XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Влияние веществ входящих в состав алкидных и солевых батареек на рост и развитие тест-объектов

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Демушкина А.С. 1

---

1ГАУ КО "Центр "Развитие"

Антонова Л.И. 1

---

1ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ "ЦЕНТР ОРГАНИЗАЦИИ ДЕТСКОГО И МОЛОДЕЖНОГО ОТДЫХА "РАЗВИТИЕ".

Работа в формате PDF

4.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Наша работа началась с участия над заданиями Экодрома, где во втором туре в практической части предлагалось провести небольшой эксперимент под названием «Поможем ёжику». Нам предлагалось выяснить как влияет раствор от поврежденных батареек на растения водоёма, одновременно мы заложили эксперимент по выяснению влияния этого раствора на энергию прорастания семян их рост и развитие. Первые результаты нас повергли в недоумение. Поэтому мы решили проверить и повторно провести эксперименты, только расширив ассортимент батареек, их состав и выяснить, не оказались ли полученные результаты ошибкой.

Актуальность: Рост темпов развития рынка бытовой техники, её многообразие приводят к увеличению потребления батареек. Обычная батарейка может нанести огромный урон окружающей среде, если просто бросить ее в траву или на землю, а не сдать в специальные пункты приема. Под воздействием коррозии разлагается корпус. Дальше начинается выщелачивание металлов, то есть твердые элементы, которые содержатся в батарейках, переходят в водный раствор [3,11]. Постепенно они проникают в почву и воду, загрязняя их. Это очень опасно, поскольку начинка батарейки ядовита: в ней содержится ртуть, кадмий, магний, свинец, олово, никель, цинк. И все эти тяжелые металлы под воздействием дождей, ветра и света попадают в почву и грунтовые воды, а оттуда - в реки и озера, а также в воды, используемые для питьевого водоснабжения [3,11]. А это значит, что выпить отравленную воду могут не только животные, но и люди. Выращенные на отравленной земле продукты могут оказаться в пище человека и животных.

Цель работы:

Определить степень воздействия продуктов разложения батареек на энергию прорастания, всхожесть семян и рост, развитие проростков тест-объектов.

Задачи:

1. Изучить информацию типах и видах батареек, их химическом составе.

2. Провести проверку энергии прорастания в различных растворах, полученных в результате настаивания поврежденных батареек в воде.

3. Провести проверку всхожести, а также влияния растворов, полученных от батареек на рост и развитие растений пажитника и горчицы.

4. Провести анализ полученных данных и сделать выводы.

Объект проекта: батарейки солевые и алкидные

Предмет проекта: влияние растворов полученных от поврежденных батареек на рост и развитие семян пажитника и горчицы

Гипотеза: растворы батареекоказывают отрицательное влияние на энергию прорастания и всхожесть семя, а также на рост и развитие проростков пшеницы, пажитника и горчицы.

I. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1. Типы батареек и виды батареек [3,4]

Современная промышленность выпускает разные виды батареек. Они отличаются друг от друга формой, напряжением, емкостью, маркировкой, типом, расположением контактов, эксплуатационными условиями и электролитом. Производством гальванических элементов занимаются разные компании. Среди них есть как отечественные, так и зарубежные.

Вообще батарейкой называется 2 и более элементов питания, объединенных в один источник тока. Если он 1, то это уже называется иначе.

В повседневной жизни кроме обычных батареек можно встретить еще и аккумуляторные виды идентичные первым. Да, они будут служить дольше, но и стоят такие элементы дороже. В этой статье на них мы останавливаться не будем, а рассмотрим обычные типы батареек.

Классификация батареек

Упорядочить энергетические источники можно по нескольким критериям:

Химическому составу.

Типоразмеру

По химическому составу батареи, то есть по типу электролита. Самыми известными считаются два первых вида.

Солевые

В основе электролита у такой батарейки лежит хлорид амония или цинка. Минусовой вывод, занимающий большую площадь цилиндрического элемента создается из Zn. Такие элементы имеют угольный стержень, который обработан специальным составом. Идеально подходят для приборов с низким потреблением тока.

Основные особенности:

Нельзя заряжать.

На морозе могут не работать.

Быстро садятся.

При долгой работе могут дать течь.

Стоят дешево!

Хранятся 2 года.

Так же их именуют в народе как угольно-цинковые и цинк-карбоновые.

