Научно-исследовательская работа по предмету окружающий мир на тему: «Мягкий камень или великий, важный, вездесущий микроэлемент кальций»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное  учреждение гимназия
Конкурс исследовательских и творческих проектов дошкольников и младших школьников « Я- исследователь» 2014 год

Научно-исследовательская работа по предмету окружающий мир
на тему:
«Мягкий камень
или великий,
важный,
вездесущий
микроэлемент кальций»
                                                                           

                                                                 Выполнена
                                                                учеником 4 «Б» класса
                                                                 Айсиным Владиславом
                                                                Научный руководитель
                                                                Горбунова Л.В.








                                 Содержание
I. Введение………………………………………………………....стр.1                                                                                          

II. Глава 1. Теория.                                                
2.1. Мягкий камень……………………………………………......стр.2-3
2.2.Кальций вокруг нас…………………………………………...стр.3-5

III. Глава 2. Экспериментальная работа.
3.1. «Человеческий клей»………………………………………...стр.5-7
         Опыт 1.
3.2. Ионы кальция………………………………………………...стр.8-9
       Таблица продуктов питания, богатых кальцием
3.3. Дефицит кальция…………………………………………….стр.9-10
3.4. Источник кальция……………………………………………стр.10-13
      Опыт 2
3.5. Кальций в жизни растений…………………………………..стр.13-15
       Опыт 3.
3.6. Металлический кальций……………………………………...стр.15-16
3.7. Удивительный кальций. Интересные факты………………...стр.16-19
       Опыт 4.

IV. Выводы………………………………………………………….стр.19

V. Список литературы……………………………………………...стр.20













                                         
                                               ВВЕДЕНИЕ
                                  Актуальность темы

По телевидению часто показывают  рекламный ролик , в котором утверждают, что кальций – это медицинский препарат для здоровья и красоты.
Моя мама дает мне творог на ужин и говорит, что это кальций, необходимый для роста.
Моя бабушка собирает яичную скорлупу для удобрения рассады. Она говорит, что это кальций, в котором нуждаются растения.
А мой папа рассказывал мне, что в таблице Менделеева  есть легкий металл кальций.
Мне стало интересно – так что такое кальций?
Почему он содержится везде, а я про него ничего не знаю?
Это повлияло на выбор темы моей исследовательской работы.

                                       Цель исследования:
Раскрыть великую тайну привычного кальция

                                                   Задачи :
1. Узнать , что такое кальций и где он содержится.
2. Раскрыть все свойства кальция.
3. Выяснить, какую роль играет кальций в жизни человека.
4. Определить значение кальция для растений и других живых организмов.
5. Доказать, что кальций является минералом №1

Объект исследования: кальций
Предмет исследования: влияние кальция на живые организмы и здоровье человека .
Гипотеза: предположим, что кальций  важен и нужен для человеческого организма и для живых существ.
Методы исследования:
1. Практические (наблюдения,опыты)
2. Работа с научной литературой.
3. Работа с Интернет-ресурсами.
4. Анализ полученных данных.


                                             
                                          ГЛАВА I

                                    МЯГКИЙ КАМЕНЬ
Кальций- один из самых распространенных на Земле элементов. Он составляет 3,38 % массы земной коры. Из его солей образованы горные массивы и глинистые породы. Кальций входит в состав всех растительных и животных организмов. Он скрывается на глубине  в тысячи метров и тысячелетиями возвышается над Землей. Современник древних цивилизаций  и соучастник зарождения каждой новой жизни. Римляне называли его «мягким камнем». Свое название кальций получил от латинского слова «calx» ,что в переводе означает – известь («мягкий камень»).
Соединения кальция- это известняк, мрамор и гипс. Известняк ,кстати, был первым строительным материалом, который использовал человек. Из его плит были возведены Египетские пирамиды и Великая Китайская стена. Москву называли «Белокаменной» потому, что многие ее здания были сооружены из известняка
Великая Китайская стена
Москва «Белокаменная»

