Влияние состава мела на его качества и здоровье человека

РОССИЙСКАЯ НАУЧНО-СОЦИАЛЬНАЯ ПРОГРАММА

ДЛЯ МОЛОДЕЖИ И ШКОЛЬНИКОВ  «ШАГ В БУДУЩЕЕ»

XI районный конкурс исследовательских работ обучающихся «ЮНИОР»

Влияние состава мела на его качества и  здоровье человека

                                                                                     Автор:

                                                                              Иванов Артём Гарникович,

                                                                                     МАУДО  «ЦДТ» (Лянтор),

                                         9 лет.

                                                                                      Научный руководитель:

                                                                                    Закурдаева Галина Николаевна,

                                                                                       педагог дополнительного                                        

                                                                                       образования,

                                                                             МАУДО «ЦДТ» (Лянтор).                                                              

Сургутский район

Ноябрь 2020 года

Содержание

Введение ………………………………………………………………………………3                                                                                                                    

Глава 1. Теоретическая часть

 1.1.Происхождение мела и его состав……..………………………………………..4                                                                                                                                            1.2 Производство и применение мела …..…………………………………………..5

     1.3.Влияние школьного мела на организм человека……………………………….7

Глава 2.   Практическая часть

2.1. Социологический опрос …………..…………………………………………....9                                                                

2.2. Лабораторные исследования       ……………………………………………….9

Заключение ………………………………………………………………………….13

Список  литературы ………………………………………………………………...14  Приложения………………………………………………………………………15-17

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. Чтобы получить мел, которым мы пишем, необходимо ещё много добавок, которые не всегда безопасны для здоровья. Поэтому, мы считаем, что исследование состава и  качества школьного мела актуально и практически значимо.

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

Гипотеза: если школьный мел плохого качества, то он может оказывать отрицательное влияние на здоровье.

Объект исследования: мел.

Предмет исследования – качество мела, используемого в школе № 3  и ЦДТ города Лянтора

Цель: определить качество мела, используемого в СОШ № 3 и ЦДТ города Лянтор  и выяснить особенности его влияния на организм.

Задачи:

1. Изучить  информацию о происхождении,  составе и свойствах школьного мела.
2. Провести социологический опрос.
3. Провести эксперименты.

Методы исследования: изучение литературных источников; беседа; анкетирование; наблюдение; анализ; сравнение.

Практическая значимость: данные, полученные в ходе исследования можно использовать на уроках технологии и на занятиях в дополнительном образовании.

Основная часть

1.1 Происхождение мела и его состав.

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

Меловым периодом именуется промежуток времени, охватывающий около 80 млн. лет во времена господства динозавров. Теплые и мелкие (30-500 метров глубины) моря той поры давали приют мириадам мельчайших моллюсков, строивших свои скелеты и раковины из добываемого из воды кальция.
    Останки этих существ, скопившиеся в донных отложениях многометровыми пластами, и превратились в хорошо нам знакомый мел. В процентном отношении минерал мел разделяется на следующие части:

• обломки скелетов – около 10%. Речь идет не только о простейших существах, но и о многоклеточных животных, наделенных способностью извлечения и концентрации солей кальция в тканях.

• раковины микроскопических моллюсков фораминифер – около 10%. Однако не все корненожки (русское наименование животных) имели известковый панцирь. Некоторые сооружали свой защитный слой из хитиноподобного вещества. Во многом поэтому в меловых отложениях собственно карбоната кальция отыскивается не более 98% (и не менее 91%).

• фрагменты известковых наростов водорослей – до 40%. Кокколитофориды – растительный планктон океанов – прекрасно чувствует себя и в наше время. До 98% микроскопической живой взвеси в верхних слоях морей приходилось и приходится на этот вид водорослей. Поэтому известковый минерал, на самом деле, - продукт по большей части растительного, а не животного генеза. Происхождение мела – заслуга растений!

