XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Экологическая проблемы использованных батареек
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Вопросы сбора, утилизации и переработки использованных батареек чрезвычайно актуальны в настоящее время. Утилизация этих отходов является одной из самых сложных проблем переработки вторичного сырья. Практически во всех батарейках содержатся токсичные вещества в виде различных металлов и химических соединений, которые при разрушении корпусов батареек попадают в природную среду. При производстве элементов питания используются свинец, никель, кадмий, цинк, ртуть, оксид серебра, кобальт, литий. Никелево-кадмиевые батарейки, которые применяются в сотовых телефонах, — наиболее значимые потенциальные источники кадмия; большую опасность представляют ртутные и литиевые батарейки как поставщики ртути и лития в природную среду; кроме того, литий может самопроизвольно вступать в реакции с кислородом воздуха и воспламеняться. Переработка батареек является процессом по восстановлению и эксплуатации тех материалов, из которых изготовлены батарейки. Во время этого процесса из батареек извлекаются металлы, которые затем вторично включаются в состав новых изделий. Целью такого процесса становится сохранение электроэнергии и сырья. Переработка подобных изделий способствует сохранению окружающей среды для здоровой жизнедеятельности человека.
На сегодняшний день экологически чистой и рентабельной технологии, которая позволила бы переработать исчерпавшие свой срок аккумуляторные батареи, с получением продуктов надлежащего качества, не существует.
Цель проекта: Оценить степень экологической опасности использованных батареек для человека и окружающей среды и привлечь внимание школьников к экологической проблеме использованных батареек и необходимости их правильной утилизации.
Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи:
Провести качественные реакции на ионы некоторых тяжелых металлов, содержащихся в пальчиковых батарейках.
Изучить влияние тяжелых металлов на растительные организмы.
Принять участие во Всероссийской акции «Экозабота» по сбору использованных батареек.
Провести агитационную работу с учащимися школы об экологической значимости проводимого мероприятия.
Гипотеза: Я предполагаю, что батарейки содержат ионы тяжелых металлов, которые отрицательно влияют на растительные организмы. Поэтому батарейки нужно утилизировать отдельно от остальных отходов и сдавать на переработку. Из них можно извлечь многие металлы, при этом, сохранив природные ресурсы.
Методы исследования: поисковый, анкетирование, эксперимент, наблюдение, сравнение.
Значимость работы: данная исследовательская работа повышает уровень экологической культуры детей и взрослых по вопросам охраны окружающей среды.
Состав и принцип работы батареек
Батарейка - это источник электрического тока, в котором несколько электрохимических элементов соединены между собой. Современные батарейки представляют собой цинковый стаканчик (анод), в который вставлен графитовый стержень (катод), а пространство заполнено электролитом. В зависимости от того какой электролит в них содержится, батарейки делятся на: солевые (электролит- хлорид цинка), щелочные
(электролит- гидроксид калия), ртутные, серебряные и литиевые.
Солевые батарейки применяются в часах, фонарях, где небольшое потребление электротока, в разнообразных игрушках, а также пультах дистанционного управления.
Щелочные применяются в устройствах, где требуется высокое потребление электротока, к примеру, фотоаппараты с вспышкой, видеокамеры, магнитофоны, игрушки с моторчиком, а также иные устройства.
Серебряные применяются в калькуляторах, наручных часах, различных электрических инструментах, слуховых аппаратах.
Литиевые элементы питания в настоящее время самые популярные. У них увеличен срок хранения, широкий диапазон рабочих температур, повышенная внутренняя емкость. Нодостаток- относительно высокая стоимость. Применяются в фотоаппаратах, мобильниках, электронных книжках, пультах дистанционного управления, устройствах, которые требуют постоянного и надежного потребления электротока.
По форме и размерам элементы питания имеют разновидности:
-АА- пальчиковая; -ААА- мизинчиковая; -АААА; -С- дюймовочка; -D- бочка;
-квадратная; -РР3- крона; -Источники питания миниатюрных размеров.
В разных элементах питания содержится свой набор химических элементов. Среди них могут быть: никель, кадмий, свинец, литий, цинк, алюминий, железо, марганец и многие другие.
Принцип работы заключается в химической реакции между пластинами и электролитом. В результате образуется электрический ток. Электролит является средой, где движутся ионы, образующиеся в результате химической реакции. В процессе химической реакции происходит необратимое разрушение металлических элементов питания, батарейка теряет свою емкость.
Влияние неправильно утилизированных батареек на окружающую среду
Неправильно утилизированные батарейки оказывают негативное влияние на окружающую среду. Мы не задумываемся о последствиях, когда выбрасываем батарейку в мусорное ведро. Попав на мусорный полигон, такие отходы начинают медленно разлагаться, выделяя вредные вещества. Ионы тяжелых металлов легко проникают в почву, подземные воды, накапливаются в растениях. Человек, являясь конечным звеном пищевой цепи, испытывает на себе наибольшую опасность токсического воздействия меди, железа, кадмия, марганца и других металлов. Соединения данных металлов в основном токсичны и опасны для здоровья:
свинец- накапливается в организме, поражая почки и нервную систему;
кадмий- разрушает легкие;
никель и цинк вызывают дерматит;
щелочи разъедают слизистую оболочку и кожу.
Правильная утилизация батареек
Утилизация батареек и последующая их переработка с получением сырья, которое пригодно к повторному применению, стала доступна в России не так давно. На территории нашей огромной страны функционирует только два предприятия по переработке батареек «Мегаполисресурс» в Челябинске и «Национальная экологическая компания» в Ярославле. Ученые подсчитали, что из 100 кг старых батареек получается порядка 40 кг чистого сырья. При переработке батарейки измельчаются, из них извлекают цветные металлы, графитовые стержни, а электролит применяется для нейтрализации кислот.
Но для того чтобы переработать батарейки нужно их собрать. Поэтому в настоящее время во многих магазинах электроники расположены контейнеры для сбора батареек, а также существуют специальные пункты приема, организованные общественным экологическим движением, куда любой желающий может прийти и сдать использованный элемент питания на переработку.
Всероссийская акция «Экозабота»
Наша школа принимает участие в различных экологических акциях и мероприятиях. Мы понимаем важность и актуальность вопроса сохранения окружающей среды. В настоящее время мы поддерживаем всероссийскую акцию - «Экозабота», по сбору пальчиковых батареек. Волонтеры проводят агитационную работу среди ребят о необходимости сдавать батарейки в пункт приема, который организован в школе. Мы видим, что наша работа дает положительный результат. Постепенно формируется экологическая культура среди детей и подростков. Ребята приучаются сами и ведут разъяснительную работу со своими родителями о необходимости правильно утилизировать батарейки. Я уверена, что каждый из нас может внести посильный вклад в сохранение природы родного края.
Практическая часть
Исследование №1
Анкетирование
Что мы знаем об утилизации батареек?
Я провела анкетирование среди своих одноклассников с целью узнать насколько они осведомлены о негативном воздействии батареек на окружающую среду.
Вывод: 70% учащихся моего класса узнали о правильной утилизации батареек в школе благодаря акции «Экозабота».
90% респондентов понимают, что батарейки нужно утилизировать отдельно от других отходов, но лишь 40% учащихся следуют этому правилу.
Исследование №2
Определение водородного показателя в пробе воды,
в которой находятся батарейки.
В стеклянную коническую колбу налила 250 мл воды и положила 5 пальчиковых батареек, предварительно деформировав их корпус. Ежедневно проводила измерение водородного показателя с помощью портативного рН-метра.
Вывод: Наблюдаем постепенное изменение цвета воды и выпадение осадка коричневого цвета. Водородной показатель за 5 суток изменился от 6,8 до 9,2 единиц рН. Следовательно, среда раствора стала щелочная.
С данной порцией воды провели серию экспериментов на наличие ионов некоторых металлов.
Исследование №3
Обнаружение ионов Pb2+, Fe2+, Fe3+, Cu2+
в составе пальчиковых батареек
Качественная реакция на Pb2+
К 1 мл пробы добавили 1 мл йодида калия. Наблюдаем выпадение осадка светло-желтого цвета. Далее, прилили 2 мл дистиллированной воды и 3 мл уксусной кислоты. Нагрели до растворения осадка и охладили. Наблюдаем образование кристаллов желтого цвета (йодид свинца).
Рb2+ + 2KI = РbI2- + 2К+
Качественная реакция на: Fe2+, Fe3+
Железо (II).
К 1 мл исследуемой воды добавить 2-3 капли раствора серной кислоты и 2-3 капли раствора Гексацианоферрат (III) калия.
Наблюдаем образование осадка турнбулевой сини- темно-синего цвета.
К3[Fe(CN)6 ] + Fe2+ = KFe[Fe(CN)6])↓ + K+
Железо (III)
К 1 мл исследуемой воды прибавить 2-3 капли раствора соляной кислоты и 2-3 капли раствора реактива -роданида калия (KSCN). Образуется роданид железа кроваво-красного цвета.
Fe3+ + SCN- = Fe(SCN)3
Качественная реакция на: Сu2+
В фарфоровую чашку поместила 5 мл исследуемой воды, выпарила досуха и на периферийную часть пятна нанесла каплю концентрированного раствора аммиака. Данная реакция протекает при условии, что водородный показатель больше 9. В ходе реакции образуются аммиакаты- соединения ярко-синего цвета. Я наблюдала появление синего пятна, что свидетельствует о присутствии ионов меди в пробе воды.