                                     КАЛЬЦИЙ ВОКРУГ НАС
Соединения кальция содержатся в почве и в природных водах, в животных и растительных организмах.
Карбонат кальция- это неорганическое химическое соединение. Чистый карбонат кальция используется в разных областях промышленности:
- в бумажной промышленности ( для отбеливания бумаги и картона);
- в пищевой промышленности (белый пищевой краситель Е 170);
- в производстве пластмассовых изделий (трубы, линолеум);
- в строительстве (для производства шпатлевки,герметика);
- в стекольной промышленности (посуда, бутылки, стекловолокно);
- в производстве бытовой химии (средства для уборки);
- в производстве товаров личной гигиены (зубная паста);
- в сельском хозяйстве (для восстановления кислотно-щелочного баланса почвы)
Самый известный вариант чистого карбоната кальция- мел.
Человеку карбонат кальция полезен и необходим в умеренном количестве, особенно детям. Кальций служит строительным материалом для костной ткани.
В природе существует три вида карбоната кальция. Они отличаются по форме кристаллов:
-кальцит;
-арагонит;
-фатерит.                                
                                   Кальцит
КАЛЬЦИТ-  одна из природных форм карбоната кальция. Название предложено Гайдиниром в 1845 году. Кальцит самый распространенный минерал, он участвует в строительстве очень многих живых организмов. Он слагает горную породу – мрамор , который используется в строительстве. Из кальцита образуются карстовые пещеры. Его применяют как очистительный фильтр для воды. Этот же кальцит является головной болью домохозяек, образуя белую противную накипь.
Викинги использовали кальцит  для навигации. Они называли его «солнечным камнем» , потому что этот прозрачный кристалл обладает свойствами двойного  преломления луча и может обнаруживать солнце за лучами.
Если на толстый кристалл кальцита направить узкий пучок света, то из кристалла выйдут два луча, параллельных друг другу. В наши дни кальцит используется в оптических приборах.

   Арагонит
                                             

АРАГОНИТ- минерал класса карбонатов кальция. Впервые был найден в Арагоне( Испания) –отсюда и название. Кальцит и арагонит имеют одинаковый химический состав, но отличаются строением кристаллов. Если нагреть арагонит до 470 градусов Цельсия, то он превратится в кальцит.
Арагонит называют «колючим братом» жемчуга и перламутра. Он входит в состав перламутрового слоя раковин многих моллюсков, в экзоскелет кораллов. У некоторых моллюсков вся раковина состоит из арагонита. Арагонитом сложены тончайшие слои жемчуга. Причудливые сталактиты и сталагмиты- это тоже арагонит. Цвет чистого арагонита обычно белый, бывает также желтоватым, серым, зеленоватым, может быть с фиолетовым и зеленым оттенком.

  Фатерит

ФАТЕРИТ- редкий минерал, безводный карбонат кальция. Назван в честь немецкого минеролога Генриха Фатера. Это бесцветный , прозрачный минерал. Входит в состав желчных камней.

                                     ГЛАВА II
                         «ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ КЛЕЙ»
Кальций играет важную роль в процессе жизнедеятельности человеческого организма. Он является пятым жизненно важным для человека элементом. После кислорода, водорода и азота. Кальций участвует более чем в 300 жизненно важных реакциях и процессах организма:
-формирование костей и зубов;
- поддержание сердечного ритма;              
- служит движущей силой в процессе обмена веществ;
-оказывает противовоспалительное действие;
- регулирует работу нервной системы;
-способствует формированию мышечной системы;
- без него невозможны процессы деления клеток и образование белка.
Кальций оказывает глубокое воздействие на человека и его продолжительность жизни. Это самый распространенный микроэлемент в человеческом теле. Его можно назвать «человеческим клеем», ведь без кальция мы превратились бы в желе без костей и зубов. Чтобы доказать это, я провел опыт.
                                                 ОПЫТ 1.
Для опыта мне понадобились:
-куриные косточки;
- стакан;
-9% уксус
Описание опыта
1. Я положил куриные косточки в стакан  и полностью залил их 9 % уксусом.
             2. Наблюдая за косточками, я заметил на их поверхности крошечные пузырьки. Это уксусная кислота вступила в реакцию с содержащимся в  косточках кальцием
3. Через несколько дней я достал косточки из уксуса и промыл их водопроводной водой. Косточки стали мягкие, словно резиновые. Они с легкостью сгинались и пружинили.