• мелкодисперсный кристаллический кальцит – до 50%. Речь идет об «обломках обломков», причем настолько миниатюрного размера, что определить их биологическую принадлежность не представляется возможным.

• нерастворимые минералы (в основном силикаты) – до 3%. В основном это геологический мусор (песок и обломки различных горных пород), занесенные в меловые отложения ветрами и течениями. Хотя помимо того биогенные кальциевые образования обогащаются соединениями фосфора и кремния во время обменных процессов при жизни животного.

    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.

Во многих странах мира запасы природного мела можно назвать практически неограниченными. В число этих стран входит Россия, многие страны СНГ и Европы. Через всю Евразию пролегает мощнейший меловой пояс, который берет своей начало в Ливийской пустыне и Сирии, проходит через Россию, Украину и Польшу, после чего заканчивается в южной части Англии и Северной Франции.

В настоящее время в России известно и разрабатывается 138 месторождений природного мела. Только их исследованные запасы оценивают в 3300 млн. тонн. Общий же запас просто не поддается оценкам специалистов. Наиболее крупные меловые карьеры находятся в Волгоградской и Белгородской областях.

Отличительной особенностью мела является экологическая чистота, легкая добыча и простая переработка, причем на все это тратится довольно мало энергии и человеческих ресурсов. Переработка и добыча мела не нарушает экологический баланс в природе, что также очень важно на сегодняшний день.

В России довольно много предприятий, производящих мел: «Алгем», «Вакарис», «Пегас», «Квартет-1», «Кетбис», «Лантан» и др.

1.2. Производство и применение  мела.

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 природного  мела. Добавляя различные красители, можно получить мел любого цвета. Формованный школьный мелок на 40 % состоит из мела (карбонат кальция) и на 60 % из гипса (сульфат кальция). [4]

Используется мел для различных целей. Природный мел по физико-структурным признакам и составу подразделяются на 4 типа: мел чистый, мел глинистый, меловой мергель, мелоподобный карбонат кальция. Он имеет различные марки.  (Приложение 1)

Мел применяют в лакокрасочной, резиновой, бумажной, и сахарной промышленности. Мел — необходимый компонент «мелованной бумаги». Молотый мел применяется в качестве дешёвого материала для побелки, окраски заборов, стен, бордюров, для защиты стволов деревьев от солнечных ожогов.  

Широко мел применяется и в медицине. При недостатке кальция медицинский мел может быть прописан как добавка к пище (остеопороз, патология паращитовидных желез и вытекающий дефицит пара-гормона, рахит и др.). Медицинский мел применяют для противовоспалительного действия кальция (при простуде, ОРВИ), при пониженной свертываемости крови (ионы кальция необходимы для этого процесса).

В образовательной сфере мел используется для письма на больших досках для общего обозрения (например, в школах). Он оставляет отчетливо видные следы, помогающие школьникам в образовательном процессе

При производстве школьных мелков порошок мела тщательно перемешивается с гипсом (CaSO4), связующими примесями, чтобы он не крошился (крахмал, декстрины, ПВА), а так же с красителями (цветной). В порошке не должно быть твердых частиц гипса или песка, которые потом царапают доску при письме. Полученный порошок ссыпается в бочку и разводится водой. Смесь заливается в матрицы, где вода постепенно испаряется, происходит химическая реакция связывания молекулярной структуры мела и гипса. Затем матрицу переворачивают на специальный решетчатый поддон и «снимают» ее с мелков. Поддон ставят в сушильный шкаф, выдерживают там мел определенное время, затем готовые мелки поступают в цех упаковки.

Лучший мел для школы на 95% состоит из природного мела. Добавляя различные красители, можно получить мел любого цвета. Формованный школьный мелок на 40 % состоит из мела (карбонат кальция CaCO3) и на 60 % из гипса (сульфат кальция CaSO4).  Твердым мел становится от перебора гипса, а мягким от длительной пересушки или использования очень высокой температуры. В состав школьного мела входит до 4% примесей: глина, кварц, углекислая магнезия, углерод и оксиды железа.