Cu2+ + 4NH3 + Н2О = [Cu(NH3)4](ОН)2
Вывод: Результаты экспериментов доказали, что в пробе исследуемой воды содержатся ионы металлов: Pb2+, Fe2+, Fe3+Cu2+. Следовательно, эти металлы содержатся в пальчиковых батарейках.
Исследование №4
Влияние ионов тяжелых металлов на растительный организм
Для данного исследования в качестве растительного объекта я использовала семена кресс-салата. В два лотка посадила одинаковое количество семян кресс-салата. Лотки были выставлены на подоконник в школьной лаборатории. Полив осуществлялся разной водой. Контрольный образец поливала водопроводной водой, а опытный образец -«токсичной» водой», т.е. водой в которой находились батарейки.
Результаты исследования:
Семена проросли на второй день, но их количество было больше в контрольном образце. По мере роста и развития проростков стали появляться отличия внешнего вида опытного и контрольного образца. Они отличались высотой и цветом: растения, которые поливали «токсичной» водой (опытный образец) были ниже и имели бледно-зеленую окраску листьев, изогнутые и слабые стебли. Их листья постепенно стали желтеть. Растения, которые поливали обычной водой (контрольный образец) имели длинные и устойчивые стебли, ярко выраженный зеленый цвет листьев.
Выводы
В процессе проведенного эксперимента было установлено, что:
1) в пальчиковых батарейках содержатся ионы металлов: Pb2+, Fe2+, Fe3+, Cu2+, которые тормозят рост и развитие растений. К сожалению, у нас нет возможности выполнить качественные реакции на наличие других металлов в пальчиковых батарейках, но даже проведенные эксперименты наглядно продемонстрировали, что химические соединения оказывают токсическое действие на растительные организмы.
2) Наша гипотеза подтвердилась. Химические вещества, содержащиеся в отработанных источниках питания, оказывают вредное воздействие на воду, растительные организмы. Вот почему так важно правильно утилизировать батарейки.
Заключение
Ежегодно в мире выбрасывается более 15 миллионов батареек. Экологи подсчитали, что одна «пальчиковая» батарейка заражает 20м2 почвы
или 400 литров воды. При утилизации же обычная батарейка получает новую жизнь, так как 98% её начинки после переплавки снова идут в дело. Для этого нужно создавать перерабатывающие производства, которые работают с соблюдением экологических и санитарных норм по технологиям и не наносят вред окружающей среде. Также необходимо проводить агитационную и разъяснительную работу, воспитывать экологическую культуру у взрослых и детей. Все это непросто. Но, не существует неразрешимых проблем!
Я верю - в будущем старые батарейки будут приносить нам пользу, а не вред. Каждому из нас нужно понять, что если хочешь изменить мир - нужно начать с себя!
Библиография
О.Габриелян, И.Остроумов, Химия, - Асademia, 2002г
Н.В.Коровин, Общая химия, - Асademia, 2015г
И.Г. Хомченко, Общая химия. - Москва, Новая Волна 2011г
Я. Угай, Общая и неорганическая химия.- Высшая школа, 2014 г.
Т.Хаханина, Н.Никитина, В.Гребенькова, Неорганическая химия.- Учебное пособие, Юрайт, 2011 г.
Химическая информация. Справочник. Химия, 2017г
С.И. Венецкий «Рассказы о металлах» // Букинистическое издание,1998г
В.Станцо, М.Черненко « Популярная библиотека химических элементов» Книга 2, Наука 2007г
Электронные ресурсы:
http://ximicat.com
http://chemport.ru
http://Edunews.ru
http://www.mycharm.ru
http://www.stramam.ru
http://www znajko.ru
Приложение 1.
Анкетирование
Что мы знаем об утилизации батареек?
Приложение 2.
Изменение водородного показателя в пробе воды,
в которой погружены деформированные батарейки.
|
Дата |
15.12.20 |
16.12.20 |
17.12.20 |
18.12.20 |
19.12.20 |
|
рН |
6,8 |
7,9 |
8,2 |
8,6 |
9,2 |
Приложение 3.
Обнаружение ионов Pb2+, Fe2+, Fe3+, Cu2+
в составе пальчиковых батареек
Приложение 4.
Влияние ионов тяжелых металлов на растительный организм
15.12.2020
Контрольная проба Опытная проба
17.12.2020
Контрольная проба Опытная проба
21.12.2020
Контрольная проба Опытная проба
Фотоотчет