Изучение состава школьного мела

РЕСПУБЛИКАНСКИЙ КОНКУРС НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ОБУЧАЮЩИХСЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ ИМЕНИ Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ

ШКОЛЬНОГО МЕЛА

Авторы:

Таникова София Андреевна,  ученица 9 «в» класса

МОУ «Гимназия №1» г. Печоры

Жуковская Юлия Евгенеьвна, ученица 9 «а» класса

МОУ «Гимназия №1» г. Печоры

Руководитель:

Королева Елена Евгеньевна, учитель химии

МОУ «Гимназия №1» г. Печоры

г. Печора, апрель 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Во всем мире не найдется человека, который бы за свою жизнь не столкнулся с мелом. В миллионах классов на Земле школьники пишут мелом на доске. А что бы делал учитель без мела?

Не все знают, что вначале мел был животным. В водах океанов существуют различные виды мельчайших растений и животных. Одним из них является одноклеточное существо под названием «фораминифера» с панцирем из извести. Отмирая, они опускаются на океанское дно. Со временем образуется толстый слой из этих панцирей. Конечно, на это уходят миллионы лет. Постепенно этот слой цементируется и превращается в мягкий карбонат кальция, который мы называем мелом.

В настоящий момент еще не найдена альтернатива известкового мела (восковый мел не подходит для использования на школьных досках). Сейчас в школах появляются интерактивные, маркерные доски и другие средства обучения. Однако школьный мел как существовал много сотен лет в школах, так и остался до сих пор. Поэтому, мы считаем, что исследование состава, качества школьного мела и его влияния на здоровье людей актуально и практически значимо.

Проблема: низкое качество школьного мела может привести к заболеваниям учащихся и педагогов.

Цель: Изучение физических и химических свойств и влияние на организм человека школьного мела.

Задачи:

1. Собрать достоверную информацию о происхождении, составе, свойствах и применении школьного мела.
2. Провести эксперименты по изучению качественного и количественного состава различных сортов школьного мела, пригодности для использования.
3. Оценить влияние мела на здоровье человека.

В ходе работы использованы следующие методы исследования:

- поиск и анализ достоверной информации из достоверных источников

- химический эксперимент

- привлечение экспертов

- анкетирование

При выполнении исследовательской работы проведен обширный химический эксперимент, результаты которого обработаны методами математической статистики, проведено анкетирование учителей и проанализированы результаты.

1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ МЕЛА

Мел — белая горная порода, мягкая и рассыпчатая. Мел не растворяется в воде.

Основу химического состава мела составляет карбонат кальция с небольшим количеством карбоната магния, но обычно присутствует и некарбонатная часть, в основном оксиды металлов. В составе мела обычно находится незначительная примесь мельчайших зёрен кварца и микроскопические псевдоморфозы кальцита по ископаемым морским организмам (радиолярии и др.) Нередко встречаются крупные окаменелости мелового периода: белемниты, аммониты и др. [6] Его элементы относятся к семейству щелочноземельных металлов, которые составляют подгруппу периодической системы элементов. 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 скопляются громадные толщи раковинок, которые впоследствии при геологических перемещениях земной коры могут оказаться на суше в виде меловых и известковых гор (например, на Украине). Таким образом, ничтожно малые по своим размерам и грандиозные по своей массовости простейшие входят в состав земной коры.

Сотни лет человек использует мел для различных целей. Мел, которым мы пользуемся в классе, смешивают со связующими примесями, чтобы он не крошился. Лучший мел для школы на 95%состоит из мела. Добавляя различные красители, можно получить мел любого цвета. Мел используется для письма на больших досках для общего обозрения (например, в школах). Формованный школьный мелок на 40 % состоит из мела (карбонат кальция) и на 60 % из гипса (сульфат кальция). [4]

Мел — необходимый компонент «мелованной бумаги», используемой в полиграфии для печати качественных иллюстрированных изданий. Молотый мел широко применяется в качестве дешёвого материала (пигмента) для побелки, окраски заборов, стен, бордюров, для защиты стволов деревьев от солнечных ожогов.

