Ученический проект. Исследование образцов (проб) глин юго-восточной части Каширского района (окрестность посёлка Богатищево).

Учебный проект

Авторы проекта

Галицына Анастасия Андреевна, Бачманова Надежда Владимировна, Хрисанфов Николай,  – учащиеся 10 класса.

Руководитель проекта

Притуло Татьяна Владимировна – учитель химии

Консультанты проекта

Артамонова Алевтина Евгеньевна, Болотова Ольга Леонидовна

Название проекта

Исследование образцов (проб) глин юго-восточной части Каширского района (окрестность посёлка Богатищево).

Этапы проекта

Оглавление

1. Основные положения проекта.
2. План выполнения проекта

Аннотация.

  Тема данного проекта является актуальной не только для учащихся нашей школы, но и для жителей посёлка.

Изучение свойств и перспектива использования местных полезных ископаемых имеет большое значение для нашего социума – отсутствие производств,  а  следовательно и рабочих мест, ставит в трудное положение всех, проживающих на территории посёлка. В масштабах страны эту проблему можно ассоциировать с проблемой рационального использования полезных ископаемых для экономического роста конкретной территории.

             Работа по теме проекта предлагает учащимся изучение широкого круга вопросов, связанных с историей использования человеком удивительного природного материала – глины, её разнообразия, свойств и  технологий современного применения. Самостоятельный отбор материала, его анализ, обработка результатов, и сама исследовательская деятельность, а так же работа в творческой лаборатории позволяют учащимся расширить свои знания и кругозор.

           Во время работы над проектом было изучено достаточно широкий спектр вопросов и проведен анализ разносторонней информации, а именно:

- образование и химический состав глин;

- физические и химические свойства данного природного материала;

- история использования глины человеком;

- применение глин в различных отраслях деятельности.

             Для успешного осуществления проектной деятельности учащиеся объединялись в творческие рабочие группы, специализирующиеся на

1. Нахождении и отборе информации о глинах;
2. Выборе мест и отборе проб глины для исследовательской части проекта;
3. Работе над методиками исследований и проведения самих исследовательских экспериментов в химической лаборатории школы;
4. Оформлении результатов исследовании в виде таблицы и формулировании выводов и рекомендации о применении местных глин;
5. Работе в творческой лаборатории по изготовлению изделий из глины.

Основные положения проекта

Проблема проекта.

Можно ли местные глины использовать для применения в производстве керамических изделий и в других видах деятельности?

Актуальность проблемы:

Использование местных природных ресурсов для активизации производственной и других видов деятельности на территории муниципального образования с целью создания новых рабочих мест.

Цель проекта:

Основываясь на данных исследования местных глин, сделать выводы о возможности их использования в различных видах деятельности. Выводы проверить в творческой лаборатории.

Задачи проекта:

Собрать как можно больше информации

- о происхождении глин;

- о многообразии видов и свойств различных глин;

- о истории использования человеком данного природного материала;

- о современных технологиях использования глин различных отраслях деятельности;

- Провести лабораторные исследования местных глин с целью выяснения их свойств и перспектив применения в практической деятельности;

- в творческой лаборатории создать изделия из местных глин.

Почему нужен и важен этот проект?

Мы живём на этой земле и должны знать о ней как можно больше, чтобы разумно использовать её богатства.

Зачем?

Выработать рекомендации по практическому применению глин, залегающих в районе нашего посёлка.                    

                                               « Не будем считать ограниченными средства

                                              Природы! С помощью человеческого искусства

                                               Они могут быть безграничными.»

                                                                                                  Ж. Ламетри

План выполнения

1. Определение темы и целей проекта.

2. Планирование работы:

а) определение источников информации;

б) определение способов сбора и анализа информации;

в) определение способов представления результатов;

г) определение процедур и критериев оценки результатов;

д) разделение задач;

3. Исследование:

а) сбор информации об объекте исследования, решение промежуточных задач;

б) определение методик выполнения экспериментов с объектом исследований;

в) экспериментальная часть;

г) выполнение творческих работ.

4. Результаты и выводы:

а) анализ информации, полученной в результате исследований;

б) формулирование выводов.

5. Представление:

Презентация и творческие работы.