1.3. Влияние школьного мела на организм человека

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] Мел выделяет много пыли, действие которой на организм обусловлено индивидуальными особенностями каждого человека. Как и любая пыль, меловая пыль накапливается в дыхательных путях, вызывая раздражения. Отсюда кашель, першение в горле, чихание. Очень часто это может вызывать аллергические реакции. Пострадать может и чувствительная кожа. Руки от мела могут чесаться, кожа сохнуть.

Школьный мел предназначен для детей, и поэтому он должен обладать безопасностью. Состав и все свойства изделия должны быть указаны на упаковке. Школьный мелок должен изготавливаться с учётом всех существующих стандартов производства из экологически чистого сырья.

   Давно подмечено, что многие дети с удовольствием грызут мел. Почему возникает такая потребность? Считается, что съесть кусочек мела или извести хочется тогда, когда в организме не хватает кальция. Кальций – это основа костной ткани, участвует в водносолевом обмене. Он способен нормализовать возбудимость нервной системы и мышц. Дефицит кальция в организме может возникнуть при однообразном питании, недостаточном потреблении творога, сыра, молока. И только из этих продуктов кальций лучше всего усваивается.  А мел человеческому организму является не только ненужным, но и неполезным. И если его сильно хочется, то это является нарушением вкусовых пристрастий. Это может быть также признаками железодефицитной анемии, при которой нарушается синтез гемоглобина из-за дефицита железа.  Любой мел, как и таблетки кальция - это мертвая форма кальция, организмом не усваивается. Есть вероятность, что избытки будут откладываться в почках, суставах и даже тканях. От съеденного мела быстро образуются камни в почках – оксалат кальция. Врачи советуют при недостатке кальция принимать специальные кальцийсодержащие препараты, а не чистый мел – это на порядок безопасней. При производстве школьного мела применяются некоторые токсичные примеси. Это красители (ведь не пищевые же красители добавляются в мел) и некоторые склеивающие вещества, например, клей ПВА и БФ. В их составе присутствует фенолформальдегидная смола, поэтому клеи ядовиты, оказывают вредное воздействие на кожу, пересушивают её, вызывают дерматиты и экземы и даже обладают канцерогенным действием.

В совокупности перечисленного, оказывается, что частое использование школьных мелков совсем небезопасно для организмов людей.

2  Практическая часть

2.1. Социологический опрос учителей школы №3 и ЦДТ

Для выяснения воздействия мела на здоровье человека я провел социологический опрос наших учителей, которые в силу специфики работы вынуждены постоянно пользоваться мелом. (Приложение 2)

1. На основании социологического опроса я выяснил, что большая часть опрошенных (90%) учителей нашей школы и ЦДТ часто пользуется мелом, остальные – редко.

2. Педагогами чаще используется толстый прямоугольный мел (80%), реже - тонкий круглый (20%).

3. 60% учителей качество мела устраивает, 40% - видят недостатки в нём.

4. По словам наших педагогов, мел пачкает руки и одежду, хотя к этому уже давно привыкли (60%). Отдельные респонденты отмечают, что иногда кусочки мела оставляют слишком слабый след на доске или царапают её (30%), 10% не обращают внимание на это.

5. Негативное влияние на здоровье отметили 50% учителей,  «не знаю» ответили 30% , нет замечаний по этому поводу у 20%.

6. По мнению большинства опрошенных учителей, школьный мел негативно влияет на кожу рук, сушит её, поэтому приходится постоянно пользоваться увлажняющим кремом для рук. Учителей, получивших серьезные проблемы с кожей рук (экземы, шелушение и трещины на ладонях) в школе нет.

7. На существенное расстройство дыхательной системы никто не пожаловался, хотя иногда мел вызывает кашель.

8. В пищу мел никто из учителей не применяет, но о таких случаях я слышал в среде наших учащихся.

