Мел

Городская выставка-конференция школьников
«Юные исследователи – будущее Севера»
Секция «Химия»
Влияние связующих веществ на качество
школьного мела
Авторы: Толкунова Юлия, Кузнецова Анастасия,
учащиеся 6 А класса МОУ СОШ № 36
Руководитель: Зимнухова Л. В., учитель химии
МОУ СОШ № 36 г. Мурманска
Мурманск
2008г.
2
Оглавление
1. Введение
3
2. Литературный обзор
4
2.1. Формирование меловых пород
4
2.2. Химический состав карбонатной породы «мела»
4
2.3. Технологии изготовления мела
4
2.4. Рекомендации по определению качества мела
5
3. Экспериментальная часть
3.1. Методика проведения эксперимента
4. Результаты эксперимента
6
6
6
4.1. Визуальный анализ мелков
6
4.2. Качественный анализ на содержание CaCO3
7
4.3. Качественный анализ на содержание гипса
7
4.4. Качественный анализ на содержание органических веществ
7
4.5. Количественный анализ на содержание CaCO3
7
5. Выводы
7
6. Список литературы
8
7. Приложения
9
3
1. Введение
Наступает осень - 1 сентября. Начинается новый учебный год. На школьных
досках
появятся новые формулы, предложения . Для любого учителя ясно как день – теперь только
успевай запасаться мелом. Казалось бы, такой непритязательный продукт, тоннами
расходуемый не только в учебных заведениях, но и детьми на тротуарах и площадях нашей
страны! Однако искушенный потребитель сегодня требует
даже от него качества и
безопасности.
Проведенный опрос среди учителей показал, что
учителя недовольны качеством
поступающего в школу мела: отмечают, что мел сильно пачкает руки, осыпается с доски, что
вызывает раздражение верхних дыхательных путей.
Актуальность работы заключается в том, что мелки, используемые потребителем,
отличаются по качеству. А всегда ли качество связано с безопасностью для здоровья?
Объект исследования: карбонат кальция, гипс, крахмал, клей.
Предмет исследования: мел, поступающий в МОУ СОШ № 36 централизованно и мел,
покупаемый учителями индивидуально.
Гипотеза: существует мнение, что на качество мела влияют связующие материалы. В
качестве связующей добавки в основном применяется гипс и содержание его в мелках
достигает 60%.
Цель работы: провести исследования на выявление связующих материалов, используемых
для изготовления школьных мелков.
Задачами исследования являлись:
1. Анализ литературных данных;
2. Проведение химического анализа на определение качественного состава;
3. Проведение количественного анализа;
4. Проведение социологического опроса на выявления школьного мела наиболее
популярного среди учителей;
5. Анализ полученных экспериментальных данных.
Методы исследования:
1. Обзор литературы;
2. Сравнительный анализ;
3. Проведение эксперимента;
4. Наблюдения;
5. Математические расчеты;
6. Компьютерное моделирование.
4
2. Литературный обзор
2.1.
Формирование меловых пород.
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 делал бы учитель без
мела? Откуда мел берет свое начало?
Оказывается, что 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 известняк, который мы называем мелом.
Мел представляет собой полузатвердевший морской ил, отлагавшийся на глубине
м
и
более.
Он
широко
распространен
в
природе,
приурочен
30–500
верхнемеловым
нижнепалеогеновым отложениям. Как мы уже знаем, различные изменения на Земле
превращали морское дно в сушу. Слои мела, находившиеся на морском дне, были подняты над
поверхностью моря. Наиболее рыхлые участки были размыты водой, оставив высокие
меловые скалы. Наиболее известные находятся у Дувра на английской стороне и у Дьеппа – на
французской.
В различных районах мира мел залегает вдали от моря, там, где когда-то было море.
Пример тому – штаты Канзас, Арканзас и Техас в США.
В России крупное месторождение мела находится в Лискинском районе Воронежской
области. Переработка мела осуществляется на Копанищенском мелоизвестковом комбинате и
Россошанском хим.заводе. Самый старый в России завод по производству мела находится в
Белгороде. Крупные месторождения мела в районе Харькова (Украина). (6.1)
2.2.
Химический состав карбонатной породы «мела».
В зависимости от способа производства и области преимущественного применения мел
подразделяют на виды, марки, сорта, установленные ГОСТом (1972) (6.2).
По данным химического анализа в меловой породе содержатся:
CaCO3 – 98,19-98,54%; MgCO3 – 0,52-0,71%; SiO2 – 0,68-0,76%; Al2O3 – 0,12-0,15%;
Fe2O3 – 0,09-0,11%.
2.3.
Технологии изготовления мела.
2.3.1. Экструкционный способ.
При этом способе мокрый мел в виде тонких колбасок поступает из машины похожей на
мясорубку. Колбаски укладываются на противень, режутся и сушатся в печах. Получаются
5
мелки круглой формы. Технологическая особенность этих мелков – их «связывание»
происходит за счет клея (чаще всего ПВА), что не совсем безопасно для здоровья. Зато этот
мел мягок, приятен на ощупь, практически не пачкает рук.
2.3.2. Способ литья.
Технология изготовления литого мела пришла к нам из Чехии. Литой белый мел
абсолютно безопасен для здоровья, так как его связующим материалом является гипс в очень
малых количествах.
Литой мел изготавливается с помощью пресс – формы, которая представляет собой
емкость с ячейками в форме вытянутого куба.
В смесителе порошок мела тщательно перемешивается с гипсом (белый мел), а также с
красителями (цветной). От качества порошка напрямую зависит качество мела – в нем не
должно быть твердых частиц гипса или песка, которые потом царапают доску при письме.
Полученный порошок ссыпается в бочку, где вручную разводится водой .
Смесь заливается в матрицы и остается там на некоторое время – вода постепенно
испаряется, происходит 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 - 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.
2.4.
Рекомендации по определению качества мела:

