XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
"Тихий убийца"
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время мы часто говорим о загрязнении окружающей среды. Но очень немногие из нас знают, что первая экологическая катастрофа разразилась ещё тысячелетия назад в Древнем Риме. Некоторые учёные даже предполагают, что причиной упадка знаменитой Римской империи было регулярное бытовое использование её гражданами такого токсичного химического элемента как свинец.
Римляне применяли его для изготовления водопроводных труб, посуды, котлов для пищи, свинец входил в состав косметических препаратов. Масштабы использования этого химического элемента были колоссальны. В Древнем Риме производство свинца на душу населения составляло четыре килограмма в год! Такое широкое применение не могло не сказаться на здоровье древних римлян.
Удивителен тот факт, что россияне совершили ту же ошибку. В 1663 году в Москве был построен водопровод. Воду закачивали из реки Неглинной, она собиралась в большой бак, откуда самотёком поступала в Кремль. И трубы, и бак были изготовлены из свинца. К счастью, московский свинцовый водопровод проработал чуть больше века, а после этого был уничтожен пожаром, к тому же, вода по свинцовым трубам поступала только в Кремль. За эти 100 лет русские цари жили меньше обычного. Например, царь Иван V Алексеевич не дожил до тридцатилетия и умер в самом расцвете сил в возрасте 29 лет. А по свидетельству современников, выглядел он, как дряхлый старик! Его пятеро братьев не дожили даже до 20 лет.
Насколько отрицательно свинец сказывается на здоровье человека, можно судить и по трагедии, которой в XIX веке закончилась экспедиция английского полярника Джона Франклина, когда погибло более сотни человек. Швы консервных банок были запаяны свинцом, который попал в их содержимое. С каждым приёмом пищи коварный металл всё больше и больше отравлял участников экспедиции. Что было доказано после анализа волос, костей и тканей умерших. Содержание свинца в костях полярников превышало норму более чем в 10 раз!
Теперь не существует свинцовых водопроводов, и жестяные банки можно заменить стеклянными, но свинец всё равно попадает в организм, накапливается и начинает вредить нашему здоровью.
Нