Исследовательская работа: «Что таит в себе песок»

МУНИЦИПАЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  «ДЕТСКИЙ ТЕХНОПАРК «КВАНТОРИУМ» Исследовательская работа: «Что таит в себе песок»                                                                                                                   Выполнил:                                                                                     Крылов Андрей Валерьевич                                                                           МОУ Гимназия №45, 3 «А» класс,                                                                                             МБОУ ДО Кванториум                                                                                              Научный руководитель:                                                                                           Гафаятова Зоя Асхатовна,                                                                     педагог дополнительного образования                                                                                          МБОУ ДО «Кванториум»                                                                                                                                г. Комсомольск­на­Амуре 2017 1 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………...3  I. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ ………………………………………………………………...5 II. I.1. Удивительные частички………………………………………………………………….5 I.2. Природа песка..…………………………………………………………………………...6  I.2.1. Песок…………………………………………………………………………………..6 I.2.2. Что такое выветривание?.............................................................................................6 2.3.Классификация по признакам………… ………..……………………………………….8 2.4. Виды песка……..…………………………………………………………………………8 2.5. Применение песка………………………………………………………………………10     2.6. Практическая часть…...…………………………………………………………………11     III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ………….…………………………………………………………….…13 Литература и адреса сайтов сети Интернет …………………….…………………………14 Приложение ………….……………………………………………………………………...15  2 I. ВВЕДЕНИЕ С раннего детства все мы сталкиваемся с таким материалом как песок: мы играем в песочнице, загораем на пляже, строим замки из песка.   Но так ли хорошо мы знаем, что такое песок и откуда он берётся? Песок ­ с одной стороны такой знакомый всем и простой материал, а с другой ­ такой загадочный и таинственный. Смотришь на него и не можешь оторвать взгляд. Я увлекаюсь искусством под названием Sand Art (Песочная графика). Это особый вид рисования ­ анимации, вот только вместо красок здесь используют сухой песок. Во время занятий мне стало интересно ­ почему он именно такой. Если   прикоснешься   ­   успокаиваешься.   Его   хочется   рассматривать,   перебирать пальцами его мелкие крупинки. Наблюдать, как он пересыпается из руки в руку. Песок ведь такой приятный на ощупь. В своей исследовательской работе я решил расширить свои знания о материале, с которым   я   работаю.   Работа   актуальна   и   может   быть   применима   в   школе   как дополнительный материал к занятиям. В нашей работе собраны и описаны различные сведения о песке: о видовом составе песка, о факторах его образования. Объектом исследования является песок. Предмет исследования – виды песка и применение.      Цель исследования – исследование    песка, его происхождение, виды, применение.  Задачи исследования: 1. Изучить литературу по данной теме. 2. Изучить разные виды песка. 3. Выяснить где применяется песок? 4. Приготовить свой песок в домашних условиях. 3 Гипотеза исследования – Если песок является химическим соединением, возможно ли провести   химический   опыт   по   его   изготовлению   в   домашних   условиях   с   применением подручных материалов? Методы исследования: 1. Изучение специальной литературы 2. Практическое исследование. 3. Наблюдение и фиксация наблюдений. 4. Обобщение и систематизация материала по данной теме.     4 II.