Практические шаги

- сбор информации о глине;

- поиск пластов глины в окрестностях посёлка Богатищево;

- отбор проб для исследовательской части работы ;

и изготовления из них изделий в творческой лаборатории.

Информационная часть проекта

Выявление новых запасов полезных ископаемых – важнейшая  народнохозяйственная задача в любой стране.

1. Сейчас просторы нашей огромной планеты всё ещё татя в себе массу неразведанных полезных ископаемых, минералов. Их поиск не только может принести пользу, но  и доставить удовольствие, а знания в в этой сфере позволят  расширить  кругозор, побольше узнать об увлекательно мире минералов свой Родины, Земли.

Немного истории.

 История глины довольно занимательна и интересна. Пожалуй, она начинается с легенд о сотворении мира. И первая легенда касается появления человека, ведь как известно, первого человека – Адама – Бог вылепил именно из глины, а потом вдохнул в него жизнь. Возможно, как раз по этой  причине очень долгое время фигурки богов лепили именно из глины, а уже затем стали делать из камня.

 Будучи материалом пластичным, глина использовалась практически во всех сферах и областях жизни.

Глины.

 Глины – важные и необходимые  для многих  отраслей народного хозяйства полезные ископаемые.

 Глина – широко распространённая горная порода.  Глина представляет собой горную породу, очень сложную и непостоянную как по составу входящих в неё минералов так и по физическим  технологическим свойствам.

 Глины – продукты выветривания горных пород, по химическому составу – алюмосиликаты, главные составные части которых – глинозём (Аl2O3) и кремнезём(SiO2).

 Например, основная составная часть глины – каолинит – образуется в природе  из ортоклаза под действием воды и углекисло газа:

 К2О Аl2O3  6 SiO2  +CO2 +  хН2О = Аl2О3  2SiO2  2Н2О + 4SiO2 +уН2О + К2СО3.

При этом вместе с каолинитом образуется поташ и кварц. Глина – это вторичный продукт земной коры, осадочная горная порода, образовавшаяся  в результате разрушения скальных горных пород в процессе выветривания. В нашем районе глины и суглинки  классифицируются как отложения после  ледникового периода,  которые выходят на поверхность по долинам рек и оврагам. В период долгой геологической жизни первичные породы подвергаются воздействию многообразных сил природы, которые перерабатывают их в новые породы, резко отличающиеся от материнских. Если такая переработка происходит на поверхности земли или «в непосредственной близости от нее», возникают новые породы - осадочные (пески, глины, известняки, гипс и др.). Если они перерабатываются в глубинных частях земных недр при высоких температурах и больших давлениях, образуются метаморфические породы (гнейсы, сланцы, кварциты и др.).

 Глины относятся к осадочным породам. Образование глин, как и других осадочных пород, связано с двумя процессами: химическим разложением исходных (материнских) пород и физическим их разрушением. В природе эти процессы происходят не обособленно, а совместно. Силы, разрушающие твердые породы и превращающие их в рыхлые осадочные породы, объединяются под общим геологическим названием «выветривание».

Различают три вида выветривания: физическое, химическое и органическое. Физическим выветриванием называется механическое разрушение (дробление) горных пород без изменений их химического и минерального состава.

 Химическое выветривание заключается в разложении горных пород с образованием новых химических и минеральных веществ. Интенсивность процесса химического выветривания находится в прямой зависимости не только от минерального состава разлагающейся породы и внешних условий, но и от степени ее механического разрушения. Химические реакции протекают быстрее, легче и полнее при малом размере частиц. Наряду с этим химическое разложение само ускоряет процесс механического разрушения.

 Химическое выветривание вызывают газы (и прежде всего атмосферный воздух), вода и растворенные в ней соли. Проникая по трещинам в горные породы, вода, насыщенная кислородом, углекислотой и другими веществами, разлагает встречающиеся ей по пути минералы, растворяет и уносит одни химические элементы и отлагает в породах другие.

 Из «глинистых» минералов наиболее изучен каолинит. Он представляет собой соединение окиси кремния, окиси алюминия и воды. Кристаллы его при рассмотрении под микроскопом имеют форму мелких пластинок или чешуек. Каолинит образуется в результате поверхностного химического выветривания в кислой среде как магматических, так и метаморфических и осадочных – пород, содержащих преимущественно слюду и полевой шпат. Особенно чистые каолиновые глины образуются при химическом выветривании гранитов, пегматитов, аплитов и др. Каолинитам сложены глины очень ценной белой разновидности – каолин и некоторые огнеупорные глины.

