XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Удивительный хлорид натрия или просто соль
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Каждому человеку знакомо химическое вещество, которое в чистом виде имеется в каждой семье, это натрия хлорид или хлористый натрий или просто поваренная соль. Соль – самая древняя приправа, консервант и усилитель вкуса. Столько лет, сколько мы используем соль в пищу, столько же и идет спор: яд это или незаменимый в нашей жизни продукт? Тем не менее, давно доказано, что минеральное вещество хлорид натрия обеспечивает важнейшие физиологические процессы в живых организмах: в крови соль создает необходимые химические условия для существования эритроцитов, в мышцах – способность к возбудимости, в желудке способствует образованию соляной кислоты, без которой невозможно переваривание и усвоение пищи... Нельзя представить жизнь растений, животных и человека без этого химического вещества. Согласно данным статистики, мировое производство соли составляет 210 миллионов тонн в год, а потребление – достигает 25 миллионов тонн в год [3]. Современная российская соляная промышленность производит 2,8 миллионов тонн поваренной соли в год. Это значит, что взрослый гражданин России ежегодно потребляет в среднем около 8 килограмм соли! Практически треть всего объёма производимой соли в мире добывается из морской воды, путем выпаривания [4]. Часть производится промышленным способом. Знать о составе, химических и физических свойствах такого незаменимого вещества как хлорид натрия обязан каждый грамотный человек. Что и нашло отражение в данной исследовательской работе.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение химических и физических свойств хлорида натрия; изучение роли соли в жизни человека; проведение социологического исследования, направленного на выяснение уровня знаний о поваренной соли среди учеников гимназии; проведение эксперимента – воспроизведение древнейшего способа добычи поваренной соли путем выпаривания морской воды.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:
изучить физические и химические свойства натрия хлорида;
изучить по данным современной медицинской литературы роль и влияние потребления соли на здоровье человека и на процесс возникновения хронических заболеваний;
изучить исторические способы производства поваренной соли, разработать методику и провести эксперимент, в ходе которого традиционным старинным способом под действием солнца выпарить соль из морской воды, взятой на Черноморском побережье Болгарии.
путем проведения анкетирования изучить информированность учеников МАОУ «Гимназия №1 г. Саратова» о роли соли в жизни и здоровье человека; провести занятие и дать рекомендации школьников по рациональному потреблению соли, изготовить буклет «Соль: друг или враг?».
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Подбор и анализ химической и медицинской литературы, социологический опрос путем анкетирования, химический и физический анализ - эксперимент, анализ и обобщение полученных данных с использованием стандартных компьютерных программ.
1. ИСТОРИЯ СОЛИ
Натрия хлорид, хлористый натрий, поваренная соль, NaCl, натриевая соль соляной кислоты. Произошло от латинского слова “sal”, которое происходит от греческого термина “hals” - означающего «море». Римским солдатам выдавали разрешение на покупку соли salarium argentum, от которого произошло английское слово salary (заработная плата) и русское слово – солдат [1]. В глубокой древности наиболее распространенным способом добычи соли было сжигание некоторых растений, облитых морской водой, в кострах. Золу, которая при этом образовывалась, использовали в качестве приправы. Первое упоминание о добыче соли на Руси относится к 1037 году, когда князь Святослав Олегович в Новгороде повелел взимать с каждой солеварни налог солью [1]. Тогда соль добывали из «рассольных вод», которые выкачивали из недр. В некоторых странах соль выполняла функцию денежной единицы. Например, в Китае использовали монеты из кристаллов соли.
Хлорид натрия известен в быту под названием поваренной соли, основным компонентом которой он является. Хлорид натрия в значительном количестве содержится в морской воде, создавая её солёный вкус. Встречается в природе в виде минерала галита (каменная соль). Встречается в природе в виде осадочных пород; в воде озер, морей, подземных источников. Применяется для получения многих химических веществ, необходимых промышленности, хлорной извести; в производстве пластмасс; в органическом синтезе; в пище. Получается дроблением природной каменной, соли, упариванием рапы соленых озер и морской воды, из рассолов, получаемых подземным растворением залежей каменной соли [5].
2. СОСТАВ МОРСКОЙ СОЛИ
Морскую соль стали использовать в пищу примерно 4000 лет назад. Ее получала естественным путем - путем выпаривания морской воды под воздействием Солнца. Первыми стали использовать в пищу морскую соль жители прибрежных стран Средиземноморья и Восточной Азии. Они заполняли мелководные (выпарные) пруды морской водой, которая под воздействием тепла Солнца и ветров испарялась, а на дне оставалась соль. До сих пор ежегодно в мире таким простым способом добывается более 6 миллионов тонн морской соли [4]. В ней содержится практически вся таблица Менделеева. Каждый микроэлемент играет важную роль в жизнедеятельности организма и этим объясняется польза натрия хлорида для организма человека. Состав морской соли отличается от поваренной за счет большего содержания в ней самых различных микроэлементов, которые присутствуют не в чистом виде, а виде положительно или отрицательно заряженных ионов. Больше всего в составе морской соли присутствуют хлориды и соли натрия, затем по убывающей – сульфаты, магний, кальций, калий, йод, гидрокарбонаты, бром, бораты, стронций, фтор и другие микроэлементы [5].
3. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХЛОРИДА НАТРИЯ
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Хлорид натрия NaCl — соль щелочного металла натрия и хлороводородной кислоты. Белое кристаллические вещество. Плавится и кипит без разложения. Умеренно растворяется в воде (гидролиза нет);
Относительная молекулярная масса Mr = 58,44; относительная плотность для ж. и тв. Состояния d = 2,165; tпл = 800,8º C; tкип = 1465º C;
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ
1. Хлорид натрия можно получить путем взаимодействия натрия и разбавленной хлороводородной кислоты, образуются хлорид натрия и газ водород:
2Na + 2HCl = 2NaCl + H2↑.
2. При комнатной температуре, в результате взаимодействия натрия и хлора, образуется хлорид натрия:
2Na + Cl2 = 2NaCl
3. Концентрированный раствор гидроксида натрия реагирует с концентрированным раствором хлорида аммония при кипении. При этом образуются хлорид натрия, газ аммиак и вода:
NaOH + NH4Cl = NaCl + NH3↑ + H2O
4. При взаимодействии с разбавленной и холодной хлороводородной кислотой пероксид натрия образует хлорид натрия и пероксид водорода:
Na2O2 + 2HCl = 2NaCl + H2O2
5. Разбавленная хлороводородная кислота реагирует с гидроксидом натрия. Взаимодействие хлороводородной кислоты с гидроксидом натрия приводит к образованию хлорида натрия и воды:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
6. В результате взаимодействия сульфата натрия и хлорида бария образуется сульфат бария и хлорид натрия:
Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + 2NaCl
Качественная реакция
Качественная реакция на хлорид натрия — взаимодействие его с нитратом серебра, в результате реакции происходит образование белого творожного осадка:
При взаимодействии с нитратом серебра, хлорид натрия образует нитрат натрия и осадок хлорид серебра:
NaCl + AgNO3 = NaNO3 + AgCl↓
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Хлорид натрия вступает в реакцию со многими сложными веществами:
1. Хлорид натрия взаимодействует с кислотами:
Хлорид натрия в твердом состоянии при кипении реагирует с концентрированной серной кислотой с образованием сульфата натрия и газа хлороводорода:
2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + HCl↑,
а если температуру опустить до 50º С, то твердый хлорид натрия и концентрированная серная кислота образуют гидросульфат натрия и газ хлороводород:
NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl↑
2. Хлорид натрия способен вступать в реакцию обмена со многими солями:
Твердый хлорид натрия реагирует с концентрированной и горячей серной кислотой и твердым перманганатом калия. Взаимодействие хлорида натрия с перманганатом калия и серной кислотой приводит к образованию сульфата марганца, натрия, калия, газа хлора и воды:
10NaCl + 8H2SO4 + 2KMnO4 = 5Cl2↑ + 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 8H2O
Хлорид натрия взаимодействует с гидросульфатом натрия при температуре 450–800º C. При этом образуются сульфат натрия и хлороводородная кислота:
NaCl + NaHSO4 = Na2SO4 + HCl
При взаимодействии холодного хлорида натрия с насыщенным нитритом серебра выделяются нитрат натрия и осадок хлорид серебра:
NaCl + AgNO2 = NaNO2 + AgCl↓
3. Иногда поваренную соль специально йодируют, т. е. добавляют к ней иодиды натрия или калия. Делается это потому, что йод входит в состав различных ферментов в организме, и при его недостатке ухудшается работа щитовидной железы.
