XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Поваренная соль: кристаллы жизни или белая смерть?
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования.
Поваренная соль никогда не была просто продуктом в нашей жизни, она являлась нечто большим. Её называют кристаллами жизни, ведь ещё с древних времен, когда поваренная соль ценилась на вес золота, её свойства волновали человечество. Вместе с тем пищевую соль называют белой смертью.
Я занимаюсь плаванием, поэтому, с одной стороны, следя за правильным питанием, ограничиваю потребление поваренной соли. С другой стороны, после интенсивной тренировки, когда теряется вес, мне рекомендуют больше пить, добавляя в напиток немного соли. Почему такие различные рекомендации? Желание получить ответ на данный вопрос определил актуальность настоящего исследования.
Несмотря на то, что производство соли в раннем неолите датируется примерно 6000 годом до н.э., её свойства всё ещё продолжают интересовать исследователей разного возраста: К.А. Хасиеву и К.Б. Дзеранову (2014), Д. Иванова (2016), Г. Дидушко (2017), А. Спиридонову (2019), М.С. Невзорову, С.А. Высотина и А.Т. Сайфитову (2019) и многих других.
Григорий Дидушко (2017) в работе «Экология питания: соль и здоровье человека» [1] исследовал влияние соли на организм человека и пришел к выводу, что натрий хлор – это соль номер один в жизни человек, поэтому, на взгляд автора, если придётся решать для себя вопрос: солить или не солить, то ответ положительный, но надо не забывать и о золотой середине.
Дмитрий Иванов (2016) в своём исследовании «Тайна соли» [2] изучал свойства соли, её влияние на различные вещества и предметы, выяснял, действительно ли соль необходима людям и пришёл к выводу, что без соли не может жить ни один живой организм.
Невзорова М.С., Высотин С.А. и Сайфитова А.Т. (2019) свои усилия направили на раскрытие влияния хлорида натрия в различных концентрациях на активность амилазы слюны у курящих и некурящих студентов [3].
Анастасия Спиридонова (2019) в работе «Роль хлорида натрия в здоровом питании человека» [5] изучала значение поваренной соли для жизни человека.
Хасиева К.А. и Дзеранова К.Б. (2014) изучали области применения натрия хлорида и калия хлорида, а также их роль в организме человека [6].
Перечисленные выше исследования дают представление о значении поваренной соли в жизни человека, но не помогают разрешить проблему исследования – поваренная соль – это кристаллы жизни или белая смерть?
Цель исследования: определение необходимости присутствия хлорида натрия в организме человека и влияние хлорида натрия на биохимические процессы организма.
Гипотеза исследования: выяснение двух точек зрения:
- с одной стороны, соль поддерживает водно-солевой баланс в нашем организме, что определяет её как неотъемлемую часть жизни человека;
- с другой стороны, большое количество поваренной соли может вызывать серьёзные болезни у человека.
Вышеназванная цель и гипотеза позволили сформулировать следующие задачи исследования:
1. Проанализировать литературу по исследуемой теме.
2. Изучить состав плазмы крови человека.
3. Приготовить основу плазмы крови (модель) и экспериментально проверить процентное содержание хлорида натрия в ней с использованием рефрактометрического метода анализа.
Объектом исследования являются поваренная соль.
Предмет исследования: являются влияние хлорида натрия на биохимические процессы организма человека.
Методы исследования
На различных этапах работы и при решении отдельных задач, поставленных в исследовании, использовался широкий набор методов: анализ научно-популярной литературы, методы наблюдения и сравнения, методы эксперимента и обобщения информации.
Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Влияние поваренной соли
на биохимические процессы организма
В наше время мы часто слышим такую фразу, что соль – это «белая смерть». Она довольно распространенная, но мало кто знает, что если полностью отказаться от соли или от солесодержащих продуктов, то можно приобрести не малое количество смертельных болезней. Но и злоупотреблять солью не стоит: можно нанести вред своему организму.
