Анализ качества продуктов, изготовленных в алюминиевой посуде. Перспективы использования алюминиевой посуды в быту

XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2021

Анализ качества продуктов, изготовленных в алюминиевой посуде. Перспективы использования алюминиевой посуды в быту

Колесников М.А. 1
1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение муниципального образования город Краснодар средняя общеобразовательная школа № 49 Героя Советского Союза Михаила Вишневского
Колесникова В.А. 1
1пенсионер
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Экологическая обстановка в России благодаря стремлению человечества максимально улучшить условия среды обитания оказалась на грани катастрофы: отравлена вода, загрязнены почвы, атмосфера и гидросфера, разрушаются экосистемы, и в результате становится опасным проживание человека.

Задача современной науки – определить допустимые пределы воздействия деятельности человека на окружающую природу.

Давно известен вред, который оказывают на человека тяжёлые металлы: ртуть, кадмий, свинец. Недавно был исследован считавшийся нетоксичным алюминий, и оказалось, что и этот металл, не являющийся тяжёлым, может оказывать вредное влияние на организм человека.

Алюминий попадает в организм человека в основном с водой (до 5 – 8 %). В настоящее время в технологии подготовки питьевой воды используют коагулянты на основе алюминия. В ходе коагуляции воды соединениями алюминия содержание этого металла в питьевой воде, особенно в период паводка и цветения водоёмов, может увеличиваться в 2 и более раз.

Существуют также другие источники попадания ионов алюминия в организм человека, которые на данный момент изучены гораздо меньше. Считается, что алюминий может попасть в организм человека также через воздух (вдыхание паров), косметические и парфюмерные средства (помада, дезодоранты), лекарственные препараты, а также через алюминиевую посуду, в которой готовится пища.

Своим исследованием мы хотели бы ответить на следующие вопросы:

1. Возможно ли попадание ионов алюминия в организм через металлическую посуду?

2. Пригодна ли алюминиевая посуда для приготовления пищи?

Гипотеза исследования: если с помощью химических методов можно определить наличие ионов алюминия (Al3+) в пище после её приготовления в алюминиевой посуде, то можно установить, что ионы алюминия попадают в организм человека с пищей и представляют опасность для здоровья человека.

Цель исследования: выявление возможных путей попадания ионов алюминия в организм человека при использовании в быту алюминиевой посуды.

Для достижения поставленной цели и проверки выдвинутой гипотезы были поставлены следующие задачи:

1. Теоретическим путём изучить химические свойства алюминия.

2. Изучить влияние и возможное негативное воздействие на живой организм ионов алюминия(Al3+).

3. Определить, насколько широко алюминиевая посуда используется в быту в наше время.

4. Определить кислотность (ph) среды различных видов пищи, которую готовят в алюминиевой посуде.

5. С помощью качественного анализа растворов исследовать их на наличие ионов алюминия(Al3+).

6. На основе проведенных исследований сделать вывод о пользе или вреде алюминиевой посуды и дать рекомендации по её правильному использованию.

Объект исследования: ионы металла (Al3+).

Предмет исследования: алюминиевая посуда.

Методы исследования:

- обзор и анализ литературы по изучению влияния алюминия на организм человека;

- социологический опрос по использованию алюминиевой посуды в быту;

- лабораторные исследования по определению ph среды различных видов пищи, которую готовят в алюминиевой посуде;

- исследование с помощью качественного анализа растворов на наличие в них ионов алюминия(Al3+).

ГЛАВА 1. СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ

1.1 Физические свойства алюминия

Алюминий – мягкий, легкий, серебристо-белый металл с высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления 660°C. Природный алюминий состоит из одного изотопа .

По распространенности в земной коре алюминий занимает третье место после кислорода и кремния среди всех атомов и первое место среди металлов.

К достоинствам алюминия и его сплавов отноят его малую плотность (2,7 г/смЗ), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость.

Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов.

Алюминий и его сплавы делятся:

- по способу получения на деформируемые, подвергаемые обработке давлением, и литейные, используемые в виде фасонного литья;

- по применению термической обработки на термически не упрочняемые и термически упрочняемые;

- по системам легирования.

1.2 История получения алюминия

Впервые алюминий был получен Гансом Эрстедом в 1825 году.

Современный метод получения разработали независимо друг от друга американцем Чарльз Холл и француз Поль Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых электродов. Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в XX веке.

1.3 Применение в быту алюминия и его солей

Алюминий широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве – легкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной пленкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. Эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки.

Основной недостаток алюминия как конструкционного материала – малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий).

Электропроводность алюминия сравнима с медью, при этом алюминий дешевле. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Но у алюминия как электротехнического материала есть неприятное свойство: из-за прочной оксидной пленки его трудно паять.

Благодаря комплексу свойств алюминий широко распространен в тепловом оборудовании.

Внедрение алюминиевых сплавов в строительстве уменьшает металлоемкость, повышает долговечность и надежность конструкций при эксплуатации их в экстремальных условиях (низкая температура, землетрясение и т. п.).

Алюминий находит широкое применение в различных видах транспорта. На современном этапе развития авиации алюминиевые сплавы являются основными конструкционными материалами в самолётостроении. Алюминий и сплавы на его основе находят все более широкое применение в судостроении. Из алюминиевых сплавов изготовляют корпусы судов, палубные надстройки, коммуникацию и различного рода судовое оборудование.

Идут исследования по разработке пенистого алюминия как особо прочного и легкого материала.

1.4 Драгоценный алюминий

С самого момента открытия в середине XIX века алюминия его считали одним из ценнейших благодаря удивительным качествам: белый как серебро, легкий по весу и не подверженный воздействию окружающей среды. Стоимость его была выше цен на золото. Неудивительно, что в первую очередь алюминий нашёл применение в создании ювелирных изделий и дорогих декоративных элементов.

В 1855 г. на Универсальной выставке в Париже алюминий был самой главной достопримечательностью. Изделия из алюминия располагались в витрине, соседствующей с бриллиантами французской короны. Алюминий считали благородным малоизученным металлом, используемым исключительно для создания произведений искусства.

Но со временем алюминий стал падать цене. Если в 1854 – 1856 годах стоимость 1 кг алюминия составляла 3 тысячи старых франков, то в середине 1860-х годов за 1 кг этого металла давали уже около 100 старых франков.

Алюминий стал темой отдельной выставки, организованной в 2000 году Музеем Карнеги в Питсбурге. Во Франции расположен Институт истории алюминия, который, в частности, занимается исследованием первых ювелирных изделий из этого металла.

В Советском Союзе из алюминия делали общепитовские приборы, чайники и не только. Первый советский спутник был выполнен из алюминиевого сплава. В электротехнической промышленности из алюминия делаются провода высоковольтных линий передач, обмотки моторов и трансформаторов, кабели, цоколи ламп, конденсаторы и многие другие изделия. Кроме того, порошок алюминия применяют во взрывчатых веществах и твердом топливе для ракет, используя его свойство быстро воспламеняться: если бы алюминий не покрывался тончайшей оксидной пленкой, то мог бы вспыхивать на воздухе.

Последнее изобретение – пеноалюминий, так называемый «металлический поролон», которому предсказывают большое будущее.

Некоторые соли алюминия применяют в медицине для лечения кожных заболеваний: алюмокалиевые квасцы, ацетат алюминия. Оксид алюминия Al2O3 используется в качестве адсорбента в хроматографии. Хлорид алюминия AlCl3 применяется в качестве катализатора в органической химии. Сульфат алюминия Al2(SO4)318H2O используется для очистки воды.

Бытовало мнение, что алюминий инертен, так как он защищён оксидной плёнкой, и поэтому не оказывает вредного влияния на здоровье человека.

Алюминий действительно выполняет в живом организме важную биологическую роль: принимает участие в построении эпителиальной и соединительной тканей, участвует в процессе регенерации костной ткани, оказывает активирующее или ингибирующее действие на реакционную способность пищеварительных ферментов (в зависимости от концентрации в организме), участвует в обмене фосфора.

1.5 Влияние алюминия на организм человека

Алюминий является жизненно важным микроэлементом, суточная потребность в алюминии взрослого человека 35 – 49 мг. Одним из специфических источников поступления алюминия в организм человека является все возрастающее использование его в пищевой промышленности (посуда, упаковочный материал, пищевые добавки) и фармакологии.