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 2.1. Удивительные частички     Песок кажется нам настолько знакомым и привычным, что мы его почти не замечаем. И не думаем о том, насколько удивительное это творение природы.       Если   мы   возьмем   горсть   любого   песка   и   рассмотрим   ее   очень близко (а еще лучше, воспользуемся для этого микроскопом) то увидим, что   он   состоит   из   частичек,   которые   отличаются   друг   от   друга размером, цветом, прозрачностью и т.п. (Приложение 1)                  Мы спрашиваем себя – почему так? Чтобы  ответить  на  этот вопрос  я решил  узнать  о природе  происхождения  частичек песка. 5 2.2.Природа песка 2.2.1.  Песок Более 15 млн. кв. км всей площади земного шара покрывают пески.  Что такое песок? Песок – горная порода,  образовавшаяся в результате разрушения гор и скал.  Песок  получается  из   маленьких  частичек  минералов,  входящих  в  состав  горных пород,   поэтому   в   песке   можно   обнаружить   различные   минералы.   В   основном   в   песке находят кварц (вещество ­ диоксид кремния или SiO 2), так как он прочный и его много в природе. Иногда песок на 99% состоит из кварца. Из  других минералов в песке имеется полевой шпат, кальциты, слюда, железная руда, а также в небольших количествах гранат, турмалин и топаз. Когда­то давным­давно, когда наша планета Земля была совсем новенькая, песка на ней еще не было. Тогда к небу вздымались одни острые скалы. Но постепенно они стали разрушаться. Причиной этого является процесс выветривания. 2.2.2.Что такое выветривание?      Выветривание ­ процесс разрушения и изменения горных пород под воздействием  внешних факторов.   Существуют основные типы выветривания по роду воздействия на горные породы: Рис.1 6 Физическое  выветривание  ­  механическое  воздействие  ветра,  текучих  вод, морских волн, ледников, перепада температур.  Рис.2 Примеры физического разрушения горных пород Химическое выветривание ведёт к изменению химического состава горной породы процессами окисления, гидратации и др.   с   образованием   минералов,   более   стойких   в   условиях земной поверхности. Биологическое выветривание  сводится к механическому и химическому вызываемому изменению     пород,   жизнедеятельностью организмов.                Биологические   факторы   играют   важную   роль   в своеобразном типе выветривания — почвообразовании.       От скал откалывались крупные куски, потом эти крупные куски раскалывались на еще  более мелкие, те ­ на еще более мелкие и так далее, пока кусочки горных пород не  превращались практически в пыль ­ в песчинки. том месте, где он был образован.  Стадии образования песка                 Но песок не остается лежать на 7 Ветры разносят песок, а реки своим течением постоянно выносят песчинки, которые они откалывают от скал или вымывают из почвы.   И поэтому большинство песка скапливается по берегам рек, озер или морей.  2.3. Классификация по признакам Пески классифицируют по следующим признакам:         плотности; происхождению и виду; зерновому составу; содержанию пылевидных и глинистых частиц, в том числе глины в комках; содержанию органических примесей; характеру формы зерен; содержанию вредных примесей и соединений; прочности. Исследую свои образцы песка, я убедился, что действительно они разные. Речные и морские пески имеют округлую форму зерен. Горные пески ­ остроугольные зерна загрязненные вредными примесями. 2.4. Виды песка Вашему   вниманию   я   представляю   три   вида   песка,   которые   имеются   у   меня   в наличии.  Речной песок ­ (этот образец взят на о. Серая цапля берег реки Амур) это песок, который   добывают   со   дна   рек,   характеризуется   высокой   степенью   очистки.   Он представляет собой однородный материал с отсутствием  посторонних включений, глинистых примесей и камушков. Очищен он естественным способом ­ течением воды. Главное  преимущество  речного  песка  в   том,  что  он  представляет   собой  именно песок,   а   не   песочную   смесь   с   участием   глины,   земли,   каменных   частиц.   