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

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.

2.2. Лабораторное исследование мела

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

       Для рассмотрения очевидных показателей качества мела мы взяли 5 образцов мела, которые используются при работе нашими педагогами . Для этого мы использовали органолептический способ исследования качества мела и пришли к следующим показателям

Образец №1 - мел школьный белый, ЗАО «Финансовая компания «Форум», Россия, Санкт-Петербург,предназначен для рисования на любой поверхности

Образец №2- мелки белые Каляка- Маляка, изготовитель ООО «Квартет 1», Россия, Москва, разработаны специально  для маленьких художников.

Образец №3 – мелки цветные асфальтовые, изготовитель ООО «Квартет 1», Россия, Московская обл, Клинский р-н, предназначены для рисования на любой поверхности.

Образец №4 – мелки цветные  Каляка- Маляка, изготовитель ООО «Квартет 1»,  Россия, Московская обл, Клинский р-н, разработаны специально  для маленьких художников, предназначены для рисования на любой шероховатой поверхности.

Образец №5 – набор мела, АО «Тандер», Россия, Краснодар, предназначены для рисования на любой поверхности. Не рекомендуются для использования детьми без присмотра

Согласно показателям, из 5 образцов самым качественным, обладающим малой сыпучестью, маркостью и относительным удобством при письме, является образец под номерам 1.  Немного ему уступают образцы под номерами  3 и 5. Цветные мелки №4 имеют более низкое качество. А образец № 2 обладает самыми плохими показателями качества, видимо, потому что этот мел предназначен для рисования на асфальте, а не на школьной доске. (Приложение  3)

Основным компонентом мела является карбонат кальция. Его содержание можно определить при помощи соляной или уксусной кислоты.

1.Распознавание   кальция

Мел состоит из известняка (кальция), который при взаимодействии с кислотой разрушается и выделяется углекислый газ.

Оборудование и реактивы: стаканы, ступка с пестиком,  образцы школьного мела, уксусная кислота (разб.). (Приложение 4)

Ход работы:

• В ступке растер кусочки мела в порошок.
• Пересыпал порошок в стаканы.
• Прилил немного разбавленной уксусной кислоты.
• Наблюдал реакцию (шипение) - выделение углекислого газа.

Наблюдения при добавлении кислоты:

Образец 1: очень интенсивное вспенивание;

Образец 2: слабое вспенивание;

Образец 3: очень интенсивное вспенивание;

Образец 4: среднее вспенивание;

Образец 5: очень интенсивное вспенивание.

Вывод: Мел состоит из известняка (кальция), который при взаимодействии с кислотой разрушается и выделяется углекислый газ, что мы и увидели при проведении опыта. Наличие в составе всех мелков кальция подтвердилось с помощью уксусной  кислоты. Сильное вспенивание мела в стакане 1,3,5 говорит о том, что эти  мелки содержат больше природного мела и меньше добавок. 

2.Распознавание связующего компонента – крахмала

При изготовлении формованных мелков, в порошок мела добавляются связующие  вещества: крахмал,  гипс или клей.  Чтобы проверить, был ли использован   крахмал в качестве связующего вещества,  я провел следующий эксперимент. (Приложение 5)

Оборудование и реактивы: образцы школьного мела, пипетка, спиртовый раствор йода, крахмал.

Крахмал обнаружить просто: с помощью спиртового раствора йода. Окраска йода должна измениться на синий цвет, если в образцах присутствует крахмал.

Ход работы. На исследуемые кусочки мела пипеткой нанес  по 2 – 3 капли раствора йода. Сравнил окраску с окраской йода на порошке чистого крахмала.

Наблюдения: На крахмале при добавлении раствора йода я увидел темно-фиолетовое окрашивание, но эта реакция не произошла при попадании йода на наши брусочки мела.

Вывод: Исследуемые школьные мелки не содержат крахмал. Значит, в качестве связующего компонента к ним добавлен клей.