Свойства глин.

 Свойства глин целиком зависят от их химического и минерального состава, а также от величины составляющих их частиц. Уже одни эти факты указывают на важнейшие свойства глин.

Важнейшими свойствами глин являются:

1. способность в смеси с водой образовывать тонкие «взвеси» (мутные лужи) и вязкое тесто;
2. способность набухать в воде;
3. пластичность глиняного теста, т.е. способность его принимать и сохранять любую форму в сыром виде;
4. способность сохранять эту форму и после высыхания с уменьшением объема;
5. клейкость;
6. связывающая способность;
7. водоупорность, т.е. способность после насыщения определенным количеством воды не пропускать через себя воду.

Разновидности глин.

 Наиболее ценным для народного хозяйства являются следующие разновидности глин:

 Каолин – глина белого цвета. В основном он состоит из минерала каолинита. Обычно менее пластичен по сравнению с другими белыми глинами. Он является основным сырьем для фарфорово-фаянсовой и бумажной промышленности.

 Огнеупорные глины. Для этих глин характерен белый и серо-белый цвет, иногда со слегка желтоватым оттенком. При обжиге они должны выдерживать без размягчения температуру не ниже 1580°. Основными образующими их минералами являются каолинит и гидрослюды. Пластичность их может быть различной. Используются эти глины для производства огнеупорных и фарфорово-фаянсовых изделий.

 Кислотоупорные глины. Эти глины представляют собой разновидность огнеупорных глин с небольшой примесью железа, магния, кальция и серы. Используются для химических фарфорово-фаянсовых изделий.

 Формовочные глины – разновидность огнеупорных глин, обладающая повышенной пластичностью и повышенной связующей способностью. Они применяются в качестве связующего материала при изготовлении форм для металлургического литья. Иногда для этих целей применяются также тугоплавкие глины (при обжиге менее устойчивые, чем огнеупорные) и даже легкоплавкие - бентонитовые глины.

 Цементные глины обладают различным цветом и разным минеральным составом. Вредной примесью является магний. Применяются эти глины для получения портланд-цемента.

 Кирпичные глины – легкоплавкие, обычно со значительной примесью кварцевого песка. Их минеральный состав и цвет могут быть различными. Применяются эти глины для производства кирпича.

 Бентонитовые глины. Основным образующим их минералом является монтмориллонит. Цвет их различный. Они сильно набухают в воде. Обладают более высокой  отбеливающей способностью, чем другие глины. Применяются эти глины для очистки нефтепродуктов, растительных и смазочных масел, при бурении скважин, а иногда, как отмечалось ранее, - при изготовлении литейных форм.

 В промышленности и технике нередко применяются и другие разновидности глин: гончарные, черепичные, сукновальные, керамические, буровые, фаянсовые, фарфоровые, капсельные, строительные, красочные и т.п. Однако эти названия практически не характеризуют особых свойств глин.

 Не все разновидности глин встречаются повсеместно. Некоторые разновидности их залегают только в отдельных, немногих районах. Между тем спрос на них очень большой, а потребители (заводы, стройки и т.д.) нередко удалены от места добычи на многие сотни и даже тысячи километров. В таких случаях дальние перевозки глины становятся неизбежными.

 К наиболее редко встречающимся глинам относятся прежде всего высокосортные бентонитовые глины и все разновидности белых глин – каолины, фарфоровые, фаянсовые, огнеупорные, формовочные и  кислотоупорные. Именно на поиски этих редких разновидностей глин должно быть обращено наибольшее внимание.

Области применения глин.

 Глины относятся к минеральному сырью массового потребления. Они, как уже отмечалось, используются в самых разнообразных отраслях народного хозяйства, для самых различных целей. Наибольшее народнохозяйственное значение имеют следующие области промышленного применения глин:

Керамика.

 Керамика является одной из самых древних форм освоения человеком минеральной природы. Ученые установили, что наиболее древние керамические изделия из нильского ила относятся к веку до нашей эры, иначе говоря, насчитывают свыше 13 000 лет. На Европейском континенте обнаружена посуда еще более раннего времени, сделанная человеком ледникового периода, насчитывающая свыше 15 000 лет.

