Международный Фестиваль «Звезды Нового Века» - 2013
Естественные науки (от 11 до 13 лет)
«Оценка качества школьного мела»
Автор: Кондобарова Екатерина,
12 лет, 5 класс
МАОУ лицей №82 г. Челябинск
Научный руководитель:
,
учитель географии высшей категории.
2013 г.
Содержание
Введение 2
I. История возникновения мела и его местонахождение в природе 3
II. Химический состав мела и область его применения 4
III. Производство школьного мела 5
Практическая часть
IV. Основные показатели качества мела 6
V. Качественный анализ школьного мела 7
VI. Изготовление школьных мелков в домашних условиях 8
VII. Социологический опрос учеников 5 Г кл МАОУ лицея №82 9
VIII. Выводы 11
IX. Используемая литература 12
X. Приложения 13
Введение
Сотни лет человек использует мел для различных целей. В школе с первого по одиннадцатый класс мы используем мел для письма на досках, конечно, мы видим надпись на упаковке нетоксично, изготовлен из экологически чистых продуктов, безопасно, но при его использовании сталкиваемся с небольшими проблемами. Я решила самостоятельно узнать состав мела, область его применения и определить качество школьного мела.
Актуальность: Сегодня к школьному мелу предъявляются очень серьезные требования, поэтому он считается экологически чистым и безопасным продуктом. Однако в процессе использования школьный мел начинает пылить, пачкать руки, вызывать неприятное ощущение на дыхательную систему организма школьника.
Гипотеза: Школьный мел может оказывать отрицательное влияние на здоровье учеников.
Цель работы: Определить состав школьного мела, используемого в лицее № 82 г. Челябинска и выяснить его особенности влияния на организм ученика.
Задачи:
· Изучить географическое местонахождение мела в природе и его состав
· Рассмотреть способ производства школьного мела
· Исследовать образцы мела и выяснить соответствие с основными показателями качества мела.
· Выяснить с помощью социологического опроса, оказывает ли вредное влияние на организм учеников, контакт с мелом.
Предмет исследования: школьный мелок 3-х образцов.
Объект исследования: Респонденты 5 Г класса лицея № 82, 32 человека.
Методы исследования:
Теоретические: метод сравнения, анализ, обобщение.
Практические: исследование-проведение химических экспериментов.
Оборудование и реактивы: образцы школьного мела (три вида), уксусная кислота, пробирки, раствор спиртовой, раствор йода, дистиллированная вода, спиртовка.
I. История возникновения мела и его местонахождение в природе
Не все знают, что в начале мел был живым организмом. В водах океана существует различные виды мельчайших растений и животных. Одним из них является одноклеточные существо под названием «фураминифера» с панцирем из извести. Отмирая, они опускаются на океаническое дно. Со временем образуют толстый слой из этих панцирей. Конечно, на это уходит миллионы лет. Постепенно этот слой цементируется и превращается в мягкий карбонат кальция, который мы называем мелом.1
Но существует и другой способ отложения. Подобно соли и гипсу, которые осаждаются на дно морей, озер, лагун, за счет испарения воды. Из предмета географии мы знаем, что на земле происходили различные изменения. Так моря высыхали и отступали, превращались в сушу. Ярким примером тому пролив Ла-Манш. Слои мела, находившиеся на морском дне, были подняты над поверхностью моря. Наиболее рыхлые участки были размыты, оставив высокие меловые скалы. В различных районах мира мел залегает в дали от моря, там, где когда-то было моря. Примером тому штаты-Канзас, Арканзас, Техас в США. Но самый хороший мел получают в Англии.2
Добыча и переработка мела не вызывает серьезных экологических нарушений. Запасы мела практически не ограничены во многих Европейских странах, странах бывшего СНГ и Российской Федерации. Мощный меловой пояс простирается через весь Европейский континент, включая север Франции, южную часть Британии, Польшу, проходит через Украину и смещается в Азию-Сирию и Ливийскую пустыню. Запасы мела распределены по территориям не равномерно: около 50% запасов качественного мела без вредных примесей, с высоким содержанием известняка и магния сосредоточены в Российской Федерации, около 33% на Украине и 12% в Белоруссии.