3. Распознавание связующего компонента – гипса.

 Присутствие гипса  можно доказать проведением микрокристаллоскопической реакции. Каждый исследуемый образец мела измельчили в ступке и массу 1 грамм растворили в 2 мл. дистиллированной воды. Тщательно перемешали полученный раствор стеклянной палочкой. Полученный раствор профильтровали. Затем каплю фильтрата поместили на предметное стекло и рассмотрели под микроскопом. В процессе высыхания капли растут кристаллики гипса (если он входит в состав мела), имеющие форму характерных иголок и игольчатых друз. В образце №1 присутствует гипс. В № 2, 3, 4, 5 его нет, значит в качестве связывающего материала в них использовался клей,

4. Влияние качества мела на состояние кожи рук.

Из проведенных опытов  мы выявили, что  самым качественным является образец № 1: он обладает малой сыпучестью и маркостью, не царапает доску и оставляет четкий след.  Образец № 2:  обладает сильной сыпучестью и маркостью,  царапает доску и оставляет не четкий след.

Мы предложили  двум педагогам поучаствовать в нашем эксперименте. Писать на доске мелом в течение двух недель (ежедневно, исписывая два кусочка мела). Один педагог пользовался образцом под №1, другой №2. Возраст педагогов был одинаковый и состояние кожи рук тоже. После  того, как истёк период проведения эксперимента, мы вновь осмотрели кожу рук и попросили педагогов рассказать о своих ощущениях при письме мелом. Тот педагог, который писал мелом хорошего качества, никаких изменений не ощутил. Кожа рук осталась прежней, без сухости. Так как мел писал хорошо, не крошился  и не пачкал руки, педагог остался доволен качеством этого мела. Второй же испытуемый прочувствовал, что при письме мел попадает в дыхательные пути, вызывая кашель и першение в горле, а также очень сильно  пачкает руки, вызывая сухость кожи.  

       Таким образом, можно сделать вывод, что  от состава мела зависит его качества, а от качества зависит  здоровье человека. Таким образом, гипотеза о том, что «Если школьный мел плохого качества, то он может оказывать отрицательное влияние на здоровье людей» подтвердилась.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы над проектом, мной был изучен большой теоретический материал о происхождении, составе, свойствах и применении мела. Я выяснил, что мел имеет большое практическое значение, это один из самых распространенных материалов в промышленности.

Из природного мела по специальным технологиям получают школьные мелки.

При выполнении исследовательской работы проведены эксперименты, результаты которых обработаны и обобщены, проведено анкетирование учителей и проанализированы результаты.

Исследуя мел в нашей школе, мы установили его состав: карбонат кальция, гипс. Крахмал не обнаружен, значит, в качестве загустителя был использован клей. К сожалению,  качественной реакции на клей мы не нашли в литературе.

Школьные мелки содержат склеивающие вещества (клей ПВА, БФ или др.), а часто и красители, что не совсем безопасно для здоровья. Поэтому мел никогда нельзя пробовать на вкус.

Не весь мел обладает хорошим качеством, что свидетельствует о несовершенстве производства школьного мела. Производители не указывают состав мела, который при покупке может учитывать потребитель.

По своему  составу, как мы установили, исследуемые образцы не могут отрицательно влиять на здоровье, но постоянная работа с мелом может вызывать сухость кожи рук и кашель.

Для педагогов были подготовлены рекомендации (Приложение 6)

Несмотря на все последствия влияния школьного мела на организм, я все же думаю, что обычный мел и школьная доска на данный момент являются более безопасными для здоровья, чем маркерные доски, которые выделяют эфиры и вызывают приступы астмы, а интерактивные доски дают излишнее напряжение на глаза.

Цели и задачи работы выполнены в полном объеме. Я узнал много важной и интересной информации, а проведение исследования позволило мне научиться планировать и проводить  эксперименты.

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