XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ГИДРОГЕЛЬ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Первухина А.И. 1

---

1БОУ г. Омска «Гимназия № 19»

Сащенко Г.Ю. 1

---

1БОУ г. Омска «Гимназия № 19»

Работа в формате PDF

1.6 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В сентябре 2025 года моя сестра проводила научное исследование по выведению тропических бабочек в домашних условиях. На дне бабочкария я увидела розовые шарики. Мы, дети, называем их орбизы, на упаковке с шариками было написано – гидрогель. Они использовались в бабочкарии для поддержания необходимого уровня влажности. Меня очень заинтересовала эта тема.

От родителей я узнала, что гидрогель также используется в растениеводстве и косметологии. Доступность гидрогеля существенно возросла, и сегодня, например, шарики из гидрогеля можно купить практически в любом цветочном магазине или заказать через Интернет.

В связи с этим, мне захотелось изучить некоторые свойства материала бытовых гидрогелей, оценить их безопасность при использовании в быту и в дальнейшем ознакомить всех желающих с результатами своего исследования.

Для определения актуальности моего исследования я провела анкетирование среди учащихся 1-ых, 2-ых классов и педагогов моей гимназии. Проанализировав результаты которого, я сделала вывод, что большинство участников моего опроса имеют мало информации о составе и практическом применении гидрогеля. К примеру, 48% опрошенных не знают, что такое гидрогель; 66% считают его опасным и токсичным материалом. Вполне закономерным становится результат – 69% не используют гидрогель в быту. (Приложение 1)

В качестве гипотезы предполагаю: в гидрогеле можно вырастить растение.

Объект моего исследования: гидрогель цветной и прозрачный гидрогель разных форм

Предмет исследования: практическое применение гидрогеля в разных формах.

Я поставила перед собой цель: вырастить растения с помощью гидрогеля.

Для достижения поставленной цели мне предстоит решить следующие задачи:

1. изучить литературу и интернет-источники о гидрогеле;

2. провести анкетирование среди учащихся и педагогов для выявления уровня осведомленности и гидрогеле и его свойствах;

3. познакомиться с историей появления гидрогеля;

4. узнать об использовании гидрогеля, его вреде и пользе;

5. изучить физические свойства гидрогеля;

6. провести практические эксперименты:

- по выращиванию семян огурца с использованием гидрогеля;

- с гидрогелем и срезанными цветами;

- по альтернативному применению гидрогеля;

7. сделать выводы.

Работая над первой главой, я применяла следующие методы:

- изучение литературных источников;

- анкетирование;

- анализ и синтез.

При работе со второй главой – анкетирование, экспериментальный метод, наблюдение, физические опыты и обобщение.

Источниками для написания моей работы послужили статьи в научно-популярных журналах, а также блоги и статья в сети Интернет.

Кроме того, для написания теоретической части я обращалась к энциклопедиям для школьников и детским энциклопедиям.

Практическая значимость моего исследования заключается в возможности узнать подробнее о гидрогеле и возможности рассказать о результатах моих экспериментов друзьям и знакомым. Поскольку введение гидрогеля в свой быт может значительно упростить людям уход за комнатными растениями, а также ускорить и упростить процесс выращивания рассады для дачи и огорода.

Моя научно-исследовательская работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы и источников, приложения.

Глава 1. Гидрогели и их характеристика.

1. 1. Краткая история создания гидрогеля.

Определенной даты «рождения» гидрогеля нет. Есть лишь предположения, что гидрогель был впервые синтезирован в 1954 году чешским химиком Отто Вихтерле при попытках создать идеальное биологически совместимое вещество для производства контактных линз. (Приложение 2)

В СССР в начале 80-х годов прошлого века были начаты работы по созданию сильно набухающих полимерных гидрогелей в Институте химической физики АН СССР под руководством профессора К.С. Казанского. В настоящее время эти полимеры производят крупные фирмы США, Японии и развитых стран Европы. Они являются основными поставщиками полимеров на мировой рынок, а в России, Китае и ЮАР полимеры производят для внутреннего потребления. Производство гидрогелей продолжает неуклонно возрастать и к концу века достигнет 400 тыс. т. в год. Однако темпы роста производства не удовлетворяют потребностей, которые ежегодно возрастают на 8-10%. Поэтому актуальны разработка новых и совершенствование существующих перспективных методов синтеза гидрогелей. [10, с.2]

В настоящее время в России в Агрофизическом НИИ Россельхозакадемии ведутся работы по применению влагонабухающих полимеров, полученных из отходов нефтяной промышленности. А учёные Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева создали гидрогели нового поколения - структуры, удерживающие рекордно большое количество воды – до 99%.

1. 2. Виды гидрогелей

Гидрогели – это новое поколение материалов, обладающих уникальной способностью поглощать и удерживать при набухании в больших количествах воду, биологические жидкости, лекарственные растворы.

Сухой гидрогель представляет собой гранулы размером с бисер. Наиболее распространены гидрогели на основе полиакриламида.

Когда гидрогель находится в сухом состоянии, полимерные цепочки находятся в "свернутом" состоянии, при добавлении воды они расходятся и вода проникает внутрь. Происходит набухание гранул с образованием гидрогеля. После впитывания вода удерживается внутри внутри гранул и не испаряется. (Приложение 3)

Гидрогели обладают одновременно свойствами твердого тела и жидкости, поглощенной ими, и способны удерживать от одного миллилитра до нескольких литров влаги на грамм сухого вещества.[9, с.1]

Гидрогель можно выделить в группы:

По форме:

а) порошок, размер менее 0.2 мм или мелкие гранулы (песок) особенно эффективен для использования в горшках, кашпо, при выращивании рассады и на небольших участках.

б) гранулы, неправильная форма, размер 0,2 – 1 мм - способны поглощать воду в 200–400 раз больше собственного веса и широко используется в садоводстве, растениеводстве и для декоративных целей. [5, с. 14]

в) шарики, также известны как орбизы – форма правильного круга разного размера, сохраняют форму при набухании.

По плотности:

а) мягкие (гидрогель – для проращивания семян),

б) твердые (аквагрунт – для создания декора). (Приложение 4)

1.3. Области применения гидрогеля

Гидрогель широко используется человечеством. Рассмотрим наиболее распространенные области применения гидрогелей.

Медицина.

Гидрогель в медицине используется для ускорения заживления ран и ожогов, в офтальмологии для лечения синдрома сухости глаз, в стоматологии для регенерации тканей десен, а также для создания эндопротезов, контурной пластики и в составе "умных" капсул для доставки лекарств. Он создает оптимальную влажную среду, защищает от инфекций, снимает боль и способствует регенерации тканей. 

А также контактные линзы изготавливаются с применением гидрогеля.

Использование для детей.

Гидрогель применяется для детей в виде развивающих игрушек, таких как сенсорные коробки и "орбизы" для игр с безопасным оружием, которые помогают развивать мелкую моторику и координацию движений. При этом важно соблюдать меры предосторожности: игры должны проходить под наблюдением взрослых, детям младше 3 лет такие игрушки не рекомендуются, а проглоченные шарики большого размера или их большое количество могут быть опасны и требуют немедленного обращения к врачу. 

Их используют в качестве игрушек-антистресс, а также в стрельбе из специальных бластеров. 

Наполнение детских подгузников – гидрогель.

Косметология.

Гидрогель в косметологии используется для глубокого увлажнения и питания кожи, а также для восстановления, регенерации и антивозрастного ухода. Он применяется в виде масок, патчей, кремов и сывороток, а также для ухода за поврежденной кожей.

Гидрогелевые маски и патчи популярны для интенсивного увлажнения кожи, борьбы с морщинами и уменьшения отеков. Они плотно прилегают к лицу и способствуют глубокому проникновению активных питательных веществ.

Сельское хозяйство и растениеводство.

Гидрогели вносят в почву для удержания влаги, что значительно сокращает частоту полива и обеспечивает растения водой в засушливых условиях. Это помогает повысить урожайность, улучшить всхожесть семян и снизить вымывание удобрений в грунтовые воды. Они используются как для комнатных, так и для садовых и тепличных растений, газонов и лесного хозяйства. Гидрогель подходит практически для всех видов растений, кроме засухоустойчивых. То есть тех растений, которые не нуждаются в частом регулярном поливе и не переносят высокой влажности в корнях. [7, с 46.]

Декоративное искусство:

В декоративном искусстве гидрогель используется для создания флористических композиций, как субстрат для комнатных растений и как средство для ухода за срезанными цветами. Его применяют для украшения интерьера, например, в прозрачных вазах, создавая многослойные цветные композиции, или как элемент в дизайне с использованием ароматизаторов. 

1.4. Преимущества и недостатки гидрогеля

Основные преимущества гидрогеля:

- сокращает количество поливов и улучшает свойства почвы;

- полимер безопасен, не токсичен для растений и долговечен;

- экологически безопасен. Гидрогель разлагается под действием ультрафиолетовых лучей, то есть солнца. Он распадается на углекислый газ, воду и аммиак. Срок распада в почве от 3 до 5 лет;

- прозрачный гидрогель позволяет наблюдать за развитием корневой системы;

- обеспечивает быcтpoe пpopacтaниe ceмян и сoxpaняeт pacтeния пpи тpaнcпopтиpoвкe.

Недостатки гидрогеля:

- под действием прямых солнечных лучей гидрогель может покрыться плесенью;

- применим для выращивания не всех растений;

- разноцветные капсулы полимера быстро выцветают и на ярком свету и теряют свой декоративный вид;

- верхний слой гранул аквагрунта пересыхает на воздухе, тогда как на дне сосуда кристаллики плесневеют в результате застоя воды. Поэтому их необходимо периодически промывать в проточной воде;

- важно отметить, что при проглатывании даже одного шарика необходимо немедленно обратиться к врачу, так как это может вызвать кишечную непроходимость, требующую хирургического вмешательства;

-  при попадании в канализацию гидрогель может вызвать серьезный засор в трубах.

Глава 2. Практическое применения гидрогеля

2.1. Изучение физических свойств гидрогеля

Опыт № 1. Как изменяется гидрогель про контакте с водой.

Для проведения эксперимента мной выбрано четыре испытуемых образца гидрогеля:

Образец А – прозрачный порошок

Образец Б – прозрачные гранулы

Образец В– прозрачные шарики

Образец Г – цветные шарики

Образцы отличаются по форме и по цвету. Имеют твердую и плотную структуру. Сухие и сыпучие, не имеют запаха. Размер гранул и диаметра шариков – 1 мм.

Каждый образец помещен в отдельный стакан и залит водой.

Результаты:

Образец А (порошок) моментально набрал воду в себя и превратился в плотный гель.

Образец Б (гранулы) спустя 15 минут увеличились в размере, стали мягкими разделяются на более мелкие части при несильном нажатии.

Образец В (прозрачные шарики) спустя 20 минут набрали свой максимальный размер. Сохранили шарообразную форму, более плотные чем гранулы. Могут разделяться на неровные части при сильном нажатии.

Образец Г (цветные шарики) все аналогично прозрачным шарикам. Сохранили цвет.

Выводы:

В сухом виде гидрогель твердый и плотный, может иметь разную форму и цвет. Гидрогель способен вбирать с себя много воды, увеличивается в размере минимум в 10 раз. При набухании сохраняет форму и цвет. (Приложение 5)

Опыт № 2. Изменение цвета.

Для проведения эксперимента мной выбрано четыре испытуемых образца гидрогеля:

Образец А – прозрачный порошок

Образец Б – прозрачные гранулы

Образец В– прозрачные шарики

Образец Г – цветные шарики

В каждый испытуемых образец добавлена вода, окрашенная в желтый цвет.

Спустя 20 минут я оценила результат: все образцы поменяли цвет – окрасились в желтый.

Выводы: Гидрогель может изменять свой цвет при впитывании окрашенных жидкостей. (Приложение 6)

2.2. Практическое применение во флористике

В качестве декоративного элемента гидрогель можно использовать для создания композиций со срезанными цветами в вазах или как наполнитель для прозрачных емкостей с комнатными растениями. 

Можно использовать для декора свечей, создавать цветные композиции в кашпо и многое другое.

Опыт № 3. Срезанные цветы в гидрогеле.

Для проведения данного эксперимента я использовала 2 срезанных розы, воду и порошкообразный гидрогель для растений.