Щелочные или Алкалиновые [4]

Такие Alkaline батарейки в качестве электролита используют гидроксид калия. Электроды созданы из того же материала, как и у предыдущего типа. То есть из двуокиси марганца и порошкообразного цинка.  Зачастую такие элементы питания можно встретить в планшетах, телефонах, фотоаппаратах, игрушках, пультах и других устройствах.

Впервые эти гальванические элементы питания были выпущены фирмой Дюрасел в 1964 году. В качестве электролита используется гидроксид калия.

Особенности:

Мощнее солевых.

Мало подвержены саморазряду.

Герметичны.

Стоят немного дороже предыдущих.

Большая масса.

Могут храниться до 5-10 лет.

Работают в отрицательных температурах до -20 C⁰

Некоторые из щелочных батареек можно заряжать, но стоить они будут в разы дороже.

Литьевые

Это новый вид батареек появившийся совсем недавно. Они считаются самыми лучшими по сравнению с выше описанными. Эти элементы питания следует брать для приборов с высоким потреблением энергии, например, для фотоаппаратов, фонариков, игрушек.

Анод таких батарей выполнен из диоксида марганца, а катод из литий. Электролит является органическим.

Особенности:

Повышенная емкость.

Не высокий саморазряд.

Срок хранения 10-12 лет.

Работают при температурах от -40 градусов.

Высокая стоимость.

Из литьевых энергетических источников можно выделить несколько подвидов.

Йодно-литиевые

В них используется йод как окислитель. Литий же в них является восстановителем. В результате таких особенностей они способны долгое время хранить заряд. Они медленно разряжаются и достаточно мощные. Поэтому было принято решение использовать их в кардиостимуляторах.

Виды батареек на рынке:

Кнопочные, таблеточные, плоские или дискообразные. Обладают небольшой емкостью. Используются часто.

Призматические. Обладают повышенной емкостью до 1000 mAh.

Они являются экологически чистыми и очень часто применяются в медицине. Правда работают не так долго, как хотелось бы. Максимально могут проработать 1 месяц после вскрытия упаковки. Могут работать при температуре от -25 до +35 C⁰. Напряжение 1.2-1.4 вольт.

Если вы уже вскрыли упаковку и активировали данные элементы питания, то для герметизации придется все плотно заклеить. Так саморазряд уменьшиться. При таких условиях они смогут сохраниться еще до нескольких лет.

Ртутные

Это одни из самых ядовитых батареек, которые существуют на данный момент. Из-за своей токсичности они не стали популярными. Данные источники тока можно перезаряжать многократно. Емкость они быстро теряют из-за стекания жидкого металла в одну область.

Способны долго работать в плохих климатических условиях.

Классификация батареек по типоразмеру

Как известно многие элементы питания имеют разную форму. Специально поэтому была разработана маркировка батареек согласно их виду. Имеется европейская и американская классификация [3].

Ниже приведена таблица в которой отображаются источники энергии по типоразмеру. Она поможет определить тип батарейки.

Таблица №1

Стандартные обозначения по IEC

В нашей работе использовали, наиболее часто, встречающиеся типы батареек (солевые и алкидные или щелочные) и по размеру LR06.

1.2. Работы о влиянии батареек на живые организмы на просторах интернета

Провели анализ интернет источников по работам, связанным с батарейками и их исследованием на окружающую среду.

Таблица №2

Работы в сети интернет по батарейкам

1.3. Методика эксперимента:

Опыт 1: «ПОМОЖЕМ ЕЖИКУ».

В перчатках, очень осторожно, с помощью пассатижей вскройте корпус отслужившей батарейки и поместите ее в сосуд (пластиковую баклажку) с водой (200-300мл). Закройте крышкой и периодически встряхивайте ее.

Через сутки слейте воду – она будет объектом вашего исследования.

Поместите в нее части зеленых растений (листья, но лучше всего водные растения из аквариума или открытого водоема: Элодея, Валлиснерия, Роголистник, Спирогира). Предварительно рассмотрите эти растения под микроскопом, затем через 2- 3 суток, после воздействия на них водой из-под батареек.

Опишите, что вы наблюдаете. Сделайте выводы.