Избыток соли в организме образуется по той причине, что обычно человек не учитывает «естественную» соленость того или иного употребляемого в пищу продукта. Чем больше соли употребляет человек, тем сильнее становится его зависимость от нее.
Натрий необходим для процессов роста всех клеток организма, функционирования клеток мышц и нервной системы, защищает организм от перегрева, обезвоживания. Хлор участвует в регулировании кислотно-щелочного баланса, усвоении белков, фильтрации печенью токсичных веществ. Как и натрий, хлор участвует в биохимических процессах в мышцах, влияя на их способность сокращаться и аккумулировать энергию. А раз так, то недостаток поваренной соли приводит к малокровию.
Врачи утверждают, что избыток соли намного лучше переносится человеком, чем недостаток, несмотря на то, что избыток соли повышает артериальное давление и кислотность.
1.2 Содержание поваренной соли
в химическом составе крови человека
Поваренная соль является основополагающим строительным элементом нашего организма так же, как вода. Она участвует во многих биохимических процессах в организме, но нас будет интересовать только структура крови человека, так как все остальные органы получают соль (хлорид натрия) из крови.
В одном литре плазмы крови содержится 9 граммов хлорида натрия. Именно такая концентрация оптимальна для работы всех органов. Потовыделительная и почечная системы человека настроены на поддержание именно такой концентрации соли в плазме.
При большой потере крови или при приготовлении инъекций в больницах используют физиологический раствор (NaCl 0,9%), близкий по концентрации соли плазме крови, ведь в плазме содержатся не только NaCl, но и другие соли. Разность концентрации соли внутри самой клетки (эритроцита) и снаружи является основным механизмом для поступления питательных веществ в клетку и вывода продуктов её жизнедеятельности.
Рассмотрим состав плазмы крови (Рисунки 1, 2).
|
Рисунок 1 – Состав крови[4] |
Рисунок 2 – Состав плазмы крови |
Жизнедеятельность клеток организма зависит именно от нормального солевого состава крови, ведь нужно соблюдать норму соли в крови. Больший процент поваренной соли находится в эритроцитах. Рассмотрим действие растворов поваренной соли различной концентрации на эритроциты (Таблица 1).
Таблица 1 – Состояние эритроцитов в растворах NaCl различной концентрации
|
Раствор NaCl |
Концентрация NaCl |
Состояние эритроцитов |
Действие раствора NaCl на эритроциты |
|
Гипертонический 2% |
>0,9% |
При большом количестве соли в эритроцитах последние начинают «сморщиваться», уменьшаться. |
|
|
Изотонический (физиологический) |
0,9% |
В 0,9%-ном растворе NaCl клетки не изменяют своего объема. |
|
|
Гипотонический |
< 0,9% |
При меньших концентрациях NaCl в растворе клетки эритроциты увеличиваются или же «лопаются», а при концентрации 0,3% происходит разрушение эритроцитов (гемолиз). |
1.3 Влияние поваренной соли на организм человека
Атом металла натрия прикрепляется к одному атому газа хлора, образуя при этом среднюю соль хлорид натрия.
По отдельности эти элементы в природе не существуют, хлор – один из самых ядовитых газов, а натрий – один из самых ржавеющих металлов. В организме человека с помощью солевых ионов любая жидкость может проводить электричество. Именно ионы натрия участвуют в передаче нервных импульсов. В жидкой солевой среде и находятся электролиты.
Участок клетки получает электрический потенциал за счёт разности концентраций калия и натрия. По принципу действия это похоже на действие батарейки. Для того, что бы этот механизм работал, в клетке поддерживается повышенная концентрация ионов калия, а снаружи, в межклеточном пространстве, больше натрия. Когда надо передать сигнал действия, клетка в этом месте меняет соотношение калия и натрия: открываются каналы, пропускающие внутрь натрий или другие каналы, пропускающие калий наружу. Соотношение концентраций натрия и калия должно выдерживаться очень точно: если оно нарушается, нарушается передача импульсов. Жизнь останавливается.
