Тайна алюминиевой посуды

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Смелых И.В. 1

---

1МБОУ Разъезженская СШ

Назаренко А.В. 1

---

1МБОУ Разъезженская СШ

Работа в формате PDF

129.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность исследования

Алюминий - это достаточно дешевый, легкий и долговечный материал. Он хороший проводник тепла, следовательно, вода и пища в такой посуде нагреваются быстро. Еще совсем недавно алюминиевая посуда была очень распространена. Но сейчас популярность сходит на нет, так как в течение многих лет о посуде ходят разные слухи. Некоторые люди считают, что алюминий токсичен, другие говорили о связи между алюминиевой посудой и болезнью Альцгеймера. Почему алюминиевая посуда до сих пор не сходит с полок магазинов и кухонных шкафов хозяек? Действительно ли использование алюминиевой посуды опасно для здоровья?

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

Цель: исследовать возможные пути попадания ионов алюминия в организм человека через использование в быту алюминиевой посуды; опытным путем подтвердив непригодность алюминиевой посуды для приготовления и хранения пищи.

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

теоретическим путем изучить химические свойства алюминия;

изучить влияние и возможное негативное воздействие на живой организм ионов Al³⁺;

определить рН среды различных видов пищи, которую готовят в алюминиевой посуде;

с помощью качественного анализа растворов исследовать их на наличие ионов Al³⁺;

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;

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

исследование с помощью качественного анализа растворов на наличие в них ионов Al³⁺.

Практическая значимость:

Данную работу можно использовать на классных часах, уроках экологии, биологии, химии и технологии, ОБЖ, а так же на внеклассных мероприятиях по здоровому образу жизни.

Этапы работы.

1.Аналитико-организационный.

Обзор справочной и научно-популярной литературы. Структурирование основных теоретических положений по теме.

2. Практический этап.

Определение возможных источников соединений алюминия: анализ блюд по определению рН среды приготовленных в алюминиевой посуде.

3.Практико-обобщающий этап.

Обобщение и описание результатов работы, систематизация и анализ результатов исследования, соотнесение предполагаемого и реального результатов, формулирование выводов, разработка рекомендаций, оформление работы.

Алюминий как химический элемент

Название: Алюминий (aluminium)

Порядковый номер: 13

Группа: III

Период: 3

Атомная масса: 26,98154

Электроотрицательность: 1,61

Характерные степени окисления: +3

Атом алюминия состоит из положительно заряженного ядра (+13), внутри которого находится 13 протонов и 14 нейтронов. Ядро окружено тремя оболочками, по которым движутся 13 электронов.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

 1s²2s²2p⁶3s²3p¹.

Физические свойства: металл серебристо-белого цвета, лёгкий, плотность — 2712 кг/м³, температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C, температура кипения — 2518,8 °C, высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу, обладает высокой электропроводностью (37·10⁶ См/м — 65 % от электропроводности меди) и теплопроводностью (203,5 Вт/(м·К)), обладает высокой светоотражательной способностью.

Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием (силумин).

 Химические свойства: алюминий – химически  активный амфотерный металл, но прочная оксидная пленка определяет его стойкость при обычных условиях. Практически во всех химических реакциях алюминий проявляет восстановительные свойства.

Взаимодействие с неметаллами

С кислородом взаимодействует только в мелкораздробленном состоянии при высокой температуре, реакция сопровождается большим выделением тепла:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃,

Выше 200°С реагирует с серой с образованием сульфида алюминия: 2Al + 3S = Al₂S₃.

При 500°С – с фосфором, образуя фосфид алюминия: Al + P = AlP.

При 800°С реагирует с азотом, а при 2000°С – с углеродом, образуя нитрид и карбид: 2Al + N₂ = 2AlN, 4Al + 3C = Al₄C₃.

С хлором и бромом взаимодействует при обычных условиях, а с йодом при нагревании, в присутствии воды в качестве катализатора: 2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃

С водородом непосредственно не взаимодействует.

Взаимодействие с водой

Очищенный от оксидной пленки алюминий энергично взаимодействует с водой: 2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂

в результате реакции образуется малорастворимый гидроксид алюминия и выделяется водород.

Алюминий – переходный металл, поэтому взаимодействует и с кислотами и со щелочами.

