них я заполнила водой, а два других льняным маслом. В жидкости опустила кусочки необработанного янтаря и эпоксидной смолы.

Цель эксперимента: проверить способность янтаря и эпоксидной смолы

растворяться в воде и льняном масле.

Эксперимент длился в течение 12-ти часов.

Вывод: Янтарь не растворяется в воде. Хотя вода, в которую был погружен янтарь, приобрела желтоватый окрас, объем кусочка янтаря не изменился, состояние поверхности так же не изменилось. Предполагаю, что цвет воды изменился из-за попадания в нее мелких частиц янтаря, которые со временем образовались на его поверхности при трении с материалом, в который янтарь был завернут.

Второе предположение: поскольку янтарь не обработан, в нем могут содержаться примеси других веществ, которые вступают во взаимодействие с водой, они и подкрашивают воду.

Эпоксидная смола не растворяется в воде. Цвет воды не изменился, на дне стакана нет никакого осадка.

Янтарь частично растворяется при взаимодействии с льняным маслом. После его погружения в льняное масло, он стал прозрачнее, а поверхность стала липкой, то есть размягченной.

Кусочек эпоксидной смолы не изменился, значит эпоксидная смола не растворяется в льняном масле.

Опыт №2 Реакция янтаря и эпоксидной смолы на нагревание.

Для данного опыта мне потребовалось шило, газовая горелка, кусочки янтаря и эпоксидной смолы.

Острие шила аккуратно нагреваем на газовой горелке и прикасаемся к кусочку янтаря, от янтаря идет черноватый дым и приятный хвойный запах.

Когда горячим острием шила прикоснулась к кусочку эпоксидной смолы, пошел неприятный запах жженого пластика.

Вывод: янтарь - натуральный материал, который является смолой хвойных деревьев.

Эпоксидная смола - искусственный материал, принадлежащий к группе пластиков.

Вывод:

• При взаимодействии с водой и льняным маслом янтарь и эпоксидная смола ведут себя по-разному: янтарь вступает во взаимодействие с льняным маслом, так как частично растворяется в нем. Эпоксидная смола не вступает во взаимодействие ни с водой комнатной температуры, ни с льняным маслом.

• При взаимодействии с огнем янтарь быстро нагревается, размягчается, дымит черным цветом, при этом выделяя приятный аромат хвои, значит материал натуральный.

Эпоксидная смола при взаимодействии с огнем плавится, выделяя неприятный аромат жженого пластика, значит материал искусственный.

Заключение

Таким образом, проделанная мной работа позволила мне выяснить, что янтарь — это органогенный камень, то есть драгоценный камень органического происхождения. Эпоксидная смола - искусственная смола, созданная человеком.

• По цвету янтарь может быть не только разных оттенков желтого, но и сине-зеленоватым в тех местах, где янтарь находится в залежах голубой глины, например в Доминиканской Республике. Эпоксидная смола изначально бесцветная, может приобретать любой цвет при смешении с красителями.

• Янтарь может быть прозрачным и непрозрачным. Чем меньше воздушных пузырьков в камне, тем прозрачнее камень. Чем крупнее воздушные пузырьки, тем прозрачнее камень. Эпоксидная смола - прозрачная, иногда приобретает белесый оттенок.

• Прозрачность камня так же зависит от его взаимодействия с воздухом: чем дольше камень лежал на поверхности, тем он менее прозрачный.

• Янтарь содержит много включений: пузырьки воздуха, остатки коры, листочков, иголочек, насекомых. Эпоксидная смола тоже может содержать различные включения, в вязкую массу легко добавить что-то, пока она не загустела.

• Янтарь хрупкий, вместе с тем пластичный камень. Эпоксидная смола так же раскалывается, но не крошится, она труднее разбивается, раскол ровный.

• Природный янтарь всегда имеет неровную, ломаную поверхность, потому что камень имеет примерно одинаковую плотность с плотностью морской воды, никогда не опускается на дно и не шлифуется другими камнями.

• Янтарь обладает электризующей способностью, но он не проводит электрический ток. Эпоксидная смола не обладает электризующей способностью.

• Янтарь отсвечивает голубым при воздействии на него ультрафиолетового луча. Изделие из эпоксидной смолы не реагирует на ультрафиолетовыйлуч.

Знание этих особенностей янтаря и эпоксидной смолы позволяют нам распознать, где изделие из натурального янтаря, а где изделие, мастерски сделанное из эпоксидной смолы.

На мой взгляд, самый легкий способ убедиться в натуральности янтаря непосредственно у прилавка продавца, взять с собой кусочек натуральной шерсти, потереть об него изделие, а затем поднести к волосам. Если изделие притягивает волосы, оно из натурального янтаря.

Список литературы:

1. Большая советская энциклопедия. Янтарь - М., 200- г.

2. Кленов А.С. Малышам о минералах- М., Педагогика-Пресс, 1993г.

3. Сердобольский Б.И. Мир янтаря - 1988г.

4. Соболевский В.И. Замечательные минералы - М., Просвещение, 1983 г.

5. Соловьева Анна - С-П., www.kartinasolo.ru

6. http://ru.wikipedia.org/wiki/Янтарь

7. Ambermuseum.ru. О янтаре. Легенды и мифы о янтаре.

8. Geo.bsu.bu.images/stories/kaf/museum/pers/km.pdf. - Легенды о янтаре.

Приложение

Определение физических свойств янтаря и эпоксидной смолы

Цвет

Прозрачность

Твердость и вязкость

Хрупкость

Плотность

Электризация

Определение химических свойств янтаря и эпоксидной смолы

Способность янтаря и эпоксидной смолы растворяться в воде

Способность янтаря и эпоксидной смолы растворяться в льняном масле

Реакция янтаря и эпоксидной смолы на нагрев