Научно-исследовательский проект "Песок, его свойства, применение и получение в домашних условиях"

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 sandart. 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 решила расширить свои знания о материале, с которым я работаю. Работа актуальна и может быть применима в школе как дополнительный материал к занятиям.

Цель исследования: Изучить песок: его происхождение, виды, применение. Провести опыт по созданию песка в домашних условиях.

Задачи:
1.Узнать что такое песок?
2.Познакомится с разными видами песка
3.Выяснить где применяется песок?

Гипотеза исследования: Если песок является химическим соединением, возможно ли провести химический опыт по его изготовлению в домашних условиях с применением подручных материалов?
 
План исследования:
1.Ознакомиться с информацией про песок
2.Подготовить все необходимое для проведения опыта
3.Провести опыт
4.Сделать выводы      
 
Что такое песок?
Что такое песок, представить может каждый. С научной точки зрения это всё же сыпучий материал неорганического происхождения, состоящий из множества мелких песчинок или фракций, осадочная горная порода, а также искусственный материал, состоящий из зёрен горных пород
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.
 
1.1. Как и из чего образовался песок?
Песок – это то, что осталось от скал, валунов, обычных камней. Время, ветер, дождь, солнце и еще раз время разрушили горы, осыпали скалы, растолкли валуны, раздробили камни, превратив их в миллиарды миллиардов песчинок размером от 0,05 мм до 2,5 мм, сделав из них песок. Песок образуется там, где горные породы подвержены разрушению. Одним из основных мест, где происходит образование песка, является морской берег.
Вторая наиболее распространенная форма песка - карбонат кальция, например, арагонит который был создан за последние полтора миллиарда лет различными формами жизни, такими как кораллы и моллюски.
А что же песок в пустынях? Песок с берега переносится ветром в глубь суши. Иногда перемещается столько песка, что целый лес может быть покрыт песчаными дюнами .В некоторых случаях песок пустыни образовался в результате разрушения горных массивов. В некоторых случаях на месте пустыни в свое время находилось море, которое, отступив тысячи лет назад, оставило здесь песок.
 
Классификация по признакам
Пески классифицируют по следующим признакам:

1.  плотности;

2.  происхождению и виду;

3.  зерновому составу;

4.  содержанию пылевидных и глинистых частиц,
   в том числе глины в комках;

5.  содержанию органических примесей;

6.  характеру формы зерен;

7.  содержанию вредных примесей и соединений;

8.  прочности.

Речные и морские пески имеют округлую форму зерен. Горные пески -остроугольные зерна загрязненные вредными примесями.
 
Виды песка
Природный песок
Речной песок — 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 1,5-2,2 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 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.
Всем известно, что в некоторых регионах Российской Федерации
речной песок — источник добычи золота
 
Морской песок – это песок, имеющий в своем составе (в сравнении с другими видами песка) 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.
 
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.
Карьерный мытый песок — это песок, добытый в карьере путём промывки большим количеством воды, в результате чего из него вымывается глина и пылевидные частицы. Песок может включать в себя разного рода примеси, такие как камни, земля, глина. Добыча ведётся экскаваторами в больших открытых карьерах. Песок карьерный обычно разделяется по размеру составляющих его зёрен. Он бывает мелкозернистый (частицы размером до двух миллиметров); среднезернистый (частицы размером от двух до трёх миллиметров); крупнозернистый (частицы размером от двух до пяти миллиметров). Карьерный песок имеет более грубую структуру по сравнению с речным.
Карьерный сеяный песок — это добытый в карьере просеянный песок, очищенный от камней и больших фракций.
 