Взаимодействие с кислотами

Легко взаимодействует с разбавленными кислотами, образуя соли:

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂; 2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂;

С концентрированной азотной и серной кислотами при комнатной температуре не взаимодействует, при нагревании реагирует с образованием соли и продукта восстановления кислоты: 2Al + 6H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O;

Al + 6HNO₃ = Al(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O.

Взаимодействие со щелочами

Алюминий легко реагирует со щелочами. Он растворяется в водных растворах щелочей, образуя соли – алюминаты:

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

Алюминий – активный металл, способен вытеснять металлы из их оксидов. Это свойство алюминия нашло практическое применение в металлургии: 2Al + Cr₂O₃ = 2Cr + Al₂O₃.

Алюминий в организме человека

Алюминий как микроэлемент содержится практически во всех органах и тканях человека, поэтому его роль на здоровье человека велика. К основным его функциям относятся:

• участвует в создании костной и соединительной тканей;

• участвует в построении белков и пептидов;

• участвует в создании эпителия (кожных покровов);

• содержится во многих пищеварительных ферментах усиливая их действия (необходимо для переваривания пищи);

• регулирует работу щитовидной железы;

• увеличивает способность к регенерации всех живых тканей человека;

• способствует правильному развитию скелета детей.

Ежедневная потребность составляет порядка 50 мкг для взросло человека и 30-40 мкг для детей. Однако все свойства этого металла до сих пор до конца не изучены, поэтому данные могут варьироваться в различных источниках от 5 до 50 мкг.

Симптомы недостатка алюминия в организме

Благодаря опытам на животных были выявлены основные признаки недостатка алюминия в организме:

• задержка роста и развития в раннем возрасте;

• слабые мышцы, суставы и кости;

• нарушение координации;

• преждевременные роды и слабое развитие плода у беременных;

• слабое умственное развитие.

Недостаток алюминия у человека наблюдается очень редко благодаря его распространенности как химического элемента. Кризис наступает при количестве менее 1 мкг/сутки, что практически невозможно. Чаще всего проблемы возникают из-за его избытка в организме.

Избыток алюминия и его признаки

На данный момент не было выявлено ни одного летального случая при избытке алюминия. Однако его отравляющее действие в больших количествах достаточно серьезно. Симптомы начнут проявляться, если потрeблять более 50 мкг в сутки. Тогда организм не будет справляться с его количеством.

Заболевания вызванные избытком алюминия:

• воспаление легких и бронхит (у рабочих на металлообpaбатывающих предприятиях), а также различные фиброзы (рост тканей);

• уменьшение продолжительности жизни;

• развитие болезни Альцгeймера и слабоумие;

• нарушение работы нервной системы — депрессия, нервные срывы, слабая память, нарушение координации;

• нарушение работы почек;

• нарушения работы сердца;

• низкий уровень гемоглобина;

• развитие заболеваний опopно-двигательного аппарата — остеохондроз, рахит, патологические переломы костей, остеопатия и остеопороз;

• алюминоз — боли во всех конечностях, сильный кашель, низкий аппетит и апатия.

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 также оказывает общее отравляющее и засоряющее действие на организм человека.

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 (в волосах больных наблюдается повышенное содержание алюминия).
Источники алюминия в продуктах питания

В первую очередь алюминий поступает в организм через воду и пищу. Всего усваивается около 3-4% от его общего количества. Также некоторое количество попадает при вдыхании воздуха содержащего алюминий. Это в первую очередь жители городов с развитой тяжелой промышленностью. Питьевая вода обогащается алюминием на этапе фильтрации в отстойниках где используются алюмокалиевые квасцы связывающие органические вещества и очищающие таким образом воду при этом частично растворяясь в ней. Источником алюминия может стать и любая алюминиевая посуда или продукты, которые в ней хранятся.

Однако главными источниками являются продукты питания человека. В первую очередь это касается продуктов растительного происхождения, которые получают большое количество алюминия из почвы (фрукты, овощи, ягоды). Также источником может стать любой продукт приготовленный в алюминиевой посуде, особенно это касается выпечки

Источником поступления алюминия в организм так же служит и питьевая вода, в которой содержится 3-4 мг/л. В желудочно-кишечном тракте всасывается 2-4 % поступившего алюминия, причем лучше усваиваются растворимые

Алюминий является постоянной составной частью клеток, где преимущественно находится в виде Al³⁺. Его присутствие в том или ином виде обнаружено практически во всех органах человека.
Алюминий в небольших количествах необходим для организма, особенно для костной ткани, в случае же избытка этот металл может представлять большую опасность для организма человека.