Опыт №2. Исследование рНи концентрацию минеральных веществ в растворах батареек и контроле

1

11

К ислотность растворов характеризуют с помощью показателя водородного показателя (Рн) – определяли при помощи рН-метра (измеряет рН в условных единицах, при температуре 20-25⁰С). Нейтральной среде соответствует концентрация ионов водорода [H +] = 10−7 (соответственно, рН 7). При большей концентрации ионов водорода (например, 10−6) наблюдается кислые условия среды (соответственно, рН 6). Стоит помнить о том, что рН 4 и 5 отличаются друг от друга в 10 раз (логарифмическая шкала).

Для измерения электропроводности растворов применяется датчик электропроводности. Электропроводность, или электрическая проводимость среды, – способность среды проводить электрический ток. Электропроводность измеряется в См/см («Сименсах на см»). Значения электропроводности колеблются от 3 и менее мкСм/см (для дистиллированной воды) до 42000 мкСм/см (для морской воды).

Методика определения Энергии прорастания и Всхожести семян

Наиболее доступным методом биоиндикации является влияние загрязненной среды на прорастание семян растений. Для того чтобы получить достоверные результаты, необходимо для каждой пробы использовать выборку в количестве не менее 30 семян. Желательно проращивать семена для каждого варианта в трех повторностях. Методику проводили согласно руководству по подготовке и проведению Всероссийской экологической акции ВОДА И ЗДОРОВЬЕ в рамках движения «СДЕЛАЕМ ВМЕСТЕ!» [6]

Контрольная проба позволяет оценить всхожесть семян и является точкой отсчета для определения влияния загрязнения снега на прорастание семян. [6]

Количество проросших семян в каждой пробе ежедневно подсчитывают и заносят в таблицу.

Энергия прорастания – это процент проросших семян за определенный срок (3-4 суток). Определяется практически одновременно со всхожестью.

Всхожесть – количество нормально проросших семян, выраженное в % к пробе, взятой для анализа. К нормально проросшим относятся семена, которые имеют корешок не менее длины семени и росток не менее длины семени. Полевая всхожесть определяется после проращивания семян в течение 7 - 8 суток в специальных растильнях, напочве при температуре 20⁰С. Необходимо отметить, что в данном случае мы брали покупную землю и только смачивали её растворами батареек.

Сила роста – количество здоровых ростков в % от вышедших на поверхность на 10-е сутки.

Глава II. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

2.1. Эксперимент по выяснению всхожести и энергии прорастания проростков пшеницы в растворах с батарейкой и в контроле.

Первоначально мы поставили опыт с алкидной батарейкой. Надрезали корпус металлической пилкой и поместили батарейку в сосуд с водой, который периодически стряхивали. В качестве модельного растения взяли семена пшеницы. Опыт поставили в 3-х кратной повторности. В качестве контроля брали бутилированную воду. Результаты, которые мы получили представлены в таблице №3.

Таблица №3

Энергия прорастания семян в первом опыте

Анализируя таблицу, приходим к выводу, что энергия прорастания семян пшеницы в растворе с батарейкой незначительно (3,3%) отличается, от контроля. Кроме того, проростки из раствора с батарейками казались более сильными. Поэтому решили провести измерения длины проростков и их корешков, чтобы проверить не обманывает ли нас зрение. Данные представлены в таблице №4.

Таблица №4

Данные по длине проростков и их корешков в разных вариантах

Анализируя данные таблицы видно, что проростки пшеницы в растворе с батарейками были выше в среднем на 5 см. в то же время длина корешков на наш взгляд отличается незначительно - на 3 мм больше у проростков пшеницы в контрольном варианте, в то время как среднее число корешков больше на 0,2 в варианте с батарейками.

Таким образом, довольно сложно было сказать, что растворы батареек отрицательно влияют на рост и развитие зеленой растительности, поэтому эксперимент решили продолжить и проверить на других батарейках и тест-объектах.

2.2. Проведение анализа на выяснение рН и электропроводности исследуемых растворов.

Решили расширить наш эксперимент и взяли батарейки с различными составами, а также для эксперимента в этот раз взяли семена горчицы и пажитника.

В нашем эксперименте участвовали батарейки внутреннее содержимое батареек которых следующее. Элементы питания: солевые (Образец 1, Образец 2, Образец 3, Образец 4) - 6 шт., класс щелочная (Alkaline) - 2 шт (Образец 5).

