Научно-исследовательская работа Школьный мел

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 5»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА НА ТЕМУ:

«Школьный мел

и его влияния на здоровье учителей»

                                    Выполнила: ученица 8-б класса

                                                 Ищук Валерия

                                                                    Научный руководитель: Мирошниченко Юлия        

                                                                    Витальевна, учитель химии

г.Лабытнанги

2013г.

Введение

 Цель:

Определить химический состав школьного мела, используемого в школах и выяснить особенности его влияния на здоровье учителей.

 Задачи:

1.Выяснить с помощью социологического опроса, оказывает ли какое-нибудь вредное влияние      постоянный контакт учителей с мелом.

2.Исследовать образцы мела на наличие очевидных показателей.

     3. Исследовать школьный мел на примеси                                                

        тяжелых металлов.

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 .Химический состав мела и его местонахождения в природе.  

1.2.Производство мела

1.3.Области использования

1.4.Основные показатели качества мела 

2. Экспериментальная часть

2.1. Социологический опрос.

2.2.Определение основных показателей качества.

2.3.Методика определения  ионов свинца и ртути.

2.4. Результат

Приложение

Литература

1.Теоретическая часть

 1.1.Состав мела и его местонахождение в природе.

Мел, слабо сцементированная, мажущаяся, тонкозернистая разновидность карбонатных пород, состоящая в основном из карбоната кальция природного происхождения или полученного искусственным путем. Природный мел сложен главным образом кальцитовыми скелетными частицами микроорганизмов – известковых водорослей кокколитофорид (70-90%) и корненожек – фораминифер (1 – 20%). Изредка в меле встречаются раковины моллюсков, скелеты мшанок, морских ежей, лилий, кремневых губок, кораллов. Химический состав мела (в %): 50-55 CaO; 0,2-0,3 MgO; 0,5-0,6 SiO2; 0,2-0,4 Al 2O3; 0,02-0,7 FeO + Fe 2O 3; 40-43 CO2. Минеральный состав (в %): 90-99 кальцита; 1-8 глинистых минералов (монтмориллонит, гидрослюды и каолинит); 0,01-0,1 пирита; 0,1-0,5 глауконита;0,2-6 кварца;0,01-0,7 опала; 0,01-0,5 цеолита-гейландита; 0,01 барита, содержание частиц <0,01 мм обычно сверх 90%. Плотность 2,70 – 2,72г/см; объемная масса скелета 1,42-1,56 г/см; пористость 45-50%; естественная влажность 30-33%;сопротивление сжатию влажного мела 1-2Мн.м (10-20кгс.см), сухого 4-5 Мн.м (40-50кгс.см). в меле иногда рассеяны конкреции кремня, пирита и фосфорита мела представляет собой полу затвердевший морской ил, отлагавшийся на глубину 30-500метров о более. Залежи мела широко распространены в природе.

  Наиболее значительная полоса отложений мела распространена от р. Эмба в западном Казахстане до Великобритании. Их мощность местами достигает сотни метров (например, в районе Харькова – 600 метров). В зависимости от способа производства в области преимущественного применения в России мела подразделяют на виды, марки, сорта, установленные ГОСТОМ. Месторождение мела в России сосредоточены в Брянской, Белгородской, Ульяновской и Саратовской областях России, а  также в Узбекистане, Белоруссии, Казахстане, во Франции (Парижский бассейн), Великобритании и Дании2 

  В нашей Республике (см. рисунок 1.) залежи мела находятся на территории Овюрского кожууна. Залежи известняков присутствуют в Улуг-Хемском кожууне(г.Шагонар) и на территории Чеди-Хольского района(п.Чеди-Холь)4.

В известняках Чеди-Холя учеными были обнаружено содержание ионов ртути. Таким образом, данную известь нельзя использовать в бытовых целях.

 В настоящее время, местные месторождения мела не разрабатываются.

1.2. Производство мела.                 

     Самый старый в России завод по производству мела находится в Белгороде. В окрестностях  этого города мел, как горную породу, добывают и поныне. Собственно и название города произошло от слова «белый» - именно из белгородских карьеров мел и по сей день вагонами развозится по всем предприятиям, изготавливающим мел поштучно.
В России сегодня довольно много предприятий, производящих мел. Основной же костяк

производителей, делающих качественные мелки, невелик ,это:«Алгем», «Вакарис», «Пегас», «Квартет-1». Самой «старой» фирме («Алгему») диннадцать лет, самой «молодой»-

(«Квартету») два года.
  В Белгороде мел производили раньше и производят теперь экструзионным способом.