Общее содержание алюминия в суточном смешанном рационе человека составляет 80 мг. В воде и пище возможны только низкие уровни этого металла, а при таких концентрациях Аl3+ вовсе не является особо токсичным. Содержание алюминия в пшенице составляет 42 мг/кг, горохе – 36, кукурузе – 16, в мясе и мясных изделиях – от 1,6 до 20 мг/кг; много алюминия в цветной капусте, моркови, помидорах; в яблоках – до 150 мг/кг; в листьях чая 850 – 1400 мг/кг.

Более 30 лет назад определили, что так называемый пищевой алюминий опасен для нашего здоровья. Московский институт гигиены подтвердил выводы о небезопасности алюминия. Оказывается, он изменяет энергообмен в клетках. Последние в результате теряют способность к нормальному размножению и начинают делиться хаотично, порождая опухоли.

При повышенном содержании алюминия в организме человека могут возникнуть серьёзные и даже необратимые изменения, опасные для здоровья и резко сокращающие продолжительность жизни, хотя данных о летальной дозе у учёных сегодня нет. Токсической дозой считается 5 г в сутки, но порога токсичности ещё ниже.

Алюминий обладает способностью к накоплению в организме, вызывая ряд тяжёлых заболеваний. Медики обнаруживают всё новые негативные последствия контактов с ним. Установлено, что алюминий отрицательно влияет на обмен веществ, особенно минеральный, на функцию нервной системы, воздействует на размножение и рост клеток, нарушает двигательную активность, вызывает судороги, снижение или потерю памяти, психопатические реакции. Избыток солей алюминия снижает задержку кальция в организме, уменьшает адсорбцию фосфора, одновременно в 10 – 20 раз увеличивается содержание алюминия в костях, печени, семенниках, мозге и в паращитовидной железе. Избыток алюминия тормозит синтез гемоглобина, вызывает флюороз зубов и специфическое повреждение костей (костный флюороз); может вызвать или усилить новообразования костей. Физическими признаками отравления алюминием могут быть ломкие кости или остеопороз, нарушение почечной функции.

Особенно склонны к негативному воздействию алюминия дети и пожилые люди. У детей избыток алюминия вызывает повышенную возбудимость, нарушения моторных реакций, анемию, головные боли, заболевание почек, печени, колиты. Гиперактивность, повышенная возбудимость, агрессивность подростков, нарушения памяти и трудности в учёбе могут быть результатом даже небольшого повышения количества ионов алюминия в организме.

Алюминий обнаружен у некоторых пожилых людей, страдающих потерей памяти, рассеянностью или слабоумием, и может приводить к деградации личности. В некоторых исследованиях алюминий связывают с поражениями мозга, характерными для болезни Альцгеймера.

1.6 Возможности применения алюминиевой посуды

в быту и в общепите

Алюминий хорошо проводит тепло, поэтому пища в таких кастрюлях готовится очень быстро.

Ионы алюминия (Al3+) могут попасть в организм человека через посуду. Во-первых, это металл нежный, он легко соскребается со стенок посуды. Когда тщательно вытираешь полотенцем алюминиевую кастрюлю, на нём остаются серые пятна. Можно себе представить, сколько ионов алюминия человек получает, когда такая кастрюля сильно нагревается при приготовлении. Очевидно, что алюминий попадает в организм через пищу, приготовленную в такой посуде.

Специалисты, занимающиеся испытанием и сертификацией посуды, в том числе и алюминиевой, советуют её использовать только для кипячения воды, поскольку все остальные вещества при высокой температуре провоцируют в алюминиевой посуде активную реакцию. Недаром, алюминиевая посуда запрещена для использования в детских учреждениях общепита.

Кроме того, в быту в нашей стране широко используется упаковка на основе алюминия (пищевая фольга, а также бумажные пакеты на основе алюминиевой фольги). Однако, по заявлениям учёных, тара, содержащая алюминий, негодна для хранения большинства продуктов, особенно круп, соли и сахара: мягкий металл остаётся на твёрдой поверхности и переходит в пищу. При хранении или тепловой обработке продуктов (особенно кислых) в алюминиевой таре содержание этого элемента в продуктах может возрасти почти в два раза.