Формула соли поваренной, её состав имеет жизненно важное значение для здоровья человека.
Анионы хлора необходимы для выработки соляной кислоты в желудке. Но слишком большое содержание поваренной соли в пище может приводить к высокому кровяному давлению и повышению риска развития заболеваний сердца и сосудов.
Во время тренировки с потом теряется много ионов натрия, который, как основной электролит, необходим для поддержания правильного баланса электролитов (ионов натрия и калия). Диетологи, специализирующиеся на спортивном питании, считают, что простое добавление небольшого количества поваренной соли в воду или другой напиток, помогает восполнить запасы электролитов после тренировки [7].
Таким образом, поваренная соль является основополагающим строительным элементом нашего организма так же, как вода. Жизнедеятельность клеток организма зависит именно от нормального солевого состава крови. Избыток соли намного лучше переносится человеком, чем недостаток, несмотря на то, что избыток соли повышает артериальное давление и кислотность.
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Методика эксперимента
2.1.1 Рефрактометрический метод анализа
Для выполнения экспериментальной части проекта был использован рефрактометрический метод анализа.
Рефрактометрия (от латинского refraktus – преломлённый и греческого metréō – измеряю) – это раздел прикладной оптики, в котором рассматриваются методы измерения показателя преломления света (n) при переходе из одной фазы в другую или, иными словами, показатель преломления n – это отношение скоростей света в граничащих средах.
Рефрактометрия используется для количественного определения вещества в растворе.
Зависимость показателя преломления от концентрации вещества в растворе в процентах выражается формулой:
где n – показатель преломления раствора,
n0–показатель преломления растворителя,
F – фактор показателя преломления.
Фактор показателя преломления (F) – это величина прироста показателя преломления при увеличении концентрации на каждый процент. Значение факторов показателей преломления устанавливают экспериментально для каждого вещества и каждого процента концентрации. У некоторых веществ (калия йодид, магния сульфат, глюкоза безводная) величина фактора постоянная и не зависит от концентрации раствора. Факторы большинства веществ в растворах разных концентраций, несколько отличаются друг от друга. Значения показателей преломления и факторов для различных концентраций растворов приведены в рефрактометрических таблицах, по которым определяется значение концентрации после измерения показателя преломления.
2.1.2 Моделирование плазмы крови
1. Исходя из теоретических данных о химическом составе крови, я приготовил основу плазмы крови (модель). Для этого взял 47 мл воды, 3,5 мл куриного белка, 0,4 мл оливкового масла, 0,1 мл глюкозы. Полученный раствор содержит 92% воды, 7% белка, 0,8% жиров и около 0,2 % глюкозы.
2. Полученную основу разделил на 3 части и подготовил серию растворов хлорида натрия, добавив в каждую пробирку соответственно 0,11 мл (0,6%), 0,16 мл (0,9%) и 0,35 мл (2%) хлорида натрия, после чего с помощью рефрактометра определил показатели преломления каждого из растворов.
3. По полученным результатам построил на миллиметровой бумаге градуировочный график зависимости показателя преломления от содержания хлорида натрия (массовых долей в %) в растворе.
4. С помощью рефрактометра измерил показатель преломления в исследуемом растворе неизвестной концентрации, выданном руководителем проекта.
5. Установил содержание хлорида натрия в исследуемом растворе по построенному градуировочному графику (зависимость показателя преломления от концентрации хлорида натрия).
2.2 Результаты эксперимента
Полученные в результате эксперимента по определению показателей преломления серии растворов хлорида натрия с помощью рефрактометра представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Показатели преломления серии растворов хлорида натрия
|
№ пробирки |
Концентрация NaCl |
Показатель преломления (n) |
|
1 |
0,6% |
1,3340 |
|
2 |
0,9% |
1,3345 |
|
3 |
2% |
1,3364 |
Градуировочный график зависимости показателя преломления от содержания хлорида натрия в растворе, построенный по полученным результатам, на рисунке 3.