Вывод:
кальций ,содержащийся в костях ,делает их крепкими и прочными. Он, как цементом, скрепляет белковую систему костей.
   ИОНЫ КАЛЬЦИЯ
Ионы кальция имеют размеры, позволяющие входить в клетку, неся с собой  цепочку питательных элементов. В течение всей жизни  ионы кальция вместе с другими микроэлементами помогают возобновлять обмен веществ в организме человека. 99% кальция, который есть в организме, находится в костях, зубах, ногтях и волосах. Но самую важную и главную роль минерал играет в другом месте. Это 1% кальция, который находится в межклеточном пространстве, т.е. циркулирует в крови во всех жидкостях организма. У этого кальция есть три важных задачи:
- Сокращение мышц.
Когда кальций входит в мышечные клетки-  они сокращаются. Когда кальций выходит из них- они расслабляются. Так происходит движение мышц. Бьется сердце, мы двигаемся, моргаем – это все благодаря тому, что миллиарды ионов кальция входят и выходят из клеток.
2. Питание клетки.
Все клетки находятся в межклеточном пространстве. И питательные вещества попадают в клетку из межклеточного пространства. Но природа устроила все таким интересным образом, что никогда питательное вещество не может самостоятельно попасть в клетку без транспортной системы. Вот такой транспортной системой и являются ионы кальция. Они заносят в клетку питательные вещества. Человек может есть витамины килограммами, но если нет ионов кальция, то питательные вещества будут ходить вокруг и около клетки. Человек будет каждый день кушать и умрет от голода, потому что клетки в его организме не будут насыщаться.
3. Прохождение нервного сигнала (нервного импульса).
Мозг в организме человека главный «командир», от которого идут  сигналы (нервные импульсы) . Нервное волокно ,которое пропускает нервный импульс, оно не идет непрерывно. У этого волокна есть такие участки- синупсы. Они , как лужицы, которые нужно перепрыгнуть. Так вот, благодаря ионам кальция нервный импульс перепрыгивает через синупсы и идет дальше по нервному волокну.
Ион кальция уникален- он действует как спрут, соединяясь с вредными веществами( например, с радионуклеидами), выводит их из организма. Поэтому 1% кальция организм каждый день выбрасывает наружу. А восполнять мы его должны с едой.
(см. таблицу продуктов питания богатых кальцием).

                                   ДЕФИЦИТ КАЛЬЦИЯ
Сегодня кальций называют минералом №1, потому что наша суточная потребность в нем в тысячи раз превышает потребность в любом другом минерале. Кальций очень трудно усваивается. Для его усвоения требуется физическая нагрузка и витамин D, который  вырабатывается под солнечными лучами. В организме взрослого человека содержится примерно 1200 гр кальция. 90% этого вещества находится в костях. Минеральный состав костной ткани обновляется . У растущих детей скелет полностью обновляется за 1-2 года , у взрослых за 10-12 лет. У взрослого человека за сутки из костной ткани выводится до 700мг кальция и столько же откладывается вновь.
Количество кальция, который содержится в крови, может снижаться. Чаще всего это происходит при соблюдении диет. Тогда кровеносная система автоматически заимствует его из костной ткани. Кальций активно покидает костную ткань. В результате снижается плотность костной ткани- она истончается. Это приводит к дефициту кальция.
                                             Дефицит кальция- причина белее 150 болезней. Главная среди них- остеопороз. Четвертое по распространению заболевание на Земле. Остеопороз- это заболевание скелета, которое приводит к хрупкости костей и высокому риску переломов. Кости становятся настолько тонкими, что ломаются под тяжестью веса тел
ИСТОЧНИК КАЛЬЦИЯ
Идеальным источником кальция признана яичная скорлупа. По своей структуре она очень близка к кальцию, из которого состоят зубы и кости человека. Скорлупа куриных яиц состоит на 90% из кальцита- кристаллов карбоната кальция. При этом она содержит все необходимые для организма человека микроэлементы: медь, фосфор, фтор, железо, цинк и др.- всего 27 элемент
В среднем  скорлупа куриного яйца весит 5 граммов, из них 2 грамма приходится на кальций. Формирование скорлупы длятся 16 часов.
2гр=2000мг
2000мг:16час=125 мг/час
Таким образом организм курицы должен вырабатывать 125 мг кальция в час. Где же курица берет остальной необходимый кальций? Может быть из пищи? Нет. В организме курицы есть дополнительный резерв кальция, находящийся в скелете. Это тонкие осколки костей, которые развиваются в серединных полостях куриных костей. Эти косточки есть у всех птиц самок и совершенно отсутствуют у самцов. В момент кальцинирования скорлупы эти запасные косточки рассасываются и высвобождают кальций, который идет на строительство скорлупы. Позднее кости восстанавливают эти затраты при помощи пищи.
Для людей до сих пор остается загадкой, как кальций образуется в организме курицы всего за сутки? А пока ученые ломают над этим голову, я проведу опыт.

                                             ОПЫТ 2.
Для опыта мне потребуется:
-сваренное вкрутую яйцо;
- стакан;
-уксус 9%
Описание опыта
1. Я поместил куриное яйцо в стакан с 9% уксусом. Яйцо оказалось в кислой среде и сразу покрылось пузырьками. Это уксусная кислота атаковала карбонат кальция, содержащийся в скорлупе.
                                             
2. Наблюдая за яйцом, я заметил, что через какое-то время яичная скорлупа изменила свой цвет. А через 2 дня она полностью растворилась. В стакане с уксусом плавало очищенное яйцо.