Основные области применения алюминия.

Данный конструкционный металл имеет широкое распространение. В частности именно с его использования начали свою работу авиастроение, ракетостроение, пищевая промышленность и изготовление посуды. Благодаря своим особенностям алюминий позволяет улучшить маневренность судов за счет меньшей массы.

Отдельно стоит упомянуть способность металла проводить ток. Такая особенность позволила сделать его главным конкурентом меди. Он активно применяется при производстве микросхем и в целом в области микроэлектроники.

Наиболее популярными сферами использования можно назвать:

авиастроение: насосы, двигатели, корпуса и прочие элементы;

ракетостроение: как горючий компонент для ракетного топлива;

судостроение: корпуса и палубные надстройки;

электроника: провода, кабели, выпрямители;

оборонное производство: автоматы, танки, самолеты, различные установки;

строительство: лестницы, рамы, отделка;

область ЖД: цистерны для нефтепродуктов, детали, рамы для вагонов;

автомобилестроение: бампера, радиаторы;

быт: фольга, посуда, зеркала, мелкие приборы;

Широкое распространение объясняется преимуществами металла, однако есть у него и существенный недостаток – это невысокая прочность. Чтобы минимизировать его, в металл добавляется медь и магний.

История использования алюминия в быту

В то время как немцы готовили на эмалированной посуде, а британцы использовали эту посуду для дезинфекции домов и больниц. Наполеон Бонапарт во Франции потребовал служащим разносить еду в алюминиевых тарелках, которые стоили дороже, чем золотые. Добытый металл продавался за шестьсот долларов за фунт, и в 1820-х годах Европейское дворянство готово было заменить некоторые золотые и серебряные столовые приборы на алюминиевые.

Однако алюминий быстро терял свой блеск. Агрессивная добыча металла позволила сбить цену до $ 2,25 фунта в 1890 году. Несмотря на низкую цену, домохозяйки еще не знали о преимуществах приготовления пищи в алюминиевой посуде. Однако, два события - технический прогресс и универмаг скоро изменили это.

23 Февраля, 1886 года 22-летний изобретатель Чарльз Мартин Холл, недавний выпускник колледжа, экспериментировал с алюминием в его лаборатории в Оберлин, штат Огайо. Записи блокнота Холла говорят, что в этот день он усовершенствовал процедуру недорогого производства алюминиевого соединения, которое могло быть использовано в посуде.

Изготовления Холла встретили грозное сопротивление. Домохозяйки не хотели отказываться от своих проверенных жестяных изделий. Крупные универмаги страны отказывались снабжаться новым продуктом преимущества, которого звучали чересчур фантастическими, чтобы казаться правдой. Поворотный момент наступил весной 1903 года. Один известный магазин в Филадельфии представил публичную демонстрацию по приготовлению еды в алюминиевой посуде. Сотни женщин с удивлением наблюдали, как профессиональный шеф-повар готовил яблочное повидло. Как только зрителям разрешили сделать шаг вперед и удостовериться в том, что ингредиенты не прилипли к кастрюле, заказы на алюминиевой посуду сразу посыпались.

К моменту смерти Холла в 1914 году его состоянии оценивалось на сумму 30 млн.долларов, он породил новую кухонную алюминиевую посуду, которая преобразовала американскую кухню.

Более 30 лет назад определили, что так называемый пищевой алюминий опасен для нашего здоровья. Московский институт гигиены подтвердил выводы о небезопасности алюминия.

Химические исследования по определению ионов алюминия.

Нами были проверены наиболее распространенные блюда, индикаторами и была определена среда этих блюд.

Вывод: нами было обнаружено, что различные блюда имеют различную среду растворов: молочные каши имеют щелочную среду, мясные блюда, приготовленные с добавлением томатного соуса – кислую среду, все компоты и морсы имеют кислую среду.

При приготовлении пищи в алюминиевой посуде, содержание алюминия в пищевых продуктах увеличивается вдвое.

Опыт №2

В алюминиевой кастрюле проведено кипячение чистой воды в течение 15 минут. Затем остудила раствор и проверила его на наличие ионов алюминия раствором гидроксида натрия.

Наблюдения: Никаких изменений в пробе воды, которая кипятилась в алюминиевой посуде, не наблюдала и ионов алюминия не обнаружила.

Опыт №3

В алюминиевую посуду, взятую для исследований, налили 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, наблюдаю выпадение слабого светлого студенистого осадка.