Рисунок 3 – Градуировочный график зависимости показателя преломления
от содержания хлорида натрия в растворе
Показатель преломления в исследуемом растворе неизвестной концентрации, выданном руководителем проекта, оказался равным 1,3346.
По построенному градуировочному графику (Рисунок 3) установил, что содержание хлорида натрия в исследуемом растворе составляет около 0,9%.
Исследуемым раствором неизвестной концентрации, выданным руководителем проекта, оказалась плазма крови.
Таким образом, в результате проведённого эксперимента я убедился, что, во-первых, рефрактометрический метод анализа позволил просто и быстро, с достаточной для практических целей точностью при небольших затратах количеств анализируемых растворов определять концентрацию хлорида натрия. Во-вторых, содержание хлорида натрия в модели плазмы крови соответствует как теоретическим данным, так и результатам исследования плазмы крови.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе исследования я проанализировал литературу по исследуемой теме, изучил состав плазмы крови человека, приготовил основу плазмы крови (модель) и экспериментально проверил процентное содержание хлорида натрия в ней с использованием рефрактометрического метода анализа.
В ходе экспериментов выяснил следующее:
1. Поваренная соль является основополагающим строительным элементом нашего организма так же, как вода. Жизнедеятельность клеток организма зависит именно от нормального солевого состава крови. Избыток соли намного лучше переносится человеком, чем недостаток, несмотря на то, что избыток соли повышает артериальное давление и кислотность.
2. В результате проведённого эксперимента я убедился в следующем:
- рефрактометрический метод анализа позволил просто и быстро, с достаточной для практических целей точностью при небольших затратах количеств анализируемых растворов определять концентрацию хлорида натрия;
- содержание хлорида натрия в модели плазмы крови соответствует как теоретическим данным, так и результатам исследования плазмы крови.
Список использованных источников и литературы
1. Дидушко Г. Экология питания: соль и здоровье человека: исследовательская работа. – Режим доступа: https://docs.yandex.ru/docs/view?url=ya-browser%3A%2F%2F4DT1uXEPRrJRXlUFoewruJ_41DX6gXhTf5HaX7PTkvyi2yuBQgpxgCxF4z5n_JQqIYl18xzP090CYvF_h5wdIcuzILsWOoY7C47TZdExpgOTRN278lOveCrALEJJ--1J8OmgGXp6KFNiSahCuqlshw%3D%3D%3Fsign%3DtceAHjo6kQkcsfAmS6QmtXSoFlmt_3NmZU02HCDLzZE%3D&name=5b377baf3c140.docx&nosw=1
2. Иванов Д. П. Тайна соли // II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся «Старт в науке». – Режим доступа: https://school-science.ru/2/2/29769.
3. Невзорова М.С., Высотин С.А., Сайфитова А.Т. Влияние хлорида натрия на активность амилазы слюны в зависимости от концентрацим // Международный студенческий научный вестник. 2019. № 1. – Режим доступа: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=19519.
4. СОЭ в анализе крови // Популярная медицина: сайт. – Режим доступа: https://clinica-opora.ru/analisy/соэ-в-анализе-крови/.
5. Спиридонова А. А. Роль хлорида натрия в здоровом питании человека: исследовательская работа. – Режим доступа: http://mgk.olimpiada.ru/media/work/17322/ОРИГИНАЛ_ПРОЕКТА.pdf
6. Хасиева К.А., Дзеранова К.Б. Применение натрия хлорида и калия хлорида // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 8. – С. 167–167. – Режим доступа: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=34115.
7. Millard E. (2022) Will Drinking Salt Water Hydrate You More Effectively Than Normal Water? // Nike: official website. – URL: https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.6205b891-635c1472-8fae7bb1-74722d776562/https/www.nike.com/in/a/does-salt-water-aid-hydration.