 При этом мокрый мел в виде тонких колбасок поступает из машины, похожей на мясорубку. Колбаску укладываются на противне, режутся и сушатся в печах. Получаются мелки круглой формы. Технологическая особенность этих мелков - их «связывание» происходит за счет клея

 (чаще всего ПВА), что не совсем безопасно для здоровья детей (как известно белый мел в     прямом  смысле едят, причем как дети, так и взрослые). Зато этот мел мягок, приятен на ощупь, практически не пачкает рук.
«Алгем» был первой на рынке фирмой, которая стала лить мел. При этом фирма запатентовала

 состав мела и его квадратную форму. Литой белый мел абсолютно безопасен для здоровья, так

 как его связующим является гипс в очень малых количествах. Несмотря на патент, именно с этим    составом и в этой форме мел делают и все остальные производители.
 Кроме всех прочих заслуг, «Алгем» также является единственной пока в России фирмой, официально   зарегистрировавшей свой товарный знак.

   Самой дорогой частью любого производства, как известно, является изготовление пресс-формы.

 Как правило, заказ на изготовление пресс-форм размещают на специальных заводах. Железная   «болванка» обходится производителям до 400 долларов в зависимости от размера. С ее помощью изготавливается матрица для производства мела - резиновая (полиуретановая) емкость с ячейками в форме вытянутого куба. Ее стоимость колеблется от 100 до 200 долларов в зависимости от размера. Таких матриц на производстве нужно много, при этом из строя они выходят раз в два года. Все российские матрицы - горизонтальные, на западе чаще применяют вертикальную заливку. Кроме того, за рубежом распространен способ заливки в огромные кубы - после высыхания такой куб мела режется

на части по сухому  лазером или фрезой, затем мелки оборачивают в бумагу.
В смесителе порошок мела тщательно перемешивается с гипсом (белый мел), а также с красителями (цветной). От качества порошка напрямую зависит качество мела - в частности, в нем не должно быть твердых частиц гипса или песка, которые потом царапают доску при письме. Полученный порошок ссыпается в бочку, где вручную разводится водой.
Смесь заливается в матрицы и остается там на некоторое время - вода постепенно испаряется,

происходит химическая реакция связывания молекулярной структуры мела и гипса. Затем матрицу переворачивают на решетчатый специальный поддон и «снимают» ее с мелков. После этого матрицы моют в специальном мыльном растворе - сырые мелки будут легче от нее отставать. Поддон ставят в сушильный шкаф, выдерживают там мел определенное время, затем готовые мелки поступают в цех упаковки. Упаковка производится вручную.
У каждого красителя есть свои особенности, которые он переносит на приготовление мела. Например, красный пенит и разрыхляет, голубой, наоборот, сжимает и мелок кажется твердым. Эту специфику учитывают производители.
У хороших производителей процент брака невелик. Расколовшиеся при снятии матрицы мелки сразу убираются работником. Пересушенные или недосушенные мелки, как правило, отбирают упаковщицы, так как именно через их руки проходит весь мел, производимый сегодня в России. Недосушенный мел возвращается на досушку, пересушенный в принципе является отходом производства.
Знаменитая градация мела по твердости/мягкости была разработана на «Алгеме». Хотя конкуренты рассказывают, что возникла она случайно, в результате технологической ошибки производственников. Ведь твердым мел становится в двух случаях - от пересушки или от перебора гипса. Как бы то ни было, но градация в народе прижилась и сегодня уже сложно представить себе, что когда-то весь мел был одинаков. Ведь действительно на асфальте удобнее и практичнее использовать твердый мел, который дольше служит владельцу, а на досках, на ткани или на мебели - мягкий или средне мягкий. Только мягкий мел подходит для письма по старым школьным доскам, которые еще называют «линолиумными».

 Для современных досок подходит любой мел.
Упаковывается мел в «Наборы цветных мелков» в картонных коробочках, в большие коробки  складывается белый мел для продаж россыпью (штучный мел), а всевозможные фигурные мелки (например, портновские) вкладываются в пеналы блистерной упаковки.
 Что еще интересного можно узнать о меле? Например, что «Алгем» для производства мела использует очищенную воду, это в первую очередь оценивают «поедатели» мела.