Имеются не большие по запасам местонахождения в Казахстане, Литве и Грузии. Общие балансовые запасы мела в РФ оцениваются в 3300 млн. т. при неограниченных прогнозных запасах. Белгородская область имеет неограниченные ресурсы мела, всего разведано 29 месторождений мела с суммарными запасами 1000 млн. т.. Наиболее крупными месторождениями мела являются Лебедянское, Стойленское и Логовское.
Производство качественных марок мела сосредоточено в России в первую очередь на меловых заводах в Белгородской области, так же в Брянской области, крупные месторождения: Фокинское, при содержании 75% мела и 25% глины, принято считать натуральным.
Меловые крутосклоны-у с. Супонева на правом берегу р. Десны обнажена толща песчаного мела туранского возраста (поздний мел), где содержится большое количество остатков раковин
1-Аркадий Ликум. Все обо всем. Том 1. Популярная энциклопедия для детей. Из-во Москва. 19стр.
.
двухстворчатых молюсков-инотерамов.
Добыча известняка в Челябинской области встречается почти во всех районах области. Мощные залежи по возрасту приурочены к карбоновым отложениям, наиболее значительные месторождения-Агаповское, Миньярское, Красносельское, Увельское, Еманжелинское. Всего по области разведано запасов 76млн. куб. метров.3
II. Химический состав мела и область его применения.
Мел – белая, горная порода, мягкая и рассыпчатая, слабосцементированная, мажущая, тонкозернистая разновидность карбонатных пород, состоящая в основном из карбоната кальция природного происхождения или полученного искусственным путем.4мел не растворяется в воде. Основу химического состава мела составляет карбонат кальция с небольшим количеством карбоната магния, но обычно присутствует и некарбонатная часть, в основном оксиды металлов. В основе мела обычно находится незначительная примесь мельчайших зерен кварца и микроскопические псевдоморфозы кальцита по ископаемым морских организмов. Его элементы относятся к семейству щелочно-земельных металлов, которые составляют подгруппу пародической системы элементов.
Мел, которым мы пишем на доске. состоит преимущественно из раковин морских корненожек. В океанах и морях оседают на дно раковины отмерших корненожек. За тысячи и миллионы лет скапливаются громадные толщи раковин, которые впоследствии при геологических перемещениях земной коры могут оказаться на суше в виде меловых и известковых гор.
Сотни лет человек пользуется мелом для различных целей. Мел, которым мы пользуемся в классе, смешивают со связующими примесями, чтобы он не крошился. Лучший мел для школы состоит на 95% из карбоната кальция. Формированный школьный мелок на 40% состоит из мела (карбонат кальция) и на 60% из гипса (сульфат кальция). Природный мел по физико-структурным признакам и составу под разделяются на 4 типа: мел чистый, мел глинистый, меловой мергель, мелоподобный карбонат кальция. Так же мел выпускаемый в РФ и странах СНГ имеет различные марки.5 (таблица в приложении). Мел - это необходимый компонент «мелованной бумаги», используемой в полиграфии для печати качественных иллюстрированных изданий. Молотый мел широко применяется в качестве дешевого материала( пигмента) для побелки, окраски заборов, стен, для защиты стволов деревьев от солнечных ожогов и в ряде отраслей промышленности
3-kraeved *****/82/100488/index. ht.
4-мел/Естествознание. Энциклопедический словарь/сост. .-М. Большая российская энциклопедия. 20с
5-ru/publikatsii/marki-mela-i-in.
(лакокрасочной (белый пигмент), резиновой, бумажной, в сахарной - для очистки свекловичного сока, для производства вяжущих веществ (известь), в стекольной - для производства спичек).
В этих случаях обычно используется мел осажденный полученный химическим путем из кальцийсодержащих минералов. Применяется мел и в сельском хозяйстве (для известкования почв, подкормки животных). Для производства цемента, извести, для получения соды, стекла, как накопитель резины, пластмасс, приготовление школьных мелков. Осаждённый мел используется в медицине (лечебные препараты), в парфюмерии (составная часть зубных порошков). Белый и черный мел (так называемый итальянский карандаш) используются как материалы для рисования.