                                               
3.Через 3 дня я достал куриное яйцо из стакана и промыл его водопроводной водой . Попробовал надавить на него. Яйцо стало упругим. Проверил, как оно будет отскакивать от твердой поверхности. Получился резиновый мячик из яйца.

Вывод: произошла реакция уксусной кислоты с кальцием. Под воздействием уксуса, из которого состоит скорлупа, растворяется и исчезает в виде пузырьков газа. Уксусная кислота атакует кальций.
А белок и желток под воздействие кислой среды денатурировали, т.е. изменили форму белковых молекул (обычно , денатурация белка происходит при температуре, когда яйцо варится).

                КАЛЬЦИЙ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ
Кальций- жизненно необходимый элемент для всех растений. Он содержится во всех растительных организмах. Прежде всего кальций необходим растениям для правильного развития листьев, поэтому в зеленых листьях растений его содержится больше. Значит он играет важную роль в фотосинтезе- способствует передвижению углерода.
кальций необходим также для корней, побегов и плодов растений. При недостатке этого минерала на корнях перестают образовываться волоски, через которые в растение попадают питательные вещества и  вода. Корни загнивают, прекращается рост стебля, листья обесцвечиваются и закручиваются кверху, отмирает верхушка побегов. Затем опадают листья и завязи.
Больше всего кальция потребляют капуста, клевер, люцерна, гаванский табак, горох и кактусы. Меньше всего требуется бесхлорофилльным цветковым растениям. Простейшие незеленые растения (грибы) могут обходиться совершенно без кальция.
                                               
Минерал важен для растений не только тем, что он входит в состав их тела. Необходимо ,чтобы кальций был в достаточном количестве в почве. Он влияет на ее плодородность, регулируя водный баланс почвы и улучшая ее состав.
В природе растения редко испытывают недостаток в этом элементе. А комнатные растения всегда нуждаются в кальции. Чтобы убедиться в этом, я провел опыт по удобрению почвы кальциевой селитрой.


                                         ОПЫТ 3
 Для опыта мне потребуется:
-комнатное растение фикус;
- удобрение для комнатных растений аммиачная селитра;
-удобрение кальциевая селитра
Описание опыта
1. Фикус , у которого начали обесцвечиваться и опадать листья , я полил водой с добавлением удобрения аммиачная селитра.
2. Через несколько дней , наблюдая за растением, я не увидел никаких изменений.
3. Тогда я добавил в почву кальциевую селитру. Через несколько дней , поливая и наблюдая за растением , я заметил, что листья фикуса приобрели яркий окрас, а опавших листьев на подоконнике не было.

                                            Вывод: удобрение почвы аммиачными солями является бесполезной тратой времени. А вот внесение в почву кальциевой селитры устраняет кальциевое голодание растений. Потому что кальций дает растению возможность пользоваться аммиачными солями, которые входят в состав удобрения.
МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КАЛЬЦИЙ
Кальций не так прост, как кажется. Помимо тех форм, о которых я рассказал выше, этот микроэлемент существует в нашем мире еще и в виде металла.
Первым металлический кальций получил английский химик Хэмфри Дэви. В 1808 году он произвел электролиз смеси влажной гашеной извести с оксидом ртути. В результате химик получил новый металл, который назвал кальцием. В таблице Менделеева этот элемент обозначается символом СА с атомным номером 20. Это мягкий, легкий металл серебристо-белого цвета. Он даже легче такого невесомого металла как алюминий. Температура плавления кальция 851 градус Цельсия, температура кипения 1480 градусов Цельсия.
Металлический кальций пластичен, хорошо прессуется, куется, вытягивается в проволоку и обтачивается на токарном станке. Но кальций химически активный металл. Он взаимодействует с кислородом, углекислым газом и воздухом. Поэтому при комнатной температуре металлический кальций покрывается тускло-серой пленкой. Вот почему хранить его следует в герметично закрытом сосуде под слоем парафина и керосина.
Если нагреть кальций на воздухе или в кислороде, то металл воспламеняется и сгорает ярко-красным пламенем. А если поместить металлический кальций
в воду, он начинает бурно вытеснять водород, а вода становится мутной.
Металлический кальций применяют в металлургии для получения чистого урана, титана, циркония, цезия и др. Также его применяют в сплавах , например, идущих для изготовления подшипников.
До середины XX века металлический кальций производили в малых количествах. С развитием атомной промышленности, где используется кальций , спрос на элемент №20 увеличился. Его производство возросло. Сегодня основным производителем металлического кальция являются Китай, Россия, Канада, Франция.
Очень интересен процесс подготовки металлического кальция к хранению. Металлический кальций сохраняют в течение длительного времени в виде кусков массой от 0,5 до 60 кг. Эти «чушки» упаковывают в бумажные мешки, а затем помещают в железные оцинкованные емкости с пропаянными краями и прокрашенными швами. Плотно закрытые емкости укладывают в деревянные ящики . Куски весом менее полутора килограммов долго хранить нельзя. Они окисляются и превращаются в карбонат кальция        

