III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ГЛИНЫ
Кочегура Д.Д.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Многие люди считают глину обыкновенной. На самом деле, привычный всем материал – очень интересен. Интересно узнать: что такое глина?

Глина -широко распространенная горная порода и вторичный продукт земной коры,осадочная горная порода,образовавшаяся в результате разрушения скальных пород в процессе выветривания.

Основным источником глинистых пород служит полевой шпат, при распаде которого под воздействием атмосферных явлений образуются каолинит и которого под воздействием атмосферных явлений образуются каолинит и другие гидраты алюминиевых силикатов. Некоторые глины осадочного происхождения образуются в процессе местного накопления упомянутых минералов, но большинство из них представляют собой наносы водных потоков, выпавшие на дно озёр и морей.

Ранее глину добывали по берегам рек и озер. Или копали специально под нее яму. Затем глину оказалось возможным не копать самостоятельно, а купить у гончара, например. Во времена нашего детства обычную, красную глину, выкапывали сами, а благородную белую покупали в магазинах для художников или, особенно чистую, в аптеке.

В зависимости от того, из какой породы образуется глина и каким образом идет ее образование, она приобретает различные цвета. Наиболее часто встречаются желтая, красная, белая, голубая, зеленая, темно-коричневая и черная глины.

Глины широко применяются в промышленности (в производстве керамической плитки, огнеупоров, тонкой керамики, фарфоро-фаянсовых и сантехнических предметов торговли), строительстве (производство кирпича, керамзита и др. стройматериалов), для бытовых нужд, в косметике и как материал для художественных работ (лепка). Мы решили изучить состав и свойства глины и провести с ней эксперименты.

Актуальность работы: распространение глины в природе.

Гипотеза: различные свойства глины можно использовать для различного применения.

Цель работы: исследование и применение свойств глины для создания декоративной поделки

Задачи:

  • Изучить общие сведения о глине, используя литературные источники.

  • Изучить и провести наблюдения за физическими свойствами глины, проанализировать результаты исследований.

  • Провести практические опыты с глиной.

  • Изготовить декоративное глиняное изделие.

Методы исследования:

  • Работа с источниками информации. Теоретические исследования.

  • Экспериментальные методы.

  • Наблюдение и фотографирование.

  • Анализ полученных результатов.

1. Теоретическая часть. Основные сведения о глине.

1.1. Горная порода – глина

Глины и глинистые породы слагают около половины всех осадочных пород земной коры. Гли́на — мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глина состоит из одного или нескольких минералов группы каолинита (происходит от названия местности Каолин в Китае), породообразующим минералом в глине является каолинит, его состав: 47 % (мас) оксида кремния(IV) (SiO2), 39 % оксида алюминия(Al2О3) и 14 % воды (Н2O).

Оксиды алюминия и оксиды кремния — составляют значительную часть химического состава глин жёлтого, коричневого, синего, зелёного, лилового и даже чёрного цветов. Глина есть повсюду. Что, в общем, неудивительно - глина, осадочная порода, это камень, потертый временем и внешним влиянием до состояния порошка. Последняя стадия эволюции камня. (Камень-песок-глина.)

Глина появилась на земле много тысяч лет назад. Ее «родителями» считаются известные в геологии породообразующие минералы — каолиниты, шпаты, некоторые разновидности слюды, известняки и мраморы. При опрделенных условиях даже некоторые виды песка трансформируются в глину. Все известные породы, имеющие геологические выходы на поверхности земли, подвержены влиянию стихий — дождя, вихревой бури, снегов и паводковых вод.

Перепады температур днем и ночью, нагревание породы солнечными лучами способствуют появлению микротрещин. В образовавшиеся трещинки попадает вода и, замерзая, разрывает поверхность камня, образуя на ней большое количество мельчайшей пыли. Циклон дробит и растирает пыль в еще более мелкую пыль. Там, где циклон меняет свое направление или просто затихает, со временем образовываются огромные скопления частичек породы. Они спрессовываются, пропитываются водой, и в результате получается глина.