при письме мел не должен сильно крошиться;

мел не должен сильно пачкать руки;

мел должен быть чистым, особенно белый;

в нем не должно быть твердых вкраплений, царапающих доску.
(6.1)
Выводы:
1. Проведенный литературный обзор показал, что наличие примесей зависит от меловой
породы;
2. При изготовлении школьных мелков применяют технологии : технология литого мела и
экструкционный способ.
3. В качестве связующего материала применяют гипс или клей ПВА. Вид связущего
материала зависит от способа получения мела.
6
3. Экспериментальная часть.
3.1.
Методика проведения эксперимента:
Реактивы и оборудование:
1.Микроскоп; 2.предметные стекла; 3.пипетки; 4.штатив лабораторный с кольцом и
муфтой; 5.ступки с пестиком; 6.химические стаканы на 100 мл; 7.стеклянные палочки;
8.сушильный шкаф; 9. аналитические весы; 10. дистиллированная вода; 11. раствор соляной
кислоты 10 %; 12. образцы мелков. (6.3, 6.4, 6.5)
Ход работы.
1. Взвешивание образцов мелков на аналитических весах:
= 2, 01 г;
= 2, 29 г;
= 2, 16 г.
2. Измельчение образцов мелков с помощью ступки. Проведение визуального анализа
мелков.
3. Проведение качественной реакции на обнаружение иона СО3:
Поместить мелки в стакан и прилить избыток раствора соляной кислоты до прекращения
химической реакции
CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O.
4. Провести фильтрование.
5. Анализ на содержание гипса, крахмала в образцах мелков.
Анализ на содержание гипса проводим с помощью микроскопа:
на предметном стекле при наличии гипса наблюдается игольчатая структура.
Крахмал можно обнаружить с помощью йодной воды:
крахмал образует соединение сине-фиолетового цвета.
6. Высушивание остатка образцов мела в сушильном шкафу при 130-150°С в течение 8
часов.
7. Проведение расчетов.
8. Анализ полученных экспериментальных данных.
4. Результаты эксперимента
4.1.
Визуальный анализ мелков.
Визуальный анализ мелков показал:

образец № 1 имеет однородный цвет, сходство с мукой;

образец № 2 - цвет неоднородный, содержит примеси в виде песка;