Строительный  песок
В отличие от природных разновидностей искусственные пески производятся с применением специализированного оборудования путем механического или химического воздействия на горные породы.
В свою очередь, искусственные пески делятся на подвиды осадочного и вулканического происхождения.
Строительный песок может быть использован в качестве универсальной основы для изготовления разнообразных строительных материалов и цементных растворов. Такая широкая сфера применения обусловлена в первую очередь одним из специфических качеств этого материала: пористостью.
Искусственный песок имеет много плюсов по сравнению с природным песком, но есть и свои минусы, а именно: помимо сравнительно высокой цены, искусственно произведенный песок может отличаться более высокой радиоактивностью.
Перлитовые пески - производятся посредством термической обработки из дробленых стекол вулканического происхождения, именуемых перлитами и обсидианами. Имеют белую или светло-серую окраску. Используются при изготовлении элементов изоляции.
Кварцевые. Пески данного вида также принято называть «белыми» из-за характерного, бело-молочного оттенка. Впрочем, более распространенными разновидностями кварцевых песков являются желтоватые кварцы, имеющие в своем составе некоторое количество глиняных примесей.
В сравнении с песками естественного происхождения этот материал выгодно отличается однородностью, высокой межзерновой  пористостью, а следовательно — грязеёмкостью. 
Добывается кварцевые песок в карьерах. Кварцевый песок используется для создания силикатных кирпичей и силикатных бетонов, наполнителей для полиуретановых и эпоксидных покрытий, что придаёт им прочность и высокую износостойкость.
Благодаря универсальности и высокому качеству песок этого вида находит широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе, в водоочистных системах, изготовлении стекла, фарфора, в нефтяной и газодобывающей промышленности и т.д.
Мраморный. Является одним из самых редких видов. Используется для изготовления керамической плитки, мозаики, а также черепицы.

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. Практически полностью он состоит из диоксида кремния (минерал кварц). 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 (смешивают с различными красителями для получения специальных структурных покрытий) и отделочных работах готового помещения. Он также выступает компонентом асфальтобетонных смесей, которые используются в строительстве и укладке дорог (в том числе и для строительства аэродромов), а также в процессах фильтрования и очистки воды.
Кварцевый песок используется для изготовления сварочных материалов специального и общего назначения.
Сельское хозяйство: песочные почвы идеально подходят для таких культур, как арбузы, персики, орехи, и их превосходные характеристики делают их пригодными для интенсивного молочного животноводства.
Аквариумы: Он также является абсолютной необходимостью для морских рифовых аквариумов, которая эмулирует среду и состоит в основном из арагонита коралловых и моллюсков. Песок не токсичен и совершенно безвредный для аквариумных животных и растений.
Искусственные рифы: песок может служить основой для новых
рифов.Пляжи: правительства перемещают песок на пляжи, где 
приливы, вихря или преднамеренные изменения береговой линии разрушают оригинальный  песок.
Песок (Sand) этоЗамки из песка: Формирование песка в замки или
 другие миниатюрные здания является популярным в городах и на пляже.
Анимация из песка: создатели анимационных фильмов используют
 песок с передней или с задней подсветкой стекла. Как это делаю и я.
 
Практическая часть
Перед нами стояла задача: можно ли изготовить диоксид кремния в домашних условиях.
Для проведения опыта мне потребуются :

1. клей силикатный;

2. уксус 70%;

3. емкость 2 штуки или формочки;

4. шприц;

5. фартук, перчатки.

Необходимо соблюдать технику безопасности - уксус это кислота. Опыт проводим в помещении с открытыми окнами, потому что уксус резко пахнет. Нельзя наклонятся, нюхать или что- либо пробовать. Надеваем средства защиты.
Я беру силикатный клей. В ёмкость аккуратно наливаю примерно 1/3.
Затем я беру уксус и наливаю в другую емкость. Примерно тоже  1/ 3.
Для забора уксуса из емкости использую шприц. Набираю примерно 10 мл.
Очень аккуратно вливаю в клей уксус.
Происходит реакция. Клей превращается в гель и застывает. Палочкой тщательно перемешиваю клей с уксусом.
У меня получился Диоксид кремния (SiO2) - вещество, состоящее из бесцветных кристаллов, обладающих высокой прочностью, твердостью и тугоплавкостью.
В природе диоксид кремния распространен довольно широко: кристаллический оксид кремния представлен такими минералами как яшма, агат, горный хрусталь, кварц, халцедон, аметист, морион, топаз.
Можно смешать уксус, клей и пищевую краску любого цвета. Получиться цветной диоксид кремния.