Обнаружить добавку химически просто. Для этого приготавливается крахмальный клейстер: 1/4 чайной ложки крахмала развести в 250 мл холодной воды, нагреть до кипения, кипятить 2-3 минуты и охладить. Клейстер значительно более чувствителен к йоду, чем сухой крахмал. Затем 1/3 чайной ложки NaCl (йодированной) растворяют в 1 чайной ложке воды, в полученный раствор добавляют несколько капель уксусной эссенции (или половину чайной ложки уксуса), 1/2 чайной ложки перекиси водорода и через 2-3 минуты — несколько капель клейстера. Если соль была йодирована, то перекись водорода вытеснит свободный иод:
2I-+ Н2О2+2СН3СООН→ I2+2Н2О+2СН3СОО-,
который окрасит крахмал в синий цвет. (Опыт не получится, если для йодирования соли использовали KClO3 вместо KI).
В быту мы используем некоторые свойства натрия хлорида. Например, раствор соли в воде замерзает при температуре ниже 0 °C. Будучи смешанной с чистым водяным льдом (в том числе в форме снега), соль вызывает его плавление за счёт отбора тепловой энергии у окружающей среды. Это явление используется для очистки дорог от снега. Поваренная соль обладает слабыми антисептическими свойствами; 10—15 % содержание соли предотвращает развитие гнилостных бактерий, что обуславливает её широкое применение в качестве консерванта.
4. ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ ДОБЫЧИ СОЛИ
В зависимости от места и способа добычи соль имеет различные названия и соответственно свойства: каменная соль - добывается из осадочных пород; самосадочная соль - добывается из соляных озер (отлагается сама); садочная поваренная соль - производится бассейным способом из морской и озерной вод (выращивается людьми); выварочная соль - добывается путем выварки ее из естественных и искусственных рассолов. В древности люди чаще использовали естественное испарение морской воды в «соляных садках», где выпадал хлорид натрия — «морская» соль, вываривание воды соленых озер с получением «выварочной» соли, и выламывание «каменной» соли в подземных рудниках.
Несмотря на то, что нет химических и особых вкусовых различий между поваренной солью разных производителей, но есть разница по примесям. В настоящее время высоко ценится в Европе каменная соль, добываемая в Германии, Австрии, Польше, Болгарии. Ею солят колбасные изделия, копчености из свинины, ветчину и другие изделия. В США лучшей считается калифорнийская соль.
Самые древние солеварни на территории Европы и Передней Азии найдены в ходе раскопок одного из первых городов в Европе — поселения Провадия-Солницата на черноморском побережье Болгарии. Добывать соль жители городища начали около 5500 г. до н. э., к концу V тысячелетия до н. э. производство поваренной соли достигло промышленных масштабов, увеличившись до 4—5 тонн.