1.2. Свойства глины

Свойства глин: пластичность, огневая и воздушная усадка, огнеупорность, спекаемость, цвет керамического черепка, вязкость, усушка, пористость, набухание, дисперсность. Глина является самым устойчивым гидроизолятором — водонепропускаемость является одним из её качеств. За счёт этого глиняная почва — самый устойчивый тип почвы, развитый на пустырях и пустошах. Водонепропускаемость глины полезна для сохранения качества подземных вод - значительная часть качественных артезианских источников залегает между глинистыми слоями.

Глину окрашивает камень-создатель и соли железа, алюминия и тому подобных полезных ископаемых, оказавшихся рядом. В глине размножаются, живут и умирают разные организмы. Так и получается красная, желтая, голубая, зеленая, розовая и другие цветные глины.

Сухая глина хорошо поглощает воду, но намокнув, становится водонепроницаемой. После переминания и перемешивания она приобретает свойство принимать различные формы и сохранять их после высыхания. Такое свойство называется пластичностью. К тому же глина обладает связывающей способностью: с порошкообразными твердыми телами (песок) дает однородное "тесто", также обладающее пластичностью, но уже в меньшей степени. Очевидно, что чем больше в глине примеси песка или воды, тем ниже пластичность смеси.

По характеру глины делятся на "жирные" и "тощие". Глины с высокой пластичностью называются "жирными", так как в намоченном состоянии дают осязательное ощущение жирного вещества. "Жирная" глина блестящая и скользкая на ощупь (если такую глину взять на зубы, то она скользит), содержит мало примесей. "Тесто", приготовленное из нее, нежное. Кирпич из такой глины при сушке и обжиге дает трещины, и во избежание этого к замесу прибавляют так называемые "отощающие" вещества: песок, "тощую" глину, жженый кирпич, гончарный бой, древесные опилки и прочее. Глины малопластичные или непластичные называются "тощими".

Важным свойством глины является ее отношение к обжигу и вообще к повышенной температуре: если замоченная глина на воздухе твердеет, высыхает и легко стирается в порошок, не претерпев при этом никаких внутренних изменений, то при высокой температуре происходят химические процессы и состав вещества меняется.

При очень высокой температуре глина плавится. Температура оплавливания (начала плавления) характеризует огнеупорность глины.

Окраска глин разнообразна: светлосерая, голубоватая, желтая, белая, красноватая, бурая с различными оттенками. Качество изготавливаемого кирпича не зависит от цвета глины.

Важнейшими свойствами глины 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)связующая способность.

7)водоупорность, т.е. способность после насыщения определенным количеством воды не пропускать через себя воду.Из глиняного теста делают различные изделия-кувшины,кринки,горшки,миски и т.п.,которые после обжига становятся совершенно твердыми и не пропускают воду.

Не все глины и не в одинаковой степени обладают перечисленными свойствами.

1.3. Значение и применение глины

При различных заболеваниях помогает глина определенного цвета.

С помощью белой глины лечат заболевания кишечника, ожирение, выпадение волос, укрепляют ногти. Красную глину используют при заболеваниях сердечно-сосудистой системы, гипотонии, варикозном расширении вен, нервных и эндокринных заболеваниях. Желтая глина применяется при инсульте, заболеваниях желудка и кишечника, мигрени, головной боли, остеохондрозе. Черная глина используется для снижения температуры, при различных видах сердцебиения, воспалениях кожи и внутренних органов, способствует омоложению организма. Голубая глина хорошо лечит ожирение, гипофункцию щитовидной железы, снимает мышечную слабость и обеспечивает подвижность суставов. В косметическом плане голубая глина используется при жирной коже. Если нет глины нужного цвета, то можно использовать любую глину.

Практическое использование

Производимый из керамзитовых глин путём отжига со вспучиванием керамзитовый гравий и песок широко используются при производстве строительных материалов (керамзитобетон, керамзитобетонные блоки, стеновые панели и др.) и как тепло- и звукоизоляционный материал. Это лёгкий пористый строительный материал, получаемый путём обжига легкоплавкой глины. Стены из керамзитобетона долговечны, имеют высокие санитарно-гигиенические характеристики, а сооружения из керамзитобетона, построенные более 50 лет назад, эксплуатируются и по сей день. Самым крупным производителем керамзита является Россия.