III. Производство школьного мела.
Сегодня в России очень много предприятий производящих мел. Основными производителями являются заводы: Алгем, Эликонт, Пегас, Квартет-1.
Самый старый в России завод по производству мела находится в Белгороде. В окрестностях этого города мел добывают как горную породу. Именно из белгородских карьеров мел вагонами развозится по всем предприятиям изготавливающим мел по штучно.
В Белгороде мел производят экструзионным способом. При этом мокрый мел в виде тонких колбасок поступает из машины, похожей на мясорубку. Колбаски поступают из машины и укладываются на противне, режутся и сушатся в печах. Получаются мелки круглой формы. Технологическая особенность этих мелков в том, что их «связывание» происходит за счет клея (чаще всего ПВА), что не совсем безопасно для здоровья детей (некоторые дети, а иногда и взрослые, просто едят его в прямом смысле этого слова).
«Алгем»-первая фирма на российском рынке, которая стала лить мел. При этом фирма запатентовала состав мела и его квадратную форму. Литой белый мел считается безопасным для здоровья, так как его связывающим компонентом является гипс и в очень малых количествах, так же для производства используется очищенная вода. «Алгем» является единственной пока в России фирмой, официально зарегистрировавшей свой товарный знак.
Знаменитая градация мела по твердости-мягкости была разработана на «Алгеме». Твердым мел становится от перебора гипса, а мягким от длительной пересушки или использования очень высокой температуры.
Сейчас трудно представить, что раньше весь выпускаемый мел был одинаковый. Например: твердый мел используется для рисования на любой шероховатой поверхности, а мягкий или средне-мягкий, на досках, ткани или мебели.
При производстве порошок мела тщательно перемешивается с гипсом (белый мел), а так же с красителями (цветной). От качества порошка зависит качество мела, например, 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, затем вода постепенно испаряется, происходит химическая реакция связывания молекулярной структуры мела и гипса. Затем матрицу переворачивают на специальный решетчатый поддон и «снимают» ее с мелков. После этого матрицы моют в специальном мыльном растворе т. к.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 хороших производителей процент брака не велик. Расколовшиеся при снятии матрицы мелки сразу убираются работниками. Пересушенные или недосушенные мелки отбирают упаковщики, «недосушенный» мел возвращают на досушку, пересушенный – в отходы производства.6
IV. Основные показатели качества мела.
К основным показателям качества мела можно отнести:
Очевидные
· Крошится
· Пачкает руки
· Чистота (белый)
· Твердые вкрапления
Неочевидные
· Отсутствие следов клея ПВА
· Использование очищенной воды
· Качество красителей
Для рассмотрения очевидных показателей качества мела возьмем 3 образца мела:
Образец 1-мел фирмы «Алгем», Москва (этот мел используют ученики моего класса на уроках возле доски)
Образец 2-мел фирмы «Эликонт», Белгород
Образец 3-мел фирмы «Пегас», Клин
6-Мелки/Виктория Мозер. Журнал «Канцелярское дело», выпуск № 5 (81). Май.2004.Москва
Анализ:
Согласно показателям, из трех образцов, наиболее качественными обладающих хорошим цветом, малой сыпучестью, маркостью являются образцы № 1.
Образец цвет, средняя сыпучесть.
Образец №3-высокая сыпучесть, большая маркость.
образец | №1 | №2 | №3 |
Цвет | Белый | Белый | Белый |
Сыпучесть (можно определить на черной ткани) | Низкое | Высокая | Средняя |
Маркость | Маленькая | Большая | Средняя |
Наличие твердых вкраплений | Нет | Нет | Нет |
Имеет форму | Брусок с закруглёнными краями | Брусок квадратной формы | Брусок квадратной формы |
V. Качественный анализ школьного мела.
Основным компонентом мелка является карбонат кальция(CaCO3). Природный мел не содержит никаких других компонентов. При изготовлении мелков в порошок мела добавляются связующие вещества, на пример крахмал или гипс.
Чтобы узнать, какие связующие вещества применялись для изготовления мела, проводится качественный анализ.
Опыт № 1. На определение карбонат кальция в меле (CaCO3).
· Измельчаем в ступке кусочек мела до порошка.