В ходе проведения научного исследования мы посетили историческую родину солеварения – Болгарию, изучили историю солеварения, ознакомились и подержали в руках подлинные инструменты солеваров. Попробовали болгарскую соль на вкус. Прилагаем фоторепортаж из единственного в Болгарии и Восточной Европе “Музея соли” на курорте Поморие. Музей соли в Поморие – это интерактивное погружение в технологию добычи морской соли путем испарения. Данный способ использовался с давних времён, когда Поморие был ещё древнегреческим Анхиалосом. Согласно археологическим раскопкам, существование соляных рудников на территории Болгарии датируется V веком до нашей эры. Соль, называвшуюся «белым золотом», обменивали на другой товар, когда ещё не вошли в оборот монеты. Процесс производства соли был чрезвычайно трудоемок. Технология добычи соли передавалась из поколения в поколение.
Рисунок 1
Музей соли в г. Поморие (Болгария)
В музее представлено большое количество исторических документов и фотографий начала XX века, топографические карты и макеты сооружений, а также подлинные инструменты, использовавшиеся при добыче соли.
Рисунки 2, 3.
Орудия труда древних солеваров. «Солницы» - земляные бассейны с солевым раствором, предназначенные для выпаривания соли
Музей соли находится на территории соляных рудников, где добыча морской соли ведется и в наши дни. Соляные рудники — это множество водяных бассейнов, которые разделены большими деревянно-насыпными молами.
В настоящее время крупнейшими месторождениями соли являются — Мертвое море, озеро Жаксыкылыш (Казахстан), залив Кара-Богаз-Гол (Туркмения), Соледар (Донецкая область Украины), Белбажское соляное месторождение (Россия, Нижегородская область), озеро Баскунчак (Астраханская область, Россия), Соль-Илецк (Россия), Соликамск и Березники (Пермский край), Яван (Таджикистан). Промыслы соли должны находиться в экологически чистых районах, на большом расстоянии от крупных населенных пунктов, фабрик, заводов, сельскохозяйственных ферм и угодий. Чтобы исключить загрязнение соли и соляных водоемов, питающих промыслы исходным сырьем, продуктами жизнедеятельности человека.
5. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ: ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ДОБЫЧЕ НАТРИЯ ХЛОРИДА ИЗ МОРСКОЙ ВОДЫ ПУТЕМ ВЫПАРИВАНИЯ
Статистика утверждает, что взрослый человек ежегодно в среднем потребляет около 8 килограмм соли. Треть всего объёма производимой соли в мире добывается из морской воды, путем выпаривания, поэтому мы решили провести эксперимент: «Добыча натрия хлорида из морской воды, взятой на Черноморском побережье Болгарии, путем выпаривания».
Для этого в двухлитровую банку налили 1 литр натуральной морской воды, взятой из моря на расстоянии 10 метров от линии воды и разместили на ярком солнце открытой террасы.
Рисунки 4 и 5.
Ход эксперимента: 1 день – подготовка раствора, 10 день – появление кристаллов соли в виде осадка
Мы вели ежедневное наблюдение за уровнем жидкости в течение полутора месяцев. Через 10 дней на дне банки появились кристаллы соли в виде осадка.
Рисунки 6 и 7.
Ход эксперимента: 59 день – вода полностью испарилась, контрольное взвешивание
Через 2 месяца вода полностью выпарилась, на дне мы увидели слой кристаллов соли. При взвешивании обнаружили 19 г соли. Таким образом, мы доказали возможность получения соли из морской воды путем выпаривания на солнце. Количество полученной в ходе эксперимента соли – 19 грамм из одного литра морской воды. Значит, содержание соли в воде Черного моря у побережья Болгарии – 19 г/л.
6. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ХЛОРИДА НАТРИЯ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
Соль – это важный пищевой продукт, служит для консервирования мяса, рыбы, овощей, фруктов и других продуктов, добавляется в корм скоту. Натрий хлор – один из главных видов химического сырья, идёт на получение едкого натра, хлора, соды, сульфата натрия, соляной кислоты, гидроксида натрия и металлического натрия и других необходимых в промышленности химических соединений.
Соль участвует в важнейших физиологических процессах в организме человека. Рассмотрим некоторые из них.