Алюминий также может быть выщелочен из алюминиевой фольги или консервной банки в пищу, напитки. Главные «виновники» – содовая вода (с фосфорной кислотой), томатный соус, ананасы, кофе в алюминиевых банках, и еда, завёрнутая в алюминиевую фольгу. Томатный соус часто готовят в огромных алюминиевых котлах, и кислотность томатов может вызвать выщелачивание алюминия в готовый продукт. Кофе, который готовят в алюминиевых котлах, также может быть токсичным.

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Социологический опрос

Мы решили выяснить, почему хозяйки используют алюминиевую посуду: не знают о ее вреде или не считают эту информацию существенной. Для ответа на этот вопрос нами был проведён социологический опрос об использовании алюминиевой посуды в быту, который включал следующие вопросы:

1. Какую посуду вы используете дома?

2. Знаете ли вы о недостатках алюминиевых кастрюль?

3. Можно ли использовать алюминиевую посуду?

4. Знаете ли вы, какую пищу можно готовить в алюминиевой посуде, без вреда организму человека?

5. Можно ли в алюминиевой посуде готовить молочную кашу?

6. Можно ли в алюминиевой посуде варить морс, компот, борщ?

7. Знаете ли вы, что алюминиевая посуда запрещена к использованию в детских садах, школах?

Результаты социологического опроса

Нами было опрошено 46 респондентов и установлено, что:

- 48 % респондентов ответили, что используют алюминиевую посуду для приготовления пищи;

- 24 % не знает о вреде, который может быть нанесен организму человека при использовании алюминиевой посуды для приготовления пищи;

- 70 % респондентов не знает, какую пищу можно готовить в алюминиевой посуде, чтобы не нанести вреда здоровью;

- 54 % респондентов думают, что молочную кашу и другие молочные блюда можно готовить в алюминиевой посуде, а 41 % считают, что она пригодна для приготовления борща, морсов, киселей;

- 89 % респондентов не знают, что алюминиевая посуда запрещена к использованию в детских садах, школах.

На основании социологического опроса нами был сделан вывод, что население плохо информировано о вреде, который алюминиевая посуда может нанести здоровью человека при неправильном её использовании.

2.2 Химические исследования по определению ионов алюминия

Опыт № 1. Определение среды распространенных пищевых блюд.

Нами были проверены наиболее распространенные блюда, которые готовят в школьной столовой индикаторами и определена среда этих блюд.

Таблица 1 – Анализ среды пищевых блюд при помощи индикатора

Блюда

Среда

1

Манная каша

Щелочная

2

Рисовая каша

щелочная

3

Гречневая каша

щелочная

4

Картофельное пюре

щелочная

5

Борщ

кислая

6

Рассольник

кислая

7

Гуляш

кислая

8

Печень

кислая

9

Компот из сухофруктов

кислая

10

Фруктовый кисель

кислая

Вывод. Нами было обнаружено, что различные блюда имеют различную среду растворов: молочные каши имеют щелочную среду, мясные блюда, приготовленные с добавлением томатного соуса, компот и кисель – кислую среду.

Опыт № 2. Определение ионов Al3+ в водопроводной воде после кипячения.

В алюминиевой кастрюле кипятили чистую воду в течение 15 минут. Затем остудили раствор и проверили его на наличие ионов алюминия раствором гидроксида натрия.

Наблюдения: никаких изменений в пробе воды, которая кипятилась в алюминиевой посуде, не наблюдали и ионов алюминия не обнаружили.

Опыт № 3. Определение ионов алюминия в водопроводной воде после длительного стояния.

В алюминиевую посуду, взятую для исследований, налили дистиллированную воду и оставили на 10 суток. Затем проверили воду на наличие ионов алюминия, добавляя раствор гидроксида натрия.

Наблюдения: в пробе воды, взятой из алюминиевой посуды, при добавлении раствора гидроксида натрия наблюдали выпадение слабого светлого студенистого осадка.

Вывод: при нахождении в контакте с алюминиевой посудой длительное время вода насыщается ионами алюминия. Интенсивность перехода ионов в раствор говорит о том, что хранение продуктов в алюминиевой посуде небезопасно с точки зрения насыщения их ионами алюминия.

Опыт № 4. Определение ионов алюминия в разбавленной соляной кислоте после кипячения.