· Насыпаем в пробирку стеклянной палочкой измельченный мел.
· Добавляем в пробирку несколько капель уксусной кислоты.
· Наблюдаем реакцию (шипение), выделяется углекислый газ.
· Подносим горящую лучину, огонь гаснет, углекислый газ не поддерживает горение.
Вывод:
Карбонат кальция (CaCO3) взаимодействует с уксусной кислотой, выделяется углекислый газ (СО2), все образцы мела содержат карбонат кальция (CaCO3), так как при добавлении кислоты активно выделяется углекислый газ (СО2).
Опыт № 2. На определение гипса в меле.
В пробирке с измельченным мелом добавляем теплую воду, интенсивно встряхиваем, добавляем несколько капель уксусной кислоты.(кислота растворит карбонат кальция, а гипс нет)
Пробирка нет, раствор белый и небольшой осадок на дне
Пробирка серая пена долго не оседает
Пробирка №3-раствор серый, не оседает
Вывод:
Образцы №2 и №3 содержат большое количество гипса, образец е.
Опыт № 3. определение содержания крахмала.
Крахмал мы обнаружим с помощью спиртового раствора йода. На исследуемые кусочки мела нанесли 2-3 капли раствора йода. Окраска цвета и йода должна изменится на синий цвет, если присутствует крахмал в образцах.
Образец № 1 | Цвет | Вывод (есть или нет крахмал?) |
Нет синего окрашивания | Крахмала нет | |
Образец № 2 | Нет синего окрашивания, но цвет близок к фиолетовому | Крахмала нет, но вероятно добавлено другое вещество, похожее на клей ПВА |
Образец № 3 | Нет синего окрашивания | Крахмала нет |
Я, хочу узнать, что же присутствует в образце №2 , беру клей ПВА, добавляю 3 капли йода и полученный цвет близок к цвету в образце № 2. Возможно, в состав мела образец №2 при производстве добавлен клей ПВА.
VI Изготовление школьных мелков в домашних условиях.
После того, как я познакомилась с материалом о изготовлении школьного мела, мне захотелось попробовать самой приготовить мел. Оказывается, это не сложный процесс, главное набраться терпения и учитывать правильную дозировку.
Мне понадобилось:
Порошок мела, порошок гипса (алебастра), крахмал, ступка и стеклянная ложка, химический стакан, формочки для льда, весы с техническими разновесами ( из кабинета химии в школьной лаборатории), резиновые перчатки.
С начало пытаюсь изготовить форменный мелок с добавление гипса:
1. Нужно взвесить 12г. Порошка мела и 18г. Порошка гипса
2. Полученную смесь тщательно перемешиваем стеклянной палочкой, затем растираем, чтобы не было комочков.
3. В ступку добавляем немного очищенной воды (вода «Люкс») и быстро перемешиваем, чтобы получилась масса похожая на сметану, т. к. гипс может быстро затвердеть.
4. Выливаем полученную массу в формочку для льда и несколько дней сушим в теплом месте.
Теперь пробуем изготовить школьный мелок с добавление крахмала.
1. Нужно взвесить 12г. Порошка мела и 18г. Порошка крахмала.
2. Полученную смесь тщательно перемешиваем стеклянной палочкой, затем растираем, чтобы не было комочков.
3. В ступку добавляем немного очищенной воды и быстро перемешиваем, чтобы получилась масса похожая на сметану.
4. Выливаем полученную массу в формочку для льда и несколько дней сушим в теплом месте.
Было заметно, что цвет у массы с добавление крахмала отличается по цвету у массы с добавлением гипса, а так же масса с добавление гипса быстро затвердела, а масса с добавлением крахмала только на вторые сутки.
Задача выполнена. Получился мел! Мел с гипсом серого цвета, очень твердый, на доске пишет хорошо, но не очень яркий, не сыпется. ( Получение 1 образца)
Мел с крахмалом, цвет почти белый, но есть сероватый оттенок, мягкий, в руках сыпится, очень пылит, но на доске пишет ярче мела с гипсом, однако таким мелом я бы не стала пользоваться на уроке.(получение 2 образца)
VII Cоциологический опрос учеников 5Г 82 лицей.