Ион натрия – главный внеклеточный ион. Он содержится в крови и лимфе. Натрий обеспечивает проницаемость клеточных мембран для различных веществ; проведение импульса по нервному волокну; регулирует артериальное давление в организме.
Значение Хлора: придает бодрость и силу; стимулирует обмен веществ; стимулирует рост волос; входит в состав желудочного сока.
Вред поваренной (морской) соли
Если употреблять морскую пищевую соль в нормальных количествах и не злоупотреблять ею, то каких-либо негативных последствий она не принесет [2]. Но всегда и во всем должна быть норма. Бесконтрольное и чрезмерное употребление хлорида натрия с пищей может привести к таким неблагоприятным последствиям как повышение артериального давления, что может привести к возникновению инсультов и другим заболеваниям сердца; избыток соли приводит к задержке жидкости, нагрузка на почки возрастает, возможны заболевания почек и появление отеков; излишнее употребление соли может привести к развитию гастритов и язвенной болезни из-за постоянного раздражения слизистой оболочки желудка; возможны проблемы со зрением: возникновение таких грозных заболеваний как катаракта, глаукома, вплоть до слепоты. Даже наружное воздействие соленой воды может иметь негативные последствия: при длительном купании в очень соленых морях возможны раздражения кожных покровов, при попадании в глаза ожоги. Поэтому после купания в море обязательно надо обмыться под душем с простой водой.
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) чрезмерное потребление соли повышает риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний, повышение артериального давления (гипертензию), болезни почек, нарушение обмена кальция, отложение солей в почках и суставах, заболевания суставов и многие другие. Нормой потребления соли для взрослых, не имеющих болезни является 6 г/сутки. Для тех, у кого есть заболевания сердечно-сосудистой системы – 5 г/сутки. Детям (в зависимости от возраста) от 1 до 5 г/сутки. Вся потребляемая соль должна быть йодированной, т.е. обогащенной йодом, который имеет важнейшее значение для здорового развития головного мозга у плода и у детей младшего возраста и общего укрепления психических функций у всех людей [6]. По данным статистики, в среднем житель России употребляет до 13 г соли в сутки, что является значительным (почти в 2 раза) превышением нормы и огромным риском развития многих заболеваний у россиян. Поэтому государства-члены ВОЗ договорились к 2025 г. уменьшить глобальное потребление соли населением на 30%. Сокращение потребления соли признано одной из наиболее эффективных по затратам мер, которые могут принять страны для улучшения показателей здоровья населения [6].
Несмотря на высокий риск развития болезней, совсем отказываться от употребления натрия хлорида в пищу нельзя. При дефиците NaCl в организме наблюдается сгущение крови, могут развиться спазмы гладкой мускулатуры, судорожные сокращения скелетных мышц, нарушения функций нервной системы и кровообращения. При некоторых заболеваниях (почек, гипертонической болезни) необходимо ограничить поступление хлорида натрия в организм [1, 2].
7. СОЦИОЛОГИЧЕСКИЙ ОПРОС НА ТЕМУ «РОЛЬ СОЛИ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА»
В ходе исследования мы провели социологический опрос путем анкетирования для выяснения уровня знаний учащихся МАОУ «Гимназия №1» г. Саратова о роли и влиянии поваренной соли на здоровье человека. Нами была создана авторская анкета с помощью Google-форм, размещенная в сети интернет (Приложение №1). Всего в анкетировании приняло участие 48 человек. Из них 57% - ученики 8 класса гимназии и 43% - 9 класса; 65% - девушки и 35% - юноши. Средний возраст опрошенных ±14,5 лет. Опрос проводился дважды: до и после проведения факультативного занятия на тему «Удивительный хлорид натрия или просто соль».