Многие врачи рекомендуют использовать голубую глину в виде присыпок, паст, мазей при кожных заболеваниях (язвах, ожогах, опрелостях). Внутрь взрослым людям рекомендуется принимать по 20-30 г за один прием и не более 100 г в сутки при желудочно-кишечных заболеваниях (колите, энтерите, пищевом отравлении).

В народной медицине голубой глиной лечат: язву желудка, понос, вздутие живота, желтуху, цирроз печени, астму, туберкулез легких, анемию, нарушение обмена веществ, атеросклероз, паралич, эпилепсию и даже алкоголизм, желче- и мочекаменную болезнь. Берут 20 г глины, разводят в 150 мл теплой воды, принимают за 15-20 минут до еды.

Глины относятся к минеральному сырью массового потребления. Они используются в самых разнообразных отраслях народного хозяйства, для самых различных целей.

Кирпичное производство

Для выработки строительного кирпича применяются широко распространенные легкоплавкие песчанистые ("тощие") глины любого цвета..

Производство цемента

Портланд - цемент представляет собой тонко размолотый порошок смеси глины и известняка.

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. Отрасли промышленности

К ним относятся, например, мыловаренная, парфюмерная, текстильная, абразивная, карандашная и ряд других.

Быт и сельское хозяйство.

Глины, кроме того, широко используются и в быту, особенно в сельском хозяйстве: для кладки печей, глинирования токов, побелки стен и прочее. Большие перспективы имеет применение набухающих глин бентонитового типа при постройке плотин, водохранилищ и других подобных сооружений. Глина - важная и необходимая для многих отраслей народного хозяйства полезное ископаемое.[1]

2. Практическая часть

2.1. Выбор и подготовка материалов и оборудования для работы

Оборудование: химический стакан, стеклянная палочка, предметное стекло, шпатель, муфельная печь, стеки, клеенка, поролоновая губка. (Приложение 2, фото 5).

Практический опыт 1. Ознакомление с образцом глины

План работы: ознакомление с образцом глины.

Цель – изучить внешний вид глины.

Результат ознакомления с образцами глины изложен в виде таблицы

Таблица 1. Свойства глины

Образец

Цвет

Прозрачность

Глина обыкновенная

Серо-зеленый

Отсутствует

(Приложение 1, фото 2).

Внимательно рассмотрев образец, я записала свои наблюдения в таблицу

Таблица 2. Описание физических свойств глины

Свойства глины

Наблюдения

Агрегатное состояние

Твердое

Цвет

Серо-зеленый

Блеск

Отсутствует

Запах

Земляной

Твердость (по шкале Мооса, справочник)

 

Пластичность,хрупкость, эластичность

 

Растворимость в воде

нерастворимая

Температура плавления (справочник)

1440-1600

Плотность (справочник)

 

Теплопроводность (справочник)

 

Электропроводность (справочник)

 

Вывод: свойства веществ – это признаки, по которым одни вещества отличаются от других. Зная свойства веществ, человек может использовать их с большой пользой для себя.

Практический опыт 2. Изучение растворимости глины

Цель: изучить процесс растворения глины.

Сырье: глина; вода.

Ход работы: В химический стакан налили небольшое количество воды и положили маленький кусочек глины размером с горошину. Стеклянной палочкой размешали глину в воде.

Результат: Вода стала мутной, глина осела на дно.

Вывод: Глина плохо растворяется в воде, образуя двухкомпонентную систему из глины и воды. (Приложение 2, фото 4).

Практический опыт 3. Изучение пластичности глины

Цель: исследовать пластичность глины.

Сырье: глина; вода.

Ход работы: Кусочек глины увлажнить с помощью влажной поролоновой губки до тех пор, пока она не станет мягкой и пластичной.

Результат: глина при увлажнении стала мягкой и легко поддается лепке.

Вывод: глина при увлажнении приобретает новые свойства – пластичность и мягкость. (Приложение 1, фото 3).

Практический опыт 4. Исследование сушки сырой глины

Цель: изучить процесс сушки сырой глины.