 В России художественная керамика имеет свою богатую историю. При раскопках близ Керчи найдены глиняные сосуды и статуэтки, относящиеся  к IV-VI векам нашей эры. В средние века керамика становится излюбленным декоративным материалом строителей древнерусских соборов во Владимире, Суздале, Новгороде и др. Замечательные образцы художественных изразцов, относящиеся примерно к XV и XVI векам, можно еще сейчас видеть в соборах Василия Блаженного в Москве и в Коломенском под Москвой.

 С развитием фарфорового производства и художественной керамики развивалось производство и других видов керамических изделий и прежде всего строительных материалов: кирпича и черепицы, огнеупорного припаса, посуды и т.п. Современная керамическая промышленность России представляет собой передовое крупное машинное производство. Она объединяет большое количество фабрик и заводов, выпускающих изделия различного технического назначения.

 В настоящее время сырьем для производства керамических изделий служат не только глины, но и такие горные породы, как тальк, пирофиллит, магнезит, доломит, корунд, диаспор, кианит и др. Однако глины продолжают занимать среди них первое место.

 Наиболее крупные и важные для народного хозяйства отрасли керамической промышленности следующие:

- производство огнеупорного припаса (кирпича, брусьев, тиглей и т.д.) играет в народном хозяйстве чрезвычайно большую роль. Особенно необходимы огнеупоры в черной и цветной металлургии, цементном производстве, стекольной, тонкокерамической и химической промышленности.

 Огнеупорные изделия из глины, в зависимости от исходного сырья и содержания в них окиси алюминия (глинозема), делятся на шамотные и полукислые.

 Таким образом, основным сырьем для производства шамотных и полукислых огнеупоров является огнеупорная глина, выдерживающая температуру не ниже 1580°. Иногда в качестве такого сырья применяется также каолин.

- Фарфорово-фаянсовое производство (тонкая керамика) является вторым крупным потребителем керамических глин. Изделия из фарфора и фаянса отличаются от других керамических изделий белым черепком. Разница между фарфором и фаянсом заключается в степени пористости черепка: пористость фаянса от 10 до 14%, пористость же фарфора не превышает 0, 5%.

 Основным сырьем для тонкой керамики служит каолин.

Очень важно, чтобы в каолине и других минералах – составных частях фарфоровых и фаянсовых масс – было как можно меньше железа, примесь которого не только снижает общую белизну черепка, но и образует на нем черные пятна и точки («мушки»), значительно обесценивающие изделия. Содержание соединений железа в глинах, используемых в производстве художественного фарфора, не должно превышать 0, 5-0, 9%.-

-3 Кирпичное производство – самый крупный потребитель глин. Оно не представляет к сырью особо строгих требований. Для выработки обычного строительного кирпича применяются широко распространенные легкоплавкие песчанистые («тощие») глины любого цвета. Месторождения таких глин встречаются почти повсюду, и на них базируется большое количество местных кирпичных заводах.

 - Производство «каменного товара» включает в себя изготовление канализационных труб, стеновых и половых плиток, химической посуды и т.д.

- Гончарная посуда ( кувшины, кринки, миски, горшки и т.д.) изготовляется главным образом кустарным способом, вручную. Для изготовления ее применяются железистые, не очень жирные, преимущественно тонкозернистые глины.

-Производство цемента.

 Портланд-цемент представляет собой тонко размолотый порошок, полученный из обожженной при температуре 1450-1500° смеси глины и известняка (с небольшой добавкой гипса).

- Глинит-цементом называется порошок, полученный путем совместного помола обожженной глины при температуре 750-900°, сухой гашеной извести и гипса в соотношении 80: 20: 2.

-Изготовление литейных форм.

 Литье изделий из черных и цветных металлов производится в специальных формах. Эти формы готовятся из смесей, материалом для которых служат кварцевый песок и глина. Глина играет роль связующего материала, так как один кварцевый песок, не обладая пластичностью и связующей способностью, не дает прочных форм.

-Бурение скважин.