Благодаря длительному природному воздействию песчинки обладают гладкой овальной поверхностью и размером примерно 1,5­2,2 мм. Речной   песок   является   довольно   качественным,   но   в   тоже   время   и   довольно дорогим   строительным   материалом.   Добыча   речного   песка   производится   с   помощью специальной   техники   ­   земснарядов.   Это   нисколько   не   вредит   экологии,   а   наоборот 8 помогает   прочищать   русла   рек.   Наиболее   крупный   речной   песок   добывается   в   устьях пересохших рек.  Цветовая палитра добываемого песка, довольно разнообразна, от темно ­ серого до ярко желтого. Запасы этого стройматериала в природе практически неисчерпаемы.  Морской  песок  –   (этот   образец   взят   в   Приморском   крае,   Хасанский   р­он)   это песок, имеющий в своем составе наименьшее количество посторонних примесей. Чистота  морского   песка  обусловлена   местом  его  добычи,  а  также   применением двухступенчатой системы очистки от посторонних включений. Первый этап очистки песок проходит непосредственно на месте его добычи, а второй этап – в пределах специальных   производственных   площадок.   Учитывая   высокое   качество   морского песка, его, без преувеличения, можно применять в любых строительных работах.  Кварцевый  –   (этот   образец   был   взят   в   кабинете   Биоквантум   Кванториума, собственно там, где я занимаюсь Песочной графикой). Пески данного вида также принято   называть   «белыми»   из­за   характерного,   бело­молочного   оттенка.  Песок мелкий и однородный.   Крупность частиц песка   составляет 0,1 ­ 0,3мм. Песок сертифицирован и безопасен. ГОСТ 22856­89, ГУ 711­010­3083126 Я  сравнил три вида песка и результаты записал в виде таблицы. (Приложение 2) Мне   стало   интересно,   какие   ещё   виды   песка   существуют,   и   я   обратился   к   интернет ­источникам за помощью.  Карьерный песок  ­ это природный материал, добываемый открытым способом в карьерах.   Данный   песок   имеет   достаточно   высокое   содержание   глины,   пыли   и прочих   примесей.   Карьерный   песок   дешевле   речного,   что   обуславливает   его широкое   использование.   В   зависимости   от   метода   очистки,   разделяют   его   на сеянный и мытый  карьерный песок.  Строительный   песок ­  в отличие от природных разновидностей искусственные пески   производятся   с   применением   специализированного   оборудования   путем механического или химического воздействия на горные породы. 9 2.5. Применение песка Следующей моей задачей было, выяснить, где же применяется песок? Применение песка широко используется в составе строительных материалов, для намывки   участков   под   строительство,   для   пескоструйной   обработки,   при   возведении дорог, насыпей, в жилищном строительстве для обратной засыпки, при благоустройстве дворовых   территорий,   при   производстве   раствора   для   кладки,   штукатурных   и фундаментных   работ,   используется   для   бетонного   производства.   При   производстве железобетонных   изделий,   бетона   высоких   марок   прочности,   а   также   при   производстве тротуарной плитки, бордюров. Мелкий строительный песок используется для приготовления растворов. Песок используется и при производстве стекла, но только один его вид – песок кварцевый. Чистота и однородность песка делают возможным применение его в стекольной промышленности, где важно отсутствие малейших примесей. Менее   чистый   кварцевый   песок   используют   в   штукатурных   (внутренних   и наружных)   отделочных   работах.   Использование   его   в   производстве   бетона   и   кирпича позволяет придать получаемому продукту нужный оттенок. Строительный речной песок довольно широко применим в различных декоративных и   отделочных   работах   готового   помещения.   