Сырье: глина

Ход работы: Кусочек увлажненной сырой глины использовали для изготовления декоративной глиняной поделки. Глина легко поддается лепке, она мягкая и пластичная, поэтому можно вылепить любое изделие. В ходе практической работы была вылеплена фигурка собаки размером 10х10 см. Фигурку собаки из сырой глины оставили в помещении для просушки на воздухе. Время сушки составило одни сутки.

Результат: после сушки глиняное изделие изменило свой цвет. Сырая глина серо-зеленого цвета, а сухая глина – светло-серого цвета.

Вывод: при высыхании сырой глины происходит медленное испарение лишней воды. Изделие из глины приобретает свойства: изменение цвета, твердость.

Практический опыт 5. Обжиг глины

Цель: изучить процесс обжига глины.

Сырье:высушенная глиняная поделка.

Ход работы: высушенную глиняную поделку поместили в муфельную печь для обжига. Процесс обжига протекает при температуре 900-10100С. Время обжига составляет 8 часов.

Результат: после обжига глиняное изделие приобрело другой цвет и стало более твердым. Сухая глина имеет светло-серый цвет, а обожженная глина – коричнево-оранжевый цвет.

Вывод: при обжиге глина теряет практически всю влагу и приобретает новые свойства: прочность и водонепроницаемость. (Приложение 1, фото 1).

Практический опыт 6. Покрытие лаком и красками глиняной поделки.

Цель: создание раскрашенной творческой глиняной поделки.

Сырье: обожженная глиняная поделка, краски, лак.

Ход работы: обожженную глиняную поделку расписываем красками и покрываем лаком.

Результат: после росписи красками получили красивую декоративную поделку.

Вывод: обожженные изделия можно покрывать красками и лаками, заливать глазурями для придания этим изделиям новых свойств: водонепроницаемость, гигиеничность, декоративность.

Заключение

В ходе работы узнала много новой интересной информации о глине, ее добывании, применении и свойствах.

Глина – это широко распространенная горная порода и вторичный продукт земной коры, осадочная горная порода, образовавшаяся в результате разрушения скальных пород в процессе выветривания. Она бывает разного цвета, это зависит от камня-создателя. Применяется для косметики, здоровья и омоложения. Огромное промышленное значение имеет производство строительных материалов из глины: кирпич, цемент и т.д.

В работе изучены и использованы следующие свойства глины с целью создания декоративной поделки: пластичность, водоупорность, влагоиспарение, высыхание и обжиг.

Гипотеза подтвердилась: различные свойства глины можно использовать для различного применения. Зная определенные свойства глины можно использовать ее для различных нужд. Полезные свойства глины: она применяется для косметики, здоровья и омоложения. Огромное промышленное значение имеет производство строительных материалов из глины: кирпич, цемент и т.д.

Выводы

1. Используя литературные источники были изучены общие сведения о глине, её свойства, значение и применение.

2. В практической части работы изучили и провели наблюдения за физическими свойствами глины.

3. В ходе работы проведены опыты и наблюдения с фотофиксацией полученных результатов. Исследовали физические свойства глины: мягкость, пластичность, хрупкость, теплоемкость, твердость, прочность, цвет, водонепроницаемость. Все вышеперечисленные свойства глины изучены и применены на практике при изготовлении глиняной поделки.

4. В практической части работы изготовлено декоративное глиняное изделие в форме собаки размером 10х10 см.

Список литературы

  • Габриелян О.С. Химия. 8 класс: учеб. для общеобразоват.учреждений – М.: Дрофа, 2013 – 267 с.

  • Крицман В.А. Книга для чтения по неорганической химии. Пособие для учащихся. – М.: Просвещение, 1975 – 303 с.

  • Нахтигаль В. Большая серия знаний. – М.: ООО «ТД «Издательство Мир книги», 2005 – 128 с.

Электронный ресурс: статья Глина на www.xHYPERLINK "http://www.xumuk.ru/"umuk.ru.

Приложения

Приложение 1

Фото автора. Фото 1.

Фото автора. Фото 2.

Фото автора. Фото 3.

Приложение 2

Фото автора. Фото 4.

Фото автора. Фото 5.