Мел применяют в лакокрасочной промышленности (белый пигмент), резиновой, бумажной, в сахарной промышленности — для очистки свекловичного сока, для производства вяжущих веществ (известь, портландцемент), в стекольной промышленности, для производства спичек. В этих случаях обычно используют так называемый мел осаждённый, полученный химическим путём из кальцийсодержащих минералов.

При недостатке кальция медицинский мел может быть прописан как добавка к пище.

Мел в числе других карбонатных пород в стекольном производстве применяется в качестве одного из компонентов шихты при варке стекла, вводимого в шихту в порошковом виде в количестве до 30 % от объема последней. Мел придает стеклу термическую стойкость, механическую прочность, устойчивость против химических реагентов и выветривания.[1]

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕЛА

Исследуемые образцы мела:

1. Изучение физических свойств мела.

Изучение проводили по следующему плану:

1. Внешний вид: цвет, шероховатость,
2. Прочность при разломе
3. Сыпучесть (оценивали по следам на черной ткани).
4. Удобство при письме на доске и легкость удаления следов (оценивала группа из 5 человек независимо друг от друга) по 5-ти бальной шкале.

2. Количественное определение карбоната кальция в меле.

Навестку измельченного в ступке карбоната кальция массой 5 г поместили в  химический стакан, добавляли 10 мл воды и взвешивали стакан с реактивами на весах.  Добавили 5  г раствора соляной кислоты и перемешивали по прекращения выделения газа. После этого взвешивали массу стакана, разности находили массу углекислого газа и рассчитывали массу карбонат кальция. Для каждого исследуемого образца испытания проводили трижды и затем находили среднее процентное содержание карбоната кальция в меле.

Наблюдения при добавлении кислоты: 

Образец 1: Интенсивное вспенивание.

Образец 2: Слабое вспенивание

Образец 3: Среднее вспенивание

Образец 4: Очень интенсивное вспенивание

Образец 5: Интенсивное вспенивание

1. Качественное определение сульфата кальция в меле

Растертую в ступке пробу мела массой 1 г поместили в пробирку и залили 10 мл горячей воды, выдержали 1 час и затем интенсивно встряхивали в течение 5 минут. Полученную взвесь отфильтровали и к порции фильтрата добавили несколько капель хлорида бария. Небольшую порцию фильтрата поместили на предметное стекло и нагрели в пламени спиртовки. Затем кристаллы рассматривали через микроскоп.

Результаты эксперимента занесли в таблицу.

При добавлении горячей воды:

№1  Обильная белая пена, известь равномерно белая, долго не оседает.

№2   Пены практически нет, известь белая, легко расслаивается на прозрачную жидкость и белое твердое вещество.

№3  Пены практически нет, раствор белый, быстро расслаивается, граница раствор  - твердое вещество четкая.

№4  Пена образуется слабо, известь долго не оседает

№5 Обильная серая пена, которая не оседает, раствор мутный, на дне твердое вещество бежевого цвета.

Выводы:

1. Исследуемые образцы мела имеют содержание карбоната кальция от 40 до 80%.
2. Образцы 1-4 содержат большое количество гипса.
3. Не смотря на внешнее сходство, образцы ведут себя по-разному при добавлении горячей воды и соляной кислоты.

3. ВЛИЯНИЕ ШКОЛЬНОГО МЕЛА НА ЗДОРОВЬЕ УЧЕНИКОВ И УЧИТЕЛЕЙ

На сегодняшний день сохранение и укрепление здоровья населения - одна из наиболее актуальных проблем. Здоровье человека всегда было предметом пристального изучения специалистов самых разных профессий.