Он   также   выступает   компонентом асфальтобетонных   смесей,   которые   используются   в   строительстве   и   укладке   дорог,   а также в процессах фильтрования и очистки воды. В сельском хозяйстве, песочные почвы идеально подходят для таких культур, как арбузы, персики, орехи, и их превосходные характеристики делают их пригодными для интенсивного молочного животноводства. Песок     также   является   абсолютной   необходимостью   для   морских   рифовых аквариумов, которая эмулирует среду и состоит в основном из арагонита коралловых и 10 моллюсков. Песок не токсичен и совершенно безвредный для аквариумных животных и растений. Песок это «замки из песка», которые популярны в городах и на пляже. Рисование песком – с использованием специальных боксов со стеклом и подсветкой. Как это делаю и я. 2.6. Практическая часть Следующим шагом в моей работе, была практическая часть. Перед   нами   стояла   задача:   можно   ли   изготовить   диоксид   кремния   в   домашних условиях.   Проштудировав   информацию   в   интернет   ­   источниках,   я   выбрал   несколько рецептов, интересных, на мой взгляд, и приступил к практической работе. (Приложение 3) Способ №1: Песок + крахмал Ингредиенты: *Крахмал картофельный – 1 стакан; * Песок белый – 1,5 стакана; * Вода чистая – 2/3 стакана. Этапы работы: 1.   Чистый песок смешать с содой.  2. Добавить   воду,   перемешать   все   руками.   Если   есть   желание   приготовить   цветной песочек, добавить акварельную краску или же любой пищевой краситель. После изготовления образца, я решил описать его свойства: ­ липкий; ­ мягкий; ­ крепкий; ­ тяжелый; ­ хорошо держит форму; ­ непластичный; ­ легко распадается на части; ­ подходит для больших грубых форм лепки; ­ сильно крошиться. 11 Способ №2: Крахмал + пена для бритья Ингредиенты: * Крахмал картофельный – 450 гр.;  * Пена для бритья – 140 гр. Этапы: 1 Подготовьте все необходимые ингредиенты. Ввести пену в крахмал до того момента, пока начнут образовываться клубочки. 2 Взбить все руками, надев перчатки, затем добавьте красящий компонент или гуашь. 3 Масса,   состоящая   из   пены   и   крахмала,   тщательно   растирается.   В   конце   должна получиться смесь, похожая на морской песок. После изготовления образца, я решил описать его свойства: ­ мягкий; ­ легкий; ­ пластичный; ­ хорошая клейкая структура; ­ мелкозернистый; ­ подходит для лепки мелких деталей; ­ бархатная структура; ­ легко окрашивается; ­ не оставляет следов на руках; ­ приятный запах. Способ №3: Сода + моющее средство Ингредиенты: * Питьевая сода – 2 части; * Разрыхлитель для теста – 1 часть; * Моющее средство для посуды – 1 часть. 12 Этапы: 1 Соединить   сперва   все   сыпучие   компоненты,   постепенно   ввести   моющий   гель, вымешивать песчаную массу руками. 2 Пропустить песок сквозь пальцы, чтобы не было сухих гранул. 3 Если   смесь   получилась   не   достаточно   густая,   добавить   разрыхлитель,   корректируя консистенцию. У меня получилось три образца диоксида кремния. II. ЗАКЛЮЧЕНИЕ   Благодаря необычному увлечению на первый взгляд и выбранной теме   я открыл для себя мир песка, который оказался удивительным, загадочным,  полон тайн.  Выдвинутая   мною   гипотеза  ­  если   песок   является   химическим   соединением, возможно   ли   провести   химический   опыт   по   его   изготовлению   в   домашних   условиях   с применением подручных материалов, подтвердилась.     Цель работы по изучению песка достигнута. Можно сделать следующий вывод:     1. Песок образуется в результате  выветривания (воздействия  ветра, воды, атмосферы  и  растений на горы и скалы). 2. Ветер и вода переносят частички песка. 3. Видовой состав песка, многообразен. 4. Применение песка, обширно. 