 За последние годы глины стали широко использоваться при бурении разведочных и эксплуатационных скважин. Глинистый раствор выполняет чрезвычайно важные функции, а именно: а) образует на стенках скважины тонкую непроницаемую для воды пленку, препятствующую проникновению жидкости через поры и трещины в окружающие породы; б) укрепляет стенки и тем предохраняет их от обвалов; в) предотвращает возможность газовых выбросов из скважины и проникновение в них подпочвенных вод. Помимо того, раствор глины охлаждает буровую коронку, которая сильно нагревается при вращении.

 -Очистка нефтепродуктов, органических масел и жиров.

 Некоторые глины обладают высокой адсорбционной способностью и применяются для обесцвечивания (отбеливания) различных минеральных и органических веществ (керосина, бензина, растительных масел, животных жиров, фруктовых соков и т.п.). Это объясняется тем, что кристаллы глинистых минералов имеют сильно разветвленную поверхность: суммарная площадь частиц, заключенных в 1г глинистого материала, достигает нескольких сот квадратных метров! Кроме того, на поверхности глин есть активные центры адсорбции – гидроксильные группы, атомы кислорода и некоторых других элементов. Все это способствует адсорбции полярных и неполярных молекул. Они впитывают в себя различные загрязняющие примеси, слизь, смолу, пигменты и пр. Для этой цели пригодны глины, состоящие преимущественно из минерала монтмориллонита (бентонитовые и так называемые суббентонитовые). Некоторые из них хорошо отбеливают без всякой предварительной обработки, другие нуждаются в ней и обрабатываются серной кислотой. Пригодность глины для отбелки обычно определяется опытным путем, так как отбеливающая способность ее зависит не только от природы самой глины, но и от условий, в которых ведется очистка, и от вещественного состава отбеливаемого материала.

-Бумажная промышленность.

 Эта отрасль промышленности использует белую разновидность глины – каолин. Она потребляет до 35% всей добычи каолина. Его вводят в бумажную массу в качестве наполнителя для того, чтобы усилить белизну бумаги и сделать ее более плотной и гладкой. Мельчайшие частицы каолина, заполняя промежутки между древесными волокнами, из которых вырабатывается бумажная масса, резко повышают качество бумаги.

 Основными требованиями бумажной промышленности к каолину являются белый цвет и отсутствие крупных зерен кварцевого песка. Крупные зерна портят не только бумагу, но и дорогостоящие агрегаты, на которых она вырабатывается.

-Резиновая промышленность.

 Эта отрасль промышленности также применяет каолин в качестве наполнителя. Введение его в каучук повышает механические свойства резины. Для производства резиновых изделий важно, чтобы частицы каолина были наименьших размеров и чтобы в нем отсутствовали крупные зерна кварцевого песка. Из примесей для данного производства вредными являются железо, сера, медь и марганец. Содержание влаги в каолине в данном случае не должно превышать 0, 5%.

-Производство красок.

 Эта отрасль производства использует тонкозернистые железистые глины, из которых вырабатываются краски желтого, коричневого и красного цвета. Хорошо всем знакомые охра, мумия и умбра готовятся из таких глин. -Химическая промышленность.

 В числе многих других важнейших продуктов химическая промышленность вырабатывает для очистки воды сернокислый алюминий. Производство его заключается в кипячении с серной кислотой глины, прокаленной при температуре 650° и раздробленной до 2мм. Для получения сернокислого алюминия наиболее пригодны «жирные» глины с минимальным содержанием песка.

-Алюминиевая промышленность.

 Эта отрасль промышленности применяет для получения некоторых алюминиевых сплавов разновидность глин – каолин. В будущем в данной отрасли промышленности наряду с каолином, несомненно, найдут широкое применение и другие белые глины. В настоящее время уже разработаны эффективные методы получения из маложелезистых глин чистого глинозема, пригодного для изготовления металлического алюминия.

-Искусство.

 Пластичные зеленые, серо-зеленые и серые глины широко применяются в скульптуре. Обычно все скульпторы первоначально – создают свои произведения из глины с последующей отливкой их из гипса или бронзы. Только в редких случаях глиняный оригинал подвергается обжигу. Обожженная, не покрытая глазурью глиняная скульптура называется «терракотой», глазурованная – «майоликой».

Прочие мелкие потребители.

- Имеется еще много отраслей промышленности, применяющей глины. К ним относятся, например, мыловаренная, парфюмерная, текстильная, абразивная, карандашная и ряд других.