Старт эксперимента – 12 ноября.

В стакан № 1 роза помещена в простую чистую воду, в стакан № 2 – в гидрогель.

Спустя 4 дня – 16 ноября.

Роза в стакане № 2 полностью завяла, а в стакане № 1 сохранила свою свежесть и даже немного распустилась. (Приложение

На многочисленных сайтах в сети интернет я читала, что гидрогель помогает продлить их жизнь, постепенно отдавая влагу стеблям. Однако, в ходе моего эксперимента этого подтвердить не получилось.

2.3. Практическое применение гидрогеля в растениеводстве.

Опыт № 4. Для опыта я подготовила:

1. пророщенные семена огурца;

2. одинаковые горшки, 6 шт;

3. грунт и гидрогель.

Старт эксперимента 28 октября 2025 года.

Ход эксперимента отражен в сравнительной таблице (Приложение 8)

1. 1. 1. В три горшка я посадила семена огурца без грунта в предварительно подготовленный гидрогель

- образец 1 – порошкообразный гидрогель,

- образец 2 – гидрогель гранулами,

- образец 3 – цветные орбизы.

2. Оставшиеся три горшка:

- образец 4 – грунт, смешанный с гранулами гидрогеля,

- образец 5 – грунт, смешанный с прозрачными орбизами,

- образец 6 – грунт без добавок.

При посадке я обильно полила все образцы.

3. Спустя трое суток 31 октября 2025 года все исследуемые образцы показали хороший результат – росток пробился над поверхностью. Стоит отметить, что в горшках без грунта ростки были значительно ниже.(Приложение 9)

4. 3 ноября 2025 года мной зафиксировано, что образцы, растущие без грунта, погибли. Верхние слои гидрогеля стали значительнее суше, нижние слои по-прежнему достаточно влажные и тяжелые. Но корни ростков не дотягиваются до влаги.

Образцы, растущие в горшках с грунтом, показывают уверенный прирост. Однако, заметно, что образец без гидрогеля имеет более тонкий и слабый стебель и цвет тусклее. Поверхность грунта в образцах 4 и 5 выглядит влажной, в образце 6 – сухая.(Приложение 10)

5. 6 ноября 2025 года я подвела итоги эксперимента:

- образцы 1, 2 и 3, не содержащие грунта погибли спустя трое суток после посадки. Они так и не опустились корнями вглубь горшков, гидрогель не поверхности начал пересыхать и образцам не хватало влаги. А также самым важным фактором является то, что без почвы рост растения невозможен, поскольку оно лишается питательных веществ для развития.

- образцы 4 и 5 показали уверенный рост. Росток плотный, с каждым днем появляются новые листочки.

- образец 6 спустя неделю эксперимента погиб, завял без влаги. (Приложение 11)

Выводы:

1. 1. Растения не могут развиваться без питательной среды. Гидрогель не может заменить почву. Однако, развиваясь в питательной среде – почве, растение погибает без полива.

   2. После впитывания вода удерживается в «гранулах» гидрогеля, не испаряется, что делает гидрогель эффективным резервуаром влаги для растений. По мере необходимости корневая система растения «выкачивает» влагу из гидрогеля. Из чего следует, что растения, посаженные в грунт, смешанный с гидрогелем, требуют меньше полива. Использование гидрогеля помогает сэкономить время и силы, сокращая частоту полива более чем на 50%. Он также способствует лучшему развитию и росту растений, а в некоторых случаях и к ускорению созревания урожая. (Приложение 12)

2.4. Творческий подход к применению гидрогеля

Опыт № 5. Создание ароматизатора воздуха в домашних условиях.

Многие встречали гидрогелиевые освежители воздуха, ароматизаторы в магазинах. В состав этих ароматических средств, указанный на этикетке, входят токсичные вещества. А можно приготовить аналогичные парфюмерные композиции на основе гидрогеля и натуральных масел.

В стакан поместила шарики цветного гидрогеля, добавила в воду несколько капель эфирного масла мандарина. Затем залила шарики ароматической смесью. Спустя 30 минут шарики набрали в себя жидкость и у меня в комнате появился натуральный ароматизатор. (Приложение 13)

Вывод: Гидрогель можно использовать для приготовления натурального ароматизатора.