5. Действительно, песок можно получить в домашних условиях, с помощью подручных  материалов. Данная работа была для меня интересной и познавательной. Особенно мне понравилось  рассматривать частички песка через лупу и микроскоп, проводить опыт в домашних  условиях. Но не всё было легко, были и трудности, которые были связаны с написанием  теоретической части исследовательской работы, логически выстроить ход мыслей. Данную работу считаю актуальной, потому что она  имеет информационную ценность  для учащихся, учителей и людей, которые захотят расширить знания о таком материале,  как песок. В дальнейшем эту работу я планирую продолжить, и углубить знания в изучении и  лабораторных исследованиях конкретно песочниц во дворах нашего города.   В   результате   своей   деятельности   я   научился   работать   с   литературой, систематизировать   информацию,   вести   поисковую   работу   в   сети   Интернет,   выбирать 13 нужный   материал   из   большого   объёма   информации,   проводить   лабораторные   работы, пользоваться микроскопом, оформлять работу по требуемым стандартам.  ЛИТЕРАТУРА И АДРЕСА САЙТОВ СЕТИ ИНТЕРНЕТ 1. Большая детская энциклопедия. Мойра Баттерфилд и др. Пер. с анг. А.И.Кима и В.В. Демыкина – М.:ЗАО «РОСМЭН­ПРЕСС» 2. Что такое? Кто такой? Детская энциклопедия. – М.: «Педагогика­Пресс», 1992 г. 3. Я   познаю   мир:   Дет.энциклопедия.:   География/Е.В.   Селезнёва;­   М.:   ООО «Издательство АСТ»: ООО «Издательство Астрель», 2001г. 4. http://www.litvinovsky.ru/  5. http://www.kerammassa.ru/  6. http://eggp.narod.ru/spravka/PIUrala_Gliny_1.htm  7. http://www.ecology.md/  8. http://eggp.narod.ru/  9. http://www.books­labirint.ru/kniga.php?t=549353&go=305 14 Робота с образцами исследования                                                                        Приложение 1 ПРИЛОЖЕНИЕ 15 Увеличение образцов под микроскопом и бинокуляром. 16 17 Сравнительная таблица видов песка                                                                    Приложение 2 Характеристика Образец 1  Речной песок Образец 2 Морской песок Образец 3 Кварцевый песок  Откуда взят остров Серая Цапля берег реки Амур Приморский край (Хасанский раон) Кабинет Биоквант МБОУ ДО Кванториум Состав Цвет По величине  зерна По форме зерна Запах Растворимость в  воде Агрегатное  состояние Водопоглощение Кварц, кремний, слюда тёмный кварц, слюда, полевые шпаты, кремний светлых оттенков крупный песок 1,5­2,2 мм округлый не имеет не растворим средний песок 0,1­0,3 мм округлый не имеет не растворим кварц белый, слегка молочного средний песок  0,1­0,3 мм округлый не имеет не растворим твёрдый твёрдый твёрдый Хорошо пропускает Хорошо пропускает Хорошо пропускает воду воду воду 18 Образец №1  Образец №2 19 Образец №3 Способ приготовления диоксида кремния                                                          Приложение 3 Способ №1 – Песок + крахмал Ингредиенты: *Крахмал картофельный – 1 стакан; * Песок белый – 1,5 стакана; * Вода чистая – 2/3 стакана. Этапы: 20 1. Чистый песок смешать с содой.  2. Добавить воду, перемешать все руками. Если есть   желание   приготовить   цветной   песочек, добавить   акварельную   краску   или   же   любой пищевой краситель. Результат Способ №2 – Крахмал + пена для бритья Ингредиенты: * Крахмал картофельный – 450 гр.;  * Пена для бритья – 140 гр. Этапы: 21 1.   Подготовьте   все   необходимые   ингредиенты.   Ввести   пену   в   крахмал   до   того момента, пока начнут образовываться клубочки. 2. Взбить все руками, надев перчатки, затем добавьте красящий компонент или гуашь. 3. Масса,  состоящая  из  пены  и  крахмала,  тщательно  растирается.  В конце  должна получиться смесь, похожая на морской песок. Результат: 22 Способ №3 – Сода + моющее средство Ингредиенты: * Питьевая сода – 2 части; * Разрыхлитель для теста – 1 часть; * Моющее средство для посуды – 1 часть. Этапы: 1.   Соединить   сперва   все   сыпучие   компоненты,   вымешивать постепенно   ввести   моющий   гель, песчаную массу руками. 2. Пропустить песок сквозь пальцы, чтобы не было сухих гранул. 3. Если смесь получилась не достаточно густая, добавить разрыхлитель, корректируя консистенцию. Результат: 23 24