Для начала решили изучить характеристики растворов используя для этогооборудование из набора Мобильные цифровые лаборатории. Полученные данные представлены в таблице №5.

Таблица №5

Характеристики растворов батареек

Анализируя данные приходим к выводу, что наибольшая электропроводность будет в растворах батареек Образец 1 и Образец 2 (ZnCO₃) и Образец 5. Данные по кислотности растворов представлены наглядно в графике №1.

Контроль Образец1 Образец 4 Образец 2 ZnCl₂, Образец2 ZnCO₃, Образец 3, Образец 5

Рис.№1 Характеристики растворов батареек

Анализируя данные видим, что рН колеблется от щелочной 12,3 у раствора Образца5 до кислой у раствора, полученного от батарейки Образец 2 с хлоридом цинка (4,44).

Вероятно, растворы с разными вариантами электропроводности и рН будут оказывать разные воздействия на рост и развитие проростков.

2.3. Эксперименты по выяснению энергии прорастания семян пажитника и горчицы в растворах с батарейками и в контроле.

Опыты с семенами горчицы и пажитника проводилась в 3-х кратной повторности по энергии прорастания и в 3-х кратной повторности по всхожести в каждой повторности по 30 семян. Всего на определение Энергии прорастания потратили 630 семян пажитника и горчицы.

Таблица №6

Энергия прорастания семян пажитника

Таким образом, видим, что вещества батареек отрицательно сказываются на энергию прорастания в первые сутки, но со временем энергия прорастания у образца 2 с ZnCl₂ (86,7%) и образца 5 (93,3%) приближается к Контролю. Из таблицы также видно, что вещества содержащиеся в солевых батарейках Образец ZnCO₃, Образец4 и 3 отрицательно влияют нарост и развитие семян пажитника и способствуют более быстрому разложению семян в результате уже на 3-и сутки при температуре 25⁰С появляется плесень и неприятный запах.

Таблица №6

Энергия прорастания семян горчицы

Анализируя данные таблицы по энергии прорастания салата. Приходим к выводу, что алкалинового образца 5 и солевого Образца 2 (ZnCO₃) полностью тормозят прорастания семян горчицы и снижают практически в 2 раза вещества из образца3 (солевая). В то же время такие солевые батарейки как: Образец 1 и 4 на 10-е сутки имеют одинаковую с контрольным вариантом энергию прорастания семян горчицы.

Вывод:

1. Солевые батарейки по разному влиять на растения из разных семейств. Семена пажитника относятся к семейству Бобовых и вероятно, из-за большого количество запасных питательных веществ имеющихся в семядолях зародыша их энергия прорастания не была ниже 10%. А поскольку в семенах крестоцветных запас питательных вещест меньше, то и энергия прорастания в ряде образцов 5 и солевых обрахцов 2 с (ZnCO₃) равнялась 0%.

2. Вещества содержащиеся в батарейках по разному влияют на энергию прорастания семян пажитника и горчицы.

2.4. Эксперименты по выяснению всхожести прорастания проростков пажитника и салата в растворах с батарейками и в контроле.

Эксперимент проводился с 30.12.2022г. по 15.01.2023г. в камеральных условиях, при температуре воздуха +25⁰С. За основу эксперимента был использован метод оценки загрязнения почвы — биотестирование. Для выявления фитотоксичных характеристик почвы использована оценка растений по уровню всхожести семян.

В ёмкости с образцами почвы посеяны семена пажитника и салата на глубину 0,5-1 см (прил. 3). Почва в ёмкостях обильно увлажнена водой и накрыта крышками для улучшения всхожести семян. Далее мы наблюдали за всходами семян пажитника и горчицы.

Таблица №7 Всхожесть прорастания семян пажитника

Рассматривая данные таблицы становится видно, что всхожесть у семян пажитника в оразцах 1,4 и 3 выше на 23,4 - 30% по сравнению с Контролем. Варианты с растворами Образцов 2 ZnCl₂ и ZnCO₃ ниже чем у Контроля на 23,3-33,3%. В то же время всхожесть у варианта с алкалиновыми батарейками ниже на 20%.

Рассмотрим всхожесть в опытных вариантах с посевом горчицы (см.табл.9):

Таблица №8

Всхожесть прорастания семян горчицы

Анализируя, данные таблицы на 7-е сутки, видно, что всхожесть практически у всех образцов за исключением образца 2 с ZnCl2 выше, чем всхожесть Контроля на 10-83,3%.