В алюминиевой кастрюле кипятили раствор соляной кислоты с концентрацией 0,01 моль/л в течение 15 мин. Затем остудили раствор и проверили его на наличие ионов алюминия раствором гидроксида натрия.

Наблюдения: в пробе воды с добавлением соляной кислоты, которая кипятилась в алюминиевой посуде, при добавлении раствора гидроксида натрия наблюдалось выделение светлого студенистого осадка, значит, в растворе присутствуют ионы алюминия.

Опыт № 5. Определение ионов алюминия в растворе щёлочи после кипячения.

В алюминиевой кастрюле кипятили раствор гидроксида натрия с концентрацией 0,01 моль/л в течение 15 мин. Затем остудили раствор и проверили его на наличие ионов алюминия раствором соляной кислоты с концентрацией 0,001 моль/л.

Наблюдения: в пробе воды с добавлением гидроксида натрия, которая кипятилась в алюминиевой посуде, при добавлении раствора соляной кислоты наблюдалось выделение светлого студенистого осадка, значит, в растворе присутствуют ионы алюминия.

Вывод: слабокислая среда раствора и слабощелочная среда раствора способствует незначительному переходу ионов алюминия в раствор.

После проведения практического этапа исследования пришли к следующим выводам:

Кислоты и щелочи, содержащиеся в продуктах, разрушают защитную пленку, в результате чего алюминий переходит в пищу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

После теоретического и практического этапов нами были сделаны общие выводы по теме исследования:

1. Социологический опрос показал, что многие люди не знают или не придают особого значения тому, что алюминиевая посуда небезопасна для использования на кухне, и по-прежнему используют её для приготовления пищи.

2. Опытным путем подтверждена небезопасность алюминиевой посуды, так как при приготовлении в ней пищи ионы алюминия переходят в пищу.

3. Наиболее интенсивный переход наблюдается при приготовлении пищи, имеющей кислую или щелочную среду.

4. Наиболее опасно приготовление в алюминиевой посуде молочных блюд и блюд с добавлением молока, имеющих слабощелочную среду, а также овощных и фруктовых блюд, имеющих слабокислую среду, что противоречит общему признанию того, что в алюминиевой посуде хорошо готовить каши.

5. При кипячении чистой воды перехода ионов в раствор практически не наблюдается, так как вода имеет нейтральную среду.

6. Алюминиевая посуда непригодна для хранения пищевых продуктов и воды, так как при долгом хранении наблюдается переход ионов алюминия.

7. Есть необходимость больше освещать вред бытового использования алюминия с целью предотвращения возможного вреда здоровью человека.

На основании исследования можно рекомендовать следующее:

1. В алюминиевой посуде без вреда для здоровья можно кипятить только чистую воду.

2. Нельзя готовить в алюминиевой посуде молочные блюда и блюда из овощей и фруктов, а также различные маринады с добавлением уксусной и лимонной кислот.

3. Нельзя хранить долгое время питьевую воду и различные крупы в алюминиевой посуде.

4. Нельзя мыть алюминиевую посуду металлическими щетками и абразивными чистящими веществами, так как они разрушают оксидную пленку.

Список использованных источников и литературы

1. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров, врачей : в 3-х т. Т. III. Неорганические и элементорганические соединения / под ред. Н. В. Лазарева, Э. Н. Левина. Л.: Химия, 1977. С. 405 – 416.

2. Габриелян О. С., Лысова Г. Г. Химия. 11 класс. Учебник. Углублённый уровень. М.: Дрофа, 2015. С. 237 – 243.

3. Горынин И.В. и др. Алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых сплавов: Справочное руководство. М.: Металлургия, 1978. 364с.

4. Дабахов М. В., Дабахова Е. В., Титова В. И. Экотоксикология тяжелых металлов. Ростов н/Д.: Феникс, 2000. 320 с.

5. Дроздов А. Алюминий. Тринадцатый элемент. Энциклопедия. М: Библиотека РУСАЛа, 2007. 240 с.

6. Химическая энциклопедия : в 5 т. / гл. ред. И. Л. Кнунянц. М.: Сов. энцикл., 1988. Т. 1. С. 207 – 220.

7. Хэтч Дж.Е. Алюминий: свойства и физическое металловедение : Справочник. М: Металлургия, 1989. 425 с.

Просмотров работы: 61