Очень важна сегодня для потребителя упаковка мела. Мало того, что она должна быть достаточно  твердой (чтобы мелки не сломались), оформление ее требует сегодня значительных затрат - на покупку лицензионного персонажа, на качественную печать и так далее. Как правило, у всех производителей есть несколько вариантов оформления «родной» упаковки, а также несколько заказов на производство мелков в лицензионных упаковках. Так, «Квартет» производит мелки для серии «Фунтик» (лицензия принадлежит компании «Фарм»), а также для серии Laplandia (принадлежащей компании «Релайт»). «Алгем» выпускает мелки под маркой Boom, принадлежащей компании «Про Бюро» (Boom Classic,Boom Tom&Jerry, Boom Simsala Grimm).
Кроме того, «Алгем» выпускает наборы для домашнего использования мела - специальная доска, упаковка мела и губка. «Квартет» выпускает запатентованные двуцветные мелки в виде толстых округлых карандашей.

Они очень удобны для преподавателей, когда одним цветом пишешь, а другим нужно подчеркивать, и, конечно, для детей (покупаешь 6 мелков, но 12 цветов). А также уже отлажено производство бильярдного мела, который также запатентован - никто в России его больше не выпускает. Акции, детские праздники, конкурсы «Рисуем на асфальте» спонсирует в Москве фирма «Алгем». Как правило, у каждой фирмы-производителя есть свои подшефные интернаты и школы. Традиционно самым доступным импортным мелом для нас был чешский мел, в частности, производимый компанией Koh-I-Noor. Из других марок на этом поприще оставили след компании Pelican, Crayola, Jovi, Ses. Было время, когда импорт совокупно перекрывал продажи российского мела.
Однако,после кризиса 1998 года, разница в цене стала столь существенной (150 рублей против

15 условно), а качество российских мелков столь повысилось, что сегодня, практически 90% продаж составляет отечественный мел. Импортный мел перешел в категорию элитных

товаров и его довольно трудно найти в обычных канцелярских лавочках.
Вообще технология изготовления литого мела к нам пришла из Чехии.
 Портновский мел - один из самых сложных для производства мелков. Во-первых, нужно подбирать специальные красители, которые должны состирываться с ткани, а, во-вторых, у него должна быть специальная форма, инженерная конструкция которой учитывает особенности работы портных. Этот мелок должен быть очень тонким, но в то же время не должен ломаться. Треугольные мелки, которые выпускает большинство производителей, не подходят для этих целей, так как их уголки ломаются при первом нажатии. Наиболее точные по решению мелки выпускает «Квартет».5

 1.3.Области использования мела

   Мел используется в сельском хозяйстве для известкования почв, подкормки животных. В промышленности мел применяется для производства цемента и извести, как наполнитель для резины, пластмасс, лакокрасочных материалов, для получения соды, стекла, очистки сахара, приготовления школьных мелков. Осажденный мел используется в медицине как лечебный препарат, в парфюмерии составная часть зубных порошков. В пластичном искусстве мел применяют как основу левкаса других грунтов как компонент при изготовление художественных красок. Белый мел и черный мел (тонкие итальянские карандаши) используют для рисования.2

2.Большая советская энциклопедия

1.4. Основные показатели качества.

  При изучении литературы по данной теме мы выявили следующие показатели, которыми должен обладать мел, используемый в школах:

а)  Очевидные:

1.Крошится при письме

2.Пачкает руки

3.Чистота  (белый)

4.Твердые вкрапления

б)  Не очевидные:

1.Отсутствие следов клея ПВА

2.Использование очищенной воды

3.Качество красителей

4.Отсутствие примесей, содержащих тяжелые металлы 5

2.Экспериментальная часть

2.1.Социологический опрос

   Для социологического опроса учителей школы №5 были предложены следующие вопросы.

 Анкета

 1.Устраивает ли вас качество мела?

А) ДА                      

Б) Нет

2.Если не устраивает, то, что именно?

 3.Имеете ли вы, какие ни будь отрицательные

последствия, которые оказывает ежедневная работа с мелом?

 а) на кожу рук:

1.сушит

2.аллергическая реакция

3.другое

4.нет  последствий

б) на дыхательную систему:

 1.кашель

 2.проявления астмы

 3.другое

 4.нет последствий

Нами было опрошено 100 преподавателей нашей школы и получены следующие результаты, которые мы предлагаем вам в виде диаграммы 1.