В то же время у большинства вариантов с на 10-е сутки всхожесть снизилась и этому способствовало ряд причин: 1) открытие крышек, так как проростки из-за недостатка света сильно вытянулись; 2) воздух в кабинете был очень сухой и теплый 25⁰С; в первую очередь погибли проростки чья корневая система оказалась на поверхности. Также хочется отметить, что листочки у всех вариантов, кроме контроля сморщились.

Вывод: вещества находящиеся в батарейках первоначально взаимодействуя с почвой оказывают стимулирующее действие на всхожесть семян горчицы и пажитника (варианты с солевыми батарейками), но через некоторое время (10-е сутки) края листовых пластинок начинают сохнуть у всех вариантов за исключением контрольного.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе нашей работы мы подтвердили гипотезу о том, что растворы батареек оказывают отрицательное влияние на энергию прорастания и всхожесть семян, а также на рост и развитие проростков пшеницы, пажитника и горчицы.

ВЫВОДЫ:

1. Основываясь на полученных данных в ходе первого эксперимента с семенами пшеницы сложно было сказать, что растворы батареек отрицательно влияют на рост и развитие зеленой растительности, поэтому эксперимент решили продолжить и проверить на других батарейках и тест-объектах.

2. Солевые батарейки по разному влияют на растения из разных семейств. Семена пажитника относятся к семейству Бобовых и вероятно из-за большого количество запасных питательных веществ, находящихся в семядолях зародыша их энергия прорастания не была ниже 10%. А поскольку в семенах крестоцветных запас питательных веществ меньше, то и энергия прорастания в ряде образцов 5 и солевого образца 2 с (ZnCO₃) равнялась 0%.

3. Вещества находящиеся в батарейках первоначально взаимодействуя с почвой оказывают стимулирующее действие на всхожесть семян горчицы и пажитника (варианты с солевыми батарейками), но через некоторое время (10-е сутки) края листовых пластинок начинают сохнуть у всех вариантов за исключением контрольного.

Литературный обзор

1. Влияние продуктов разложения батареек в почве на всхожесть и рост семян травосмеси. Автор: Шкляев Иван, Руководитель:Феклисова Ольга Витальевна. [Электронный ресурс]. URL: https://videouroki.net/razrabotki/vliianiie-produktov-razlozhieniia-batarieiek-v-pochvie-na-vskhozhiest-i-rost-sie.html (дата обращения 16.12.2022).

2. В чем заключается вред батареек для окружающей среды? 08.11.2015. [Электронный ресурс]. URL: https://3batareiki.ru/batarejki/v-chem-vred-batareek-dlya-okruzhayushhej-sredy (дата обращения 16.12.2022). 

3.  Виды батареек. Размеры и маркировка. [Электронный ресурс]. URL: https://istochnikipitaniy.ru/batarejki/vidy.html?ysclid=le0f8yn4cu327904265 (дата обращения 05.01.2023).

4. Элементы питания. Прошлое, будущее и настоящее. Дмитрий Чеканов [Электронный ресурс]. URL: https://3dnews.ru/168022 (дата обращения 20.12.2022).

5. Методы оценки степени загрязнения почв [Электронный ресурс]. URL: http://ecology-of.ru/ (дата обращения 05.01.2023).

6. Что происходит с выброшенной на природу батарейкой. Автор: Ася Малютина. 06 июля 2015. [Электронный ресурс]. URL: http://recyclemag.ru (дата обращения 16.12.2022).

7. Что происходит с выброшенной на природу батарейкой. Автор: Ася Малютина. 06 июля 2015. [Электронный ресурс]. URL: http://recyclemag.ru (дата обращения 6.02.2023).

Приложение 1

Первые опыты с батарейкой и пшеницей

Приложение 2

Постановка экспериментов по определению энергии и всхожести на прорастание семян горчицы и пажитника

Приложение 3

Результаты на 3 сутки

Приложение 4

Результаты через неделю

Приложение 5

Результаты через 10 дней по всхожести и энергии прорастания семян горчицы

Приложение 6

П остановка экспериментов по энергии прорастания с семенами пажитника

И зменения с семенами пажитника видны уже через 1 час

Приложение 7

Энергия прорастания пажитника через 3 дня