образец № 3 - цвет неоднородный, содержит примеси в виде песка.
Следует отметить, что образец № 2 измельчался очень легко, образец № 3 измельчался с
трудом. [приложение 1]
7
4.2.
Качественный анализ на содержание CaCO3.
Наблюдения по проведению качественного анализа на содержание CaCO3 показали:
 образец № 1 – реакция протекает очень медленно и закончилась при действии на
образец 50 мл раствора соляной кислоты; раствор после окончания реакции светлый;
 образец № 2 – реакция протекает очень бурно и закончилась после действия 100 мл
раствора соляной кислоты; раствор после окончания реакции менее прозрачный;
 образец № 3 – реакция протекает медленно и закончилась после действия 80 мл
раствора соляной кислоты; раствор после окончания реакции мутный. [приложение 2]
4.3.
Качественный анализ на содержание гипса.
Наблюдения под микроскопом показали:

образцы № 2 и 3 на предметном стекле имеют игольчатую структуру;

образец № 1 игольчатую структуру не имеет. [приложение 3]
4.4.
Качественный анализ на содержание органических веществ.
После выдерживания фильтровальной бумаги с остатками мелков в сушильном шкафу
установлено:

фильтровальная бумага с образцом № 1 потемнела;

фильтровальная бумага с образцами № 2, 3 по цвету осталась без изменений;

на фильтровальной бумаге с образцами № 2 и 3 отмечается наличие крупинок песка
[приложение 4];

при добавлении раствора йода в образцы мела сине-фиолетового окрашевания не
наблюдается.
4.5.
Количественный анализ на содержание CaCO3.
№ обр.
масса обр.,г.
№1
2,01
№2
2,29
№3
2,16
[приложение 5]
масса остатка, г.
0,77
0,07
0,44
потеря массы, г.
1 ,24
2 ,22
1 ,72
доля CaCO3, %
62
97
80
5. Выводы:
Проведенные экспериментальные исследования показали:
1. Пачкают руки, осыпаются с доски образцы мела № 2, 3. Образец № 1 руки не пачкает и
оставляет хороший след на доске.
2. Образцы мела № 2, 3 содержат примеси в виде песка.
3. В качестве связующего материала в образцах мела № 2, 3 используется гипс.
4. В качестве связующего материала в образце мела № 1 используется клей.
5. Содержание примесей в образце № 2 составляет 3 %.
8
6. Содержание примесей в образце № 3 составляет 20 %.
7. Содержание гипса в данных образцах мела для придания ему необходимой прочности
недостаточно.
8. В образце №1 наличие гипса не установлено. Потемнение фильтровальной бумаги
после прокаливания свидетельствует о содержании органических веществ, но так как крахмал
не обнаружен, можно сделать вывод о наличии клея, который также может быть использован
при изготовлении мелков.
9. Лучшим связующим материалом является клей.
10. Лучшими качествами обладает образец мела № 1. Данные образцы мела учителя
покупают индивидуально.
6. Список литературы.
1. А. Ликум – «Всё обо всем» популярная энциклопедия для детей, Том 1. Москва, 1993г.
2. ГОСТ Состав, способы производства, области применения меловых пород. 1972 г.
3. П.А. Оржековский, В.Н. Давыдов, Н.А. Титов – «Творчество учащихся на практических
занятиях по химии». АРКТИ, Москва, 1999г.
4. П.И. Воскресенский – «Техника лабораторных работ». Химия. Москва. 1973г.
5. С.А. Шапиро, М.А. Шапиро – «Аналитическая химия». Высшая школа. Москва. 1989г.
9
Приложение 1
Визуальный анализ мелков.
Приложение 2
10
Качественный анализ на содержание CaCO3.
11
Приложение 3
Качественный анализ на содержание гипса.
12
Приложение 4.
Качественный анализ на содержание
органических веществ.
13
Приложение 5.
Содержание CaCO3 в образцах мела.
Образец 1
32%
CaCO3
Примеси
68%
Образец 2
3%
СаСО3
Примеси
97%
Образец 3
20%
СаСО3
Примеси
80%
14
Приложение 6.
Использование мела в промышленности.