На первом этапе 91% ответили правильно на вопрос о продуктах, содержащих большое количество соли. Но несмотря на это, почти 32% опрошенных выбирают именно эту группу продуктов в пищу (сыр, колбаса, чипсы). Норму употребления соли до проведения занятия не знали подавляющее большинство (76%) учеников, после занятия все опрошенные (100%) ответили верно. Также изначально всего 23% школьников знали о существовании заболеваний, связанных с избыточным употреблением соли в пищу. Неблагоприятным является тот факт, что 77% учащихся любят соленую пищу, а 65% - досаливают пищу, даже не попробовав ее!!
Чтобы пополнять знания людей о соли нужно, например, создавать буклеты или постеры, в которых будет написана полезная информация об улучшении своего здоровья, проводить занятия о пользе и вреде натрия хлорида на классном часе. Нами создан буклет «Соль: друг или враг?», который можно размещать в местах питания школьников, например в столовой.
ВЫВОДЫ
1. В ходе реализации исследовательского проекта изучена история добычи соли, ее химические и физические свойства, роль поваренной соли в природе и влияние на организм человека.
2. Мы разработали и провели эксперимент, в ходе которого старинным традиционным методом под действием солнца выпарили соль из морской воды, взятой на Черноморском побережье Болгарии.
3. Путем анкетирования изучено отношение учеников МАОУ «Гимназия №1» города Саратова к употреблению соли, выяснено, что многие знают о роли соли и о продуктах, в которых она содержится. Но подавляющее большинство опрошенных не знают норму потребления соли, любят соль и употребляют ее в пищу, даже не пробовав блюдо предварительно. Необходимо повышать уровень знаний школьников о вреде и пользе соли, например в ходе учебных занятий. Повторное анкетирование после проведения занятий показало, что школьники легко усваивают знания, поданные в интересном формате с демонстрацией химических опытов, и мотивируются к здоровому образу жизни, в том числе к питанию со сниженным употреблением соли в пищу.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание
Певзнер М. И. Основы лечебного питания, М., 1958;
T. J. Brown, L. E. Hetherington идр. Производство соли // Производство полезных ископаемых в мире. 2003 - 2007 = WorldMineralProduction. 2003 - 2007. — Ноттингем: Британская геологическая служба, 2009. — С. 84. — 109 с. — ISBN 978-0-85272-638-9.
Солеварение // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: в 86 т. (82 т. И 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
«Большая советская энциклопедия», Изд. «Советская энциклопедия» в 1969 — 1978 годах в 30 томах
ВОЗ: Сокращение потребления соли. https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/salt-reduction
Приложение №1
АНКЕТА «РОЛЬ СОЛИ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА»
Приглашаем Вас принять участие в нашем исследовании!
Вся полученная информация будет использована анонимно, в научных целях и в обобщенном виде.
Пол: а) мужской; б) женский.
Возраст: а) 13 лет; б) 14 лет; в) 15 лет; г) другое __________;
Как Вы оцениваете свое здоровье: а) хорошее; б) удовлетворительное; в) плохое; г) затрудняюсь ответить.
4. Любите ли вы соленую пищу: да, нет
Какова норма употребления соли в сутки для подростков (в граммах) по рекомендациям врачей? а) 1-2; б) 3-4; в) 5-6; г) 6-8; д) более 8; е) не знаю Начало формы
6. Отмечаете Вы у себя привычку добавлять соль в пищу (досаливать), предварительно не попробовав её? Да Нет
7. Какие продукты Вы предпочитаете?
А) макароны, выпечка, хлеб
Б) кабачок, тыква, отварной картофель
В) сыр, колбаса, чипсы
8. В каких продуктах содержится большее количество соли?
А) макароны, выпечка, хлеб
Б) кабачок, тыква, отварной картофель
В) сыр, колбаса, чипсы
Как вы думаете, есть ли заболевания, связанные с избыточным употреблением сахара? Да, нет. Если да, то какие? ______________________________________________________________
Спасибо за Ваше участие!
Приложение №2
БУКЛЕТ «СОЛЬ: ДРУГ ИЛИ ВРАГ?»