УДИВИТЕЛЬНЫЙ КАЛЬЦИЙ
               ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ
-Рекордсменом по содержанию кальция является мак- в 100 граммов маковых зерен содержится почти 1500 мг кальция!
-Американские ученые выяснили, что недостаток кальция в крови приводит к ослаблению памяти и снижению интеллекта.
-Чтобы понять, как много потребляется соединений кальция, приведу два примера. При производстве стали известь используют для удаления фосфора , марганца и серы. На тонну стали расходуется 75 кг извести! В пищевой промышленности при производстве сахара для охлаждения сахарата кальция проводят реакцию сырого сахарного сиропа с известью.  Тростниковый сахар обычно требует 3-5 кг извести на тонну, а свекловичный сахар – в сто раз больше, т.е. около полутоны извести на тонну сахара!
-В сельском хозяйстве используется циамид кальция. С помощью него удалось  механизировать уборку хлопковых полей. После обработки этим соединением хлопчатник моментально сбрасывает листву. Это позволяет людям предоставить сбор хлопка машинам.

-Хлорид кальция используется в холодильных установках. Он является отходом при производстве соды. А так же потребление хлорида кальция
значительно уступает его производству, то около заводов, производящих соду, образуются целые озёра из рассола хлорида кальция.
-А на юго-западе Турции расположены интересные термальные источники. Вода, стекающая со склонов горы, образует систему причудливых водоемов с известняковыми стенами. Ослепительно белые террасы возникли на склоне в результате отложения солей из насыщенных кальцием источников. Это место называется Памуккале , в переводе с турецкого «хлопковая крепость»


-В одном из библейский преданий говорится, как пророк Моисей , исчерпав все иные аргументы в споре с фараоном, совершил чудо, превратив жезл в извивающуюся змею.. Фараон был посрамлен и напуган, Моисей получил разрешение покинуть Египет, а мир получил  очередную загадку.
Шли века, алхимия постепенно превращалась в науку химию. Наконец, химикам XIX века удалось придумать нечто похожее на чудо «фараоновой змеи». Сегодня «фараоновой змеей» называют целый ряд реакций , которые сопровождаются образованием пористого продукта из небольшого объема реагирующих веществ.
Проведу опыт «фараонова змея» с глюконатом кальция
ОПЫТ 4
Для опыта мне понадобится:
-таблетки глюконата кальция;
-газовая зажигалка;
-пинцет
Описание опыта
1. При помощи газовой зажигалки я поджег сухое горючее. Затем, используя пинцет,  положил таблетки глюконата кальция на сухое горючее.2. Через несколько секунд началось термическое разложение таблеток.
3. Наблюдая за опытом , я увидел как из таблеток выползает серая «змея», объем которой превышает объем исходного вещества. По консистенции «фараонова змея» напоминает кукурузные палочки. Она хрупкая и легко рассыпается.


Вывод: 
газы, которые выделяются при сгорании таблеток глюконата кальция , заставляют  «змею» вспениваться. После этого происходит затвердение вещества.


                                ВЫВОД
За время написания исследовательской  работы, я ознакомился с научной литературой и провел несколько опытов. В результате мною был сделан вывод: кальций-источник жизни! Он играет важнейшую роль на каждом этапе развития человека – с момента рождения и до самой старости.
Кальций многолик и вездесущ! Это самый работящий минерал! Он, как заправский  трудоголик, работает без устали на нескольких работах, что со счету можно сбиться.
Среди своих собратьев этот минерал занимает особое место. Кальций- это король биологических веществ!

                                             СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Г.Н. Буслаева Значение кальция для организма.
2.Г.Н. Буслаева Педиатрия Medicum, 2009, №3
3. Б.Л.Смолянский Лечебное питание,- ЭКСМО, 2010
4. Энциклопедический словарь Ф.А.Брокгауза и И.А. Ефрона
5. Геологический словарь в 2-х томах,Москва, 1978
6. Н.А.Доронин Кальций ,Госхимиздат,1962