5.Интернет

Анализ:

  На основании социологического опроса, можно сказать, что большинство учителей из опрошенных (83%) не устраивает качество мела. У многих возникают побочные эффекты:кашель-63%, сухость кожи –68%, аллергические реакции-17,5%. 

2.2.Определение основных показателей качества.

  Далее мы рассмотрели 5 образцов мела на наличие очевидных показателей качества, указанных на странице  6  .

Полученные результаты предоставлены в таблице1.

Образец1-«Алгелм» (Москва)

Образец2-«Дилак» (Москва)

Образец3-«Антошка»

Образец 4-«Гарт» (Белгород)

Образец5-Чехия

Анализ:

  Согласно показателем, из пяти образцов, наиболее качественными, обладающими хорошим цветом, малой сыпучестью, маркостью являются образцы № 2, 3.Образец № 4 («Гарт») обладает самыми плохими показателями качества, а ведь именно этим мелом в настоящее время, снабжены школы города Кызыла.

2.3.Определение содержания ионов тяжелых металлов.

   Используя стандартные методики определения ионов в веществе, мы попытались узнать качественный состав мела.

    Мы не стали определять наличие ионов Ca2+ и CО32- , так как минерал кальцит составляет основной % массы.

    Для определения, мы решили взять ионы тяжелых металлов, таких как Pb и Hg. Всем известно, что они способны накапливаться в организме человека, вызывая тем самым, различные заболевания. Наиболее интересным является ион Hg2+, так как ртуть и ее соединения являются ядовитыми веществами. Ежедневно человек позлащает с пищей 0,02-0,05 мг ртути. Это количество не опасно. А вот увеличение ртутной дозы чаще всего приводит к отравлению, порой со смертельным исходом. До сих пор биологическая роль этого вещества до конца не выяснена, но уже хорошо известно, что оно пагубно влияет на поглощение и обмен многих микроэлементов и активность ферментов.

 Ртуть легко испаряется, ее пары могут проникнуть в организм через кожу и легкие. Ядовито и большинство соединений ртути .

Время от времени в разных частях планеты появляются очаги ртутного заражения. Самый известный случай массового отравления ртутью (синдром Минамата). Сотни жителей этого японского города пострадали, долгое время питаясь рыбой, выловленной в заливе, вода которого содержала ртуть3.

3.Большая серия знаний

а) Методика определения ионов Hg+2

 Характерные и специфические реакции катионов двухвалентной ртути.

Из обще аналитических реакций на катионы ртути характерной реакцией является образование нерастворимого в кислотах черного осадка сернистой ртути. Наиболее же распространенными реакциями для обнаружения этих катионов являются специфические реакции с йодистым калием, дифенилкарбазидом, дифенилкарбазоном и восстановления до металлической ртути.

1.Образование сернистой ртути НgS. Если к раствору солей ртути прилить соляной или серной кислоты и через этот раствор, подогреть и до 60—80° С, пропустить сероводород или прилить к нему сероводородной воды, или же, добавив к нему раствор тиосульфата натрия Nа2S2O3 прокипятить, то во всех случаях из раствора выпадет черный осадок НgS.

                                             Hg2++S2-=HgS

Эта реакция настолько чувствительна, что, ею открываются ничтожные следы катионов ртути.

2. С йодистым калием катионы Нg2+ образуют ярко-красный осадок йодной ртути НgJ2. Однако последняя в избытке KJ очень легко растворяется, переходя при этом в очень устойчивую комплексную соль состава К2 [НgJ4]1:

Hg(N03)2 + 2КJ =  НgJ2 + 2КNОз,

НgJ2+2KJ=К2[НgJ4].

Микроспособы.

Эти микроспособы состоят в следующем:

а) На фильтровальную бумагу наносят последовательно каплю исследуемого раствора, на нее - каплю раствора КJ (образование К2[НgJ2], а затем каплю концентрированного раствора КОН (образование реактива Несслера). После того как полученное пятно полностью разойдется на бумаге, его обрабатывают парами аммиака, для чего бумагу с пятном помещают над горлышком склянки с раствором NН4ОН. При этом пятно становится черным (выделение металлической ртути).

б) В раствор, содержащий катионы двухвалентной ртути, осторожно погружают кончик стеклянной палочки, смоченный раствором KJ; при этом вокруг палочки образуется яркое оранжево-красное кольцо йодистой ртути, которое очень быстро исчезает.