Опыт № 6. Создание игрушки- антистресс.

Для создания антистресс-игрушек я использовала изделие из прозрачного эластичного материала – медицинскую перчатку. Поместила в нее набухшие гранулы бесцветного и цветного гидрогеля (Приложение 14).

Вывод: гидрогель можно использовать в качестве материала для воплощения творческих идей.

Заключение

В начале работы я поставила перед собой цель: вырастить растение с помощью гидрогеля. Для достижения данной цели я изучила краткую историю появления и создания гидрогеля, познакомилась с его свойствами, а также провела практические эксперименты по его использованию. Я узнала об областях использования гидрогеля, его преимуществах и недостатках.

Я узнала гидрогель обладает уникальной способностью поглощать и удерживать воду и растворы удобрений, при этом сохранять и отдавать их долгое время. Гидрогель подходит для выращивания практически всех растений, за исключением засухоустойчивых. Как и любое вещество, гидрогель имеет плюсы и минусы.

В ходе исследования я изучила особенности роста семян огурца в разных средах (почва и гидрогель). Результаты эксперимента показали, что выдвинутая гипотеза о том, что гидрогель можно использовать как альтернативный вариант для выращивания продуктов, не подтвердилась. В то же время результаты эксперимента показали, что применение гидрогеля в смеси с почвой повышает всхожесть семян и позволяет повысить урожайность, сокращая при этом количество полива.

Дальнейшие перспективы работы видятся мне в изучении возможностей гидрогеля для выращивания других культур, а также важным является изучение вопроса экологичности использования гидрогеля.

Список литературы

 1.⁠ ⁠Зальцер Э. Руководство по выращиванию овощей и зелени на гидропонике. – М.: Колос, 1970. – 158 с.

 2.⁠ ⁠Качинский Н.А. Почва, ее свойства и жизнь. – М., 1975. – 294 с.

 4.⁠ ⁠Никляева В. Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. – М.: «Былина», 2000. – 555 с.

 5.⁠ ⁠Петрова М. Гидрогель – что это такое? Виды гидрогеля. Как применяется? //Виды гидрогеля и их применение// Сад и огород.– 2018. – № 6. – с. 14-15

6.⁠ ⁠Посыпанов Г. С. Растениеводство. – Москва: Колос, 2007. – 612 с.

7.⁠ ⁠Щербинина П. Что такое гидрогель и как его использовать в саду, огороде, цветнике//Огород. - 2017. - №5. – стр. 45-47

Интернет-документы:

8. Использование гидрогелей в растениеводстве/В.Ю. Ревенко, О.М. Агафонов. https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-gidrogeley-v-rastenievodstve/viewer (15.10.2025)

9. Исследование физический свойств гидрогеля/О.Ю. Иванов. https://school-herald.ru/ru/article/view?id=411 (15.10.2025)

10. Чехославацкий химик Отто Вихтерле и Советская наука: история взаимоотношений/М.В. Ковалев. https://cyberleninka.ru/article/n/chehoslovatskiy-himik-otto-vihterle-i-sovetskaya-nauka-k-istorii-vzaimootnosheniy/viewer (10.10.2025)

Приложение 1

Результаты анкетирования учащихся 2-ых классов и педагогов школы.

Приложение 2

Фотография чешского химика Отто Вихтерле

Приложение 3

Схематический рисунок структурных особенностей гидрогеля

Приложение 4

Виды гидрогеля

Приложение 5

Опыт № 1. Как изменяется гидрогель при контакте с водой

Приложение 6

Опыт № 2. Изменение цвета гидрогеля

Приложение 7

Опыт № 3. Срезанные цветы в гидрогеле

Приложение 8

Сравнительная таблица хода эксперимента по выращиванию семян огурца в разных агрономических условиях

Приложение 9

Ход эксперимента: 1 этап – 31 октября 2025 года

Приложение 10

Ход эксперимента: 1 этап – 3 ноября 2025 года

Приложение 11

Ход эксперимента: 1 этап – 6 ноября 2025 года

Приложение 12

Гидрогель в почве

Приложение 13

Создание ароматизатора воздуха с натуральным составом

Приложение 14

Создание игрушки-антистресс