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

Опыт №4.

В алюминиевой кастрюле проведено кипячение раствора лимонной кислоты с концентрацией 0,01 моль/л в течение 15 мин. Затем остудил раствор и проверил его на наличие ионов алюминия раствором гидроксида натрия.

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

Опыт №5.

В алюминиевой кастрюле проведено кипячение раствора пищевой соды с концентрацией 0,01 моль/л в течение 15 мин. Затем остудил раствор и проверил его на наличие ионов алюминия раствором соляной кислоты с концентрацией 0,001 моль/л.

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

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

Заключение

После проведения практического этапа исследования я пришла к следующим выводам:

Алюминий не любит контакта с кислотами и щелочами. Потому, что кислоты и щелочи, содержащиеся в продуктах, защитную пленку все-таки разрушают, и тогда металл переходит в пищу.  Но щи, кисель или мясо в кисло-сладком соусе как раз и есть такие реактивы, которые имеют кислую среду, а молоко имеет щелочную реакцию. В результате в наши блюда со стенок кастрюль переходят соединения, не предусмотренные кулинарными рецептами. Нельзя хранить продукты, содержащие серу, кальций (яйца, молочные продукты, рассолы) в алюминиевой посуде.

Однако готовить – это одно, а вот хранить – совсем другое. Продукты, приготовленные в алюминиевой посуде обычно перекладывают в другую (керамическую, стеклянную, другую инертную). Защитная пленка, которая, можно сказать, делает алюминиевую посуду универсальной, все же разрушается, если продолжительное время воздействовать на нее кислотами и щелочами. Специально никто, конечно, этого делать не будет, но если положить в алюминиевую кастрюлю, например, кислую капусту или огурцы в рассоле, да так и оставить надолго – результат будет удручающий: пленка разрушится, продукт может изменить вкусовые качества в худшую сторону и представляет вред для организма человека

После теоретического и практического этапа мною были сделаны общие выводы по теме исследования:

Опытным путем подтверждена небезопасность алюминиевой посуды, потому что при приготовлении пищи в ней ионы алюминия переходят в пищу.

Наиболее интенсивный переход наблюдается, когда готовят пищу, имеющую кислую или щелочную среду.

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. Это развенчивает миф большинства домохозяек о том, что в алюминиевой посуде хорошо готовить каши.

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

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

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

Список использованной литературы

1.  «Элемент с несчастливым номером, но счастливой судьбой» // НГ Ex Libris, 2008г.

2.  , Урбанский - «серебро из глины». (Ильичёвск, Украина)

3.  «Алюминий. 13-й элемент» (энциклопедия) //Москва, «Библиотека «РУСАЛа», 2007г.

4.  Чаховский питания: Энциклопедический справочник. - Минск Белорусская литература,1993.-с.550.

5.  Научно-методический журнал « Химия в школе»1999г №1,3,4; 2000г №1,5.

6.  Свободная энциклопедия «Википедия»/ http://ru. wikipedia. org/

7.  «Популярная библиотека химических элементов» / http://n-t. ru/ri/ps/pb013.htm

8. , Фаддеева основы жизни. Пособие для учителей. М., «Просвещение»

9.В. Северюхина, «Старые опыты с новым содержанием», «Химия в школе» №2-№3. Научно-методический журнал, «Школа пресс» Москва 1999г.

10.Химическая энциклопедия том 1-2. Москва 1990г.

11.  Энциклопедический словарь юного химика. Москва 1982г.

Приложение

На основании исследования мной были подготовлены рекомендации для хозяек:

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

2.  Пользоваться алюминиевой посудой постоянно нельзя, так как ионы алюминия могут накапливаться в организме человека, что способствует ухудшению здоровья человека.

3.  Нельзя готовить в алюминиевой посуде молочные блюда и блюда из овощей и фруктов.

4.  Нельзя готовить в алюминиевой посуде различные маринады с добавлением уксусной и лимонной кислот.

5.  Нельзя хранить питьевую воду долгое время в алюминиевой посуде.

6.  Ни в коем случае не годится она и для варки диетических блюд и детского питания.

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

8.  Если кастрюля очень загрязнена, то ее можно вымыть содовым раствором  (ложка на литр воды), грязь уйдет вместе с растворенной пленкой, а на их месте образуется новая и чистая. 

9.  Если вы готовите в алюминиевой посуде, то потом переложите пищу в другую посуду.