1. Вас устраивает мел, которым вы пишите на уроке?
А) да
Б) нет
2. Отметьте, что из перечисленного вы испытываете после работы с мелом?
А) марает руки
Б) вызывает сухость кожи
В) царапает доску или плохо пишет
Г) ничего
3. Какие вы испытываете ощущения на дыхательную систему при работе с мелом?
А) чихаю
Б) кашель
В) першит в горле
Г) не испытываю ничего
Мною было опрошено 32 ученика моего класса и получены следующие результаты, которые я рассчитала в процентах (таблицы в приложении).
Анализ анкет:
На основании социологического опроса можно сказать, что 22 ученика устраивает качество мела, 10 учеников не устраивает качество мела.
Причины:
Царапает доску-21%
Марает руки-41%
Вызывает сухость кожи-32%
Першение в горле-17%
Кашель-9%
Чихание-11%
Не испытывают ничего - 63% и 10%
Заключение
На основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
· Не весь мел, поступающий в продажу в магазины обладает хорошим качеством.
· Мел имеет большое практическое значение, так как применяется в разных областях нашей жизни.
· Исследуя мелки я узнала, что они состоят из карбоната кальция (природный мел), гипса и крахмала, а возможно и других склеивающих веществ (клей ПВА).
· При качественном анализе
школьного мела самым безопасным является образец № 1 фирма «Алгем», он соответствует всем ГОСТ нормам (этим мелом пользуются в нашем лицее).
· Образец № 2 может оказать отрицательное влияние на здоровье, так как пыль мела может вызвать аллергические реакции, она является аллергеном и это может вызвать приступ астмы.
· Никогда не употребляйте школьный мел на вкус.
Анализируя анкеты учеников, я пришла к выводу, что школьный мел может при постоянном контакте оказывать отрицательные последствия на здоровье, чтобы не было таковых:
· После работы с мелом, мойте руки со смягчающим мылом.
· Стирать мел с доски только влажной тряпкой.
· Часто промывать тряпку и протирать лоток, прикреплённый к доске.
· Использовать мел только хорошего качества.
Не смотря на все последствия влияния школьного мела на организм, все же 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.
Я планирую продолжить свою работу, на данный момент разработана анкета для социологического опроса учителей лицея № 82 ,чтобы выяснить какое влияние оказывает работа с мелом на здоровье учителей.
Список литературы
1. Аркадий Ликум. Все обо всем. Том 1. Популярная энциклопедия для детей. Из-во Москва. 19стр.
2. Мел/Естествознание. Энциклопедический словарь/сост. .-М. Большая российская энциклопедия. 20с.
3. Мелки/Виктория Мозер. Журнал «Канцелярское дело», выпуск № 5 (81). Май.2004.Москва
Другие источники:
.
kraeved *****/82/100488/index. ht.
ru/publikatsii/marki-mela-i-in.
Приложение
Таблица марок мела и их назначения
Обозначение | Марка тела | Сферы использования |
МК-2 и МК-3 | Комковый | Стекольная, керамическая и другие отрасли промышленности. Производство извести |
МД-1;МД-2;ММ-3 | Дробленый | Стекольная, керамическая и другие отрасли промышленности. |
ММ-1;ММ-2;ММ-3 | Молотый | Стекольная, керамическая и другие отрасли промышленности. |
ММЖП | Молотый для животной подкормки | Для подкормки животных |
ММПК | Молотый для производства комбикормов | Производство комбикормов |
ММОР | Молотый очищенный | Лакокрасочная, химическая и другие отрасли промышленности |
ММС-1;ММС-2 | Молотый сепарированный | Кабельная, лакокрасочная, резинотехническая, полимерная и другие отрасли промышленности |
ММХП-1 | Молотый для хим. промышленности | Химическая промышленность |
МТД-1;МТД-2;МТД-3;МТД-4 | Тонкодисперсный | В случае отсутствия марок ММС-1 и ММС-2 используется тонкодисперсный мел |
МХО-1;МХО-2 | Молотый химически очищенный | Парфюмерная, косметическая, резинотехническая, медицинская, пищевая и др. отрасли промышленности |
|
 |  |
 | |