По прогнозам Всемирной Организации Здравоохранения в начале 21 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. От бронхиальной астмы на сегодняшний день страдает 12% населения России, тогда как в странах Европы и США эта цифра составляет 5%. По прогнозам, в ближайшие годы процент больных астмой может повыситься в России до 30%. Причем эти заболевания настигают людей везде: на улицах, в помещениях, при обращении, казалось бы, с совсем безопасными веществами.

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, поэтому школьный мел считается экологически чистым и безопасным продуктом. Однако в процессе использования школьный мел начинает пылить, забиваться в нос, пачкать руки. Некоторые учащиеся любят есть мел, а ведь школьный мел – это продукт, содержащий в своем составе помимо основных безопасных (как считается) компонентов: известняка, гипса, крахмала, еще и склеивающие вещества (клей ПВА, БФ, казеиновый, канцелярский и др.), красители, что не совсем безопасно для их здоровья. [4]

Для выяснения воздействия мела на здоровье человека мы опросили 10 учителей, которые в силу специфики своих предметов вынуждены постоянно пользоваться мелом.

Анкета для учителей.

1. Как вы считаете, оказывает ли постоянная работа с мелом влияние на ваш организм?
2. Имеются ли отрицательные последствия, если да, то какие?
3. Можно ли заменить доску и мел в школе? Если да, то чем?

По мнению большинства опрошенных учителей, школьный мел негативно влияет на кожу рук и может вызвать аллергические реакции при вдыхании частиц мела. Половина опрошенных отметили, что вынуждены постоянно пользоваться увлажняющим кремом для рук. Есть среди учителей и те, кто получил серьезные проблемы с кожей рук: экземы, шелушение и трещины на ладонях.

Несмотря на технический прогресс, по мнению учителей полностью заменить мел пока нельзя. Хорошей альтернативой стали бы доски для письма маркерами и интерактивные доски.

Изучив литературу, я рекомендую учителям тщательно мыть тряпку от мела и не стирать мел с доски сухой тряпкой.  Уменьшить  негативное влияние мела на кожу рук можно, если завернуть мел бумагой, а лучше фольгой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Школьный мел – это продукт, содержащий в своем составе помимо основных безопасных (как считается) компонентов: известняка, гипса, крахмала, еще и склеивающие вещества (клей ПВА, БФ, казеиновый, канцелярский и др.), красители, что не совсем безопасно для их здоровья.

Исследуемые образцы мела имеют содержание карбоната кальция от 40 до 80% и содержат гипс. Не смотря на внешнее сходство, образцы ведут себя по-разному при добавлении горячей воды и соляной кислоты.

Изучив литературу, я рекомендую учителям тщательно мыть тряпку от мела и не стирать мел с доски сухой тряпкой.  Уменьшить  негативное влияние мела на кожу рук можно, если завернуть мел бумагой, а лучше фольгой. Еще один вариант решения проблемы супучести мела: заранее обработать поверхность мела канцелярским силикатным клеем.

Проведение исследования позволило мне научиться планировать и проводить химические эксперименты и получать достоверные результаты. Результаты опытов обрабатывали методами математической статистики.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

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. Ольгин О.М. Опыты без взрывов. / О.М.Ольгин; – М.: Химия, 1995. 136 с.
5. Справочник школьника. Химия / Сост. М. Кременчугская, С. Васильев. М.: Филолог, 1995. 380 с.
6. Степин Б.Д. Аликберова Л.Ю. Книга по химии для домашнего чтения. / Б.Д. Степин, Л.Ю. Алкберова. – М.: Химия, 1995. 270 с.
7. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Химия / Авт.-сост. Л.А. Савина. – М.: АСТ, 1995. – 448 с.

ИНТЕРНЕТ ИСТОЧНИКИ

http://www.proshkolu.ru/user/lkolganovado/blog/9963/

http://portfolio.1september.ru/work.php?id=565737

http://www.k-silikat.ru/chalk.php

http://www.lformula.ru/index.php?part=him005&page=020