в) На фильтрованную бумагу наносят каплю разбавленного раствора KJ. Затем в капилляр набирают испытуемый раствор, и кончик капилляра прижимают в течение 5—10 секунд к центру полученного от Щ пятна. При этом в присутствии ионов Нg2+ под капилляром образуется красное пятно НgJ2.

Указанные микрореакции дают возможность обнаружить Нg2+ в присутствии катионов всех аналитических групп. Иногда им мешают катионы серебра и свинца. Однако эти катионы можно удалить из раствора осаждением смесью растворов КС1 и К2SО4. Концентрация Нg2+ для обнаружения их этой реакцией должна быть не менее 10 мг/л.

г). Восстановление Нg2+ до металлической ртути. При действии избытком раствора хлористого олова на соли двухвалентной ртути вначале образуется белый осадок хлористой ртути, который постепенно чернеет (выделение металлической ртути):

2НgСl2 + SnСl2 =Нg2Cl2+SnСl4,  

Нg2С12 + SnС12 =  2Нg + SnСl4

б) Методика определения ионов Pb+2.

   Реакции катионов группы соляной кислоты (Pb2+, Hg+2)см таблицу 2.

Свинец очень опасен для здоровья, так как накапливаясь в организме человека может вызывать заболевания : свинцовые колики, лихорадки, различные приступы, и прочие.      

Определение ионов свинца в исследуемом растворе можно провести по следующей схеме:

                                                  Pb2++2J-=PbJ2

в) Ход работы

Определение наличия Hg2+.

1. Исследуемый образец мела массой 1 грамм измельчаем в  ступке и растворяем в 2 мл. дистиллированной воды.                                          
2. К 1 мл. данного раствора приливаем HCI или (H2SO4 раствор)
3. Нагреваем до t 60-80 
4. Приливаем раствор тиосульфата натрия N2S2O3 ,кипятим 1-2 мин.
5. Выпадение черного осадка указывает на наличие ионов Hg2+.

                                           Hg 2++S2-  =HgS

Определение ионов Pb2+

1. Берем 2-ю половину  исследуемого раствора
2. Разбавляем 2-3 раза водой нагреваем до кипения
3. Осадок от фильтровываем
4. К фильтрату добавляем 1-2 мл раствора KJ                                          
5. Фильтрат охлаждаем под краном с холодной водой, если ионы свинца присутствуют, то мы обнаружим выпадение зелено-желтых кристаллов PbJ2.

                                       Pb2++2KJ=PbJ2+2K+                                                                                            

г)В ходе эксперимента мы получили следующие  результаты(см. таблицу 3)

Анализ результата:

 Данные образцы мела не содержат ионов ртути и свинца.

  Заключение:

 а) На основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

 – не весь мел, встречающийся на прилавках магазинов, обладает хорошим качеством;

 - отсутствие высоких очевидных показателей указывает на несовершенство процесса производства;

– постоянная работа с мелом вызывает сухость кожи рук и кашель, которые со временем могут перерасти   в заболевания аллергического характера;

 – по своему химическому составу, исследуемые образцы отвечают нормам и не могут отрицательно влиять на здоровье.

б) Наши рекомендации:

  Для уменьшения отрицательных последствий, которые появляются при постоянном контактен с мелом, рекомендуем учителям города и Республики:

      -     во время работы чаще мыть руки со смягчающим туалетным мылом («Глицериновое»,

            «Ланолиновое», «Вазелиновое», «Молочное»);

• после каждой учебной смены смазывать руки увлажняющим кремом для рук;
• стирать мел с доски только влажной тряпкой;
• промывать тряпку как можно чаще;
• использовать мел только хорошего качества.

                                                     БУДЬТЕ ЗДОРОВЫ!

Приложение

Таблица 1.

     Диаграмма 1.

          Таблица 2.

Таблица 3.

Литература

1.Аналитическая химия, С.Д.Бесков, Учпедгиз, 1956г, Москва.

2.Большая советская энциклопедия (I и II том), г.Москва

3.Большая серия знаний (химия). Соврем.педагогика,Москва,2002г.

4.Интернет.

5.Химия. Новое учебное пособие, Издательство Феникс, Ростов на Дону,2004г.

6.Энциклопедия юного химика, Москва.

7.Я познаю мир (химия), «Издательство АСТ», Москва,1999г.