 Глины, кроме того, широко используются и в быту, особенно в сельском хозяйстве: для кладки печей, глинирования токов, побелки стен и пр. Большие перспективы имеет применение набухающих глин бентонитового типа при постройке плотин, водохранилищ и других подобных сооружений.

-Чудесные свойства глины.

 Еще одна область применения глины – медицина. Глина обладает немалым списком целебных свойств и при определенных условиях способна буквально поглощать болезни. С давних времен люди знали, что в глине нет бактерий, и то, что она убивает токсины, запахи, газы и болезнетворные бактерии. Ей спасались при различных отравлениях, эпидемиях, мышечных болях и кожных заболеваниях, принимая внутрь и используя наружно.

 Очень важное свойство глины – это радиоактивность. Радий главный радиоактивный элемент, содержащийся в глине. Это очень редкий элемент, имеющий большую силу. Отмечено, что чем дольше держать глину, используемую для терапии на солнце, тем больше она будет содержать полученного от него радия, выгоняющего из нашего организма все, что гниет, разлагается и ведет к клеточной дезорганизации (опухолям и т.п.). Благодаря своей радиоактивности глина – лучший естественный стерилизатор. Глина обладает антибактериальным действием. Используют глину в виде мазей, паст, растираний, лечебных ванн, водных растворов, порошков, аппликаций на больные места и т.д.  

 Помимо замечательных свойств общеукрепляющего и оздоровительного действия, глина является еще прекрасным косметическим средством.

 Известно, что глина бывает разных оттенков. Самые распространенные это белая, которую еще называют каолин, голубая и зеленая – их чаще всего можно встретить на прилавках магазинов в чистом виде. А более редкие, красная, желтая и серая глины, обычно уже входят в состав некоторых косметических средств, таких как маски, шампуни и зубные пасты, и практически не встречаются в продаже в чистом виде. Каждый ее вид имеет свои специфические свойства и используется для различных целей в медицине и косметологии.

 Химиками получен  новый материал, который почти на 98% состоит из воды. От 2 до 3% массы составляет глина. Кроме того, в формулу вещества входят загуститель и органические компоненты.

Структура материала напоминает стопку тонких листов, склеенных между собой. Листы образованы из смеси глины и воды, а необходимые для формирования тонкого слоя свойства смеси придаёт загуститель.

Свойства нового материала обеспечиваются нековалентными связями между составляющими его молекулами. К этому типу связей относятся водородные связи, электростатические взаимодействия заряженных групп, межмолекулярные силы, гидрофобные взаимодействия и другие. Преимущества нового вещества – отсутствие в составе нефтепродуктов и дешевизна.  

Отбор проб глин для исследования.

Район поиска: окрестности поселка Богатищево.

Для поиска использовались внешние признаки, указывающие на наличие месторождений глин – обилие ручьев и родников по берегу реки Б. Смедова и оврагам. Это связано с водонепроницаемостью глины. Они указывают на залегание её недалеко от поверхности. Для надёжного осмотра обнажений произвели их расчистку. Без особых затруднений распознали глину. Для этого небольшой кусок породы слегка размяли между пальцами. Порода не рассыпалась на отдельные зёрна, как это бывает с песком, прилипала к коже и, легко поддаваясь даже слабому нажиму руки, принимала и сохраняла приданную ей форму. Пластичность и податливость глины резко отличают ее от других осадочных пород, например от известняка.

           В трех местах – на обрывистом берегу речки Б. Смедова (проба №1) и на склонах двух оврагов: у деревни Срезнево (проба №2) и  д. Любилово (проба №3) был произведен отбор проб 18. октября 2010 года.

           Отбор проб в обнажениях производился «бороздовым методом», который заключается в выемке некоторого количества породы поперек пласта. На предварительно зачищенном месте через весь пласт сверху донизу сделали лопатой два параллельных надреза глубиной около 20 см каждый, на расстоянии 10 см друг от друга. Из намеченного участка вырезали кусок глины в форме четырехгранной призмы. Проба составляет 2-3 кг. Пробу упаковали в пакет и пронумеровали. В пакет положили записку с указанием места, из которого она была взята.

           Оценка пригодности глин для тех или иных практических целей может быть дана лишь в результате исследования их качества.

Исследовательская часть проекта

Цель: освоить методики и экспериментально  исследовать химический состав и физико-химические свойства глин различных мест залегания.

Оборудование: весы и разновесы, химические стаканы  на 250 и 500 мл, пробирки, фарфоровые чашечки, воронки, ступки фарфоровые, пестик,  сито, трубки стеклянные, вата, горючее и спички, фильтровальная бумага, мерные цилиндры, линейка, лабораторный штатив, стеклянные палочки.

Реактивы: растворы КМпО4, СuSО4, NH3, Н2SO4, HCl, К4(Fe(CN)6), NaOH; универсальная индикаторная бумага, молоко.

Определение химического состава глины

(Открытие ионов алюминия, железа, карбонат-иона)

1. Аl2O3 + 6HCl = 2AlCl3 +3H2O

AlCl3 +3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl (помутнение раствора)

     2.Fe2O3 +6HCl = FeCl3 + 3H2O

            FeCl3 + 3K4(Fe(CN)6) = Fe4(Fe(CN)6)3 + 12KCl (образование осадка синего цвета)

     3.СаСО3 + 2НСl = CaCl2  +CO2 + H2O (слабое вскипание раствора)

Определение внешних качеств глины

Определить визуально внешние качества глины: цвет, рыхлость, пластичность, влажность. Результаты запишите в таблицу .

Часть1. Исследование адсорбционных свойств глины

1. Поместить образец подсушенной глины массой 10г в ступку и тщательно измельчить его.
2. Поместить измельченный образец в фарфоровую чашку, поместить в сушильный шкаф и прокалить при температуре 150 – 180° в течение 10 – 12 минут для увеличения поглотительной способности.
3. Просеятьпрокаленный образец через крупное сито.
4. В стеклянную трубку диаметром около о, 5 – 1см и длиной 5 – 10см.  (Можно использовать большие стеклянные воронки или пробирки без дна.) Поместите кусочек ваты и насыпьте слой глины высотой 0, 5см. Слегка утрамбуйте глину.
5. Закрепить собранный таким образом сорбционный патрон вертикально над химическим стаканом (штатив, лапка).
6. Налить в трубку небольшими порциями раствор перманганата калия бледно-розового цвета и дождаться, когда фильтрат соберется в стакане.
7. Сравнить цвет фильтрата с цветом исходного раствора перманганата калия. Если фильтрат окрашен, повторить опыт, увеличив высоту слоя глины в трубке. Если фильтрат бесцветен – повторить опыт, уменьшив высоту слоя глины в трубке.
8. Повторяйть действия в п.7 вплоть до определения минимальной высоты слоя глины, достаточной для полного обесцвечивания раствора KMnO4. Результат (высоту слоя) записать в таблицу .
9. Повторить действия 4 – 8, заменив раствор перманганата калия раствором сульфата меди (II). Присутствие ионов меди в фильтрате определять визуально и химически. Для этого в фильтрат помещайте 3 – 4 капли 25%-го раствора аммиака. Появление фиолетового окрашивания свидетельствует о присутствии ионов меди (образующих окрашенный аммиачный комплекс).
10. Образец глины массой 10г поместить в химический стакан на 500мл, залить с верхом 10%-м раствором серной кислоты и выдержать 3 – 5 мин. (При обработке серной кислотой образуется высокодисперсный аморфный кремнезем, удельная поверхность резко возрастает и улучшается сорбционная способность глины).
11. Промыть образец несколько раз водой и повторить действие 2 – 9. Определить, как изменились адсорбционные качества глины (минимальная высота слоя глины).

Результат запишите в таблицу 1.

Примечание. Адсорбционные свойства глины можно изучать также с помощью других окрашенных растворов, например, соков различных растений, черники, свеклы и т.д.

Часть 2. Определение содержания песчанистых примесей в глине

1. Отвесить на весах образец глины массой 25г и поместить навеску в стакан на 500мл.
2. Добавить в стакан 200мл воды, размешать и дать отстояться 5 минут.
3. Слить с осевшего песка мутную жидкость.
4. Повторить действия 2 – 3 до тех пор, пока сливаемая жидкость не станет почти прозрачной.
5. Подсушить осевший песок и прокалить в выпарительной чашечке на горелке с сухим горючим. Определить его массу на весах.
6. Рассчитатьсодержание песчанистых примесей в образце глины по формуле: Спеска  = [m(песка)*100%]/m(глины).
7. Результаы запишатьв таблицу .

Часть 3. Определение «жирности» глины

1. Отвесить на весах образец глины массой 25г.
2. Поместить навеску в химический стакан на 500мл, добавить воды до отметки 400мл и хорошо размешать стеклянной палочкой.
3. Наблюдать процесс осаждения частиц глины.  (Обычно глина плохо смачивается водой и долго не оседает на дно, что указывает на ее гидрофобные свойства.)
4. Для качественной оценки «жирности» необходимо сравнить процессы осаждения различных сортов глин.  «Жирные» глины оседают медленно, «тощие» - быстро. Результат оценки напишите в таблицу 1.

       Часть 4. Определение плотности глины

1. Определить на весах массу стеклянного стакана на 200 – 250мл (m1) в граммах.
2. Насыпать в стакан образец нерастертой влажной глины, уплотняя его по мере наполнения стакана (постукиванием дна стакана о ладонь), до отметки 50 или 100мл (см³).
3. Определить массу стаканчика с глиной (m2) в граммах.
4. Рассчитать массу глины по формуле m = m2 – m1.
5. Рассчитать плотность глины (d) по формуле d = m/V (г/см³), где V – объем глины, см³ (50 или 100).

Результат запишите в таблицу.

 Часть 5. Определение кислотно-основных свойств глины

1. Поместить образец глины массой 25г в химический стакан на 200 – 250 мл.
2. Добавить в стакан 100мл дистиллированной воды и хорошо размешать.
3. Поместить в  полученную взвесь полоску универсального индикатора.
4. Сравнить цвет влажной полоски с цветовым тестом на упаковке индикатора и определить рН среди водного раствора глины. Результат записать в таблицу.

  Часть 6. Исследование антимикробных свойств глины

1. Налейть  в два химических стакана (объемом 500мл) свежее молоко (нестерилизованное) до отметки 300 мл. Положить на дно одного из них образец влажной глины массой 5 – 10г.
2. Оставьть оба стакана в тени и контролировать состояние молока несколько раз в день на протяжении нескольких дней. Определить, когда появятся первые признаки скисания в каждом из образцов. Оцените качественно антимикробные свойства глины.  

Проба №1.  Задержка скисания молока на 5часов, по сравнению с контрольным образцом.

Проба №2. Задержка скисания молока на 10 часов, по сравнению с контрольным образцом.

Проба №3.  Задержка скисания молока на 2 часа, по сравнению с контрольным образцом.  

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЛИНЫ

РЕЗУЛЬТИРУЮЩАЯ ТАБЛИЦА

Исследования позволяют сделать следующие выводы:

  1.местные глины обладают высокой адсорбционной способностью;

  2. песчаные примеси содержатся в допустимых пределах;

  3. встречаются как «жирные» так и  «тощие» глины;

  4.рН среды водных растворов глин  - слабощелочной, близок к нейтральному.

  5. антимикробные свойства глин – проявляются.

 Основываясь на выводах о свойствах  местной глина, можно сформулировать рекомендации по их применению:

1. адсорбционные свойства глины позволяют её использовать для очистки растворов от красителей и нефтепродуктов;
2. другие свойства позволяют применять глины для производства строительных материалов ( кирпича, цемента, дорожной плитки и т.д.)
3. пластичность этого природного материала  даёт возможности для развития гончарного производства, что будет проверяться в творческой лаборатории.
4. антимикробные свойства глины указывают на возможность использования в медицинских целях, но этот аспект требует дополнительных исследований и обоснований.

  Творческая  лаборатория : учащиеся 10 класса: Аглодина Татьяна, Галицына Анастасия, Самохина Любовь, Фофанова Юлия.

Источники информации.

1.Кукушкин, Ю.Н. Что мы знаем о химии – М.: Высшая школа,1993.

2.макаров,К.А. Химия и медицина – М.: Просвещение, 1981.

3.Пичугина, Г.В. Химия и повседневная жизнь человека –М.: Дрофа, 2006.

4. Штремплер, Г.И. Химия на досуге – М.:Просвещение,1993.

5.www. Psylive. Ru| articles…chudesnie – svoistva – glini.

6.images. yandox. Ru

7. Фото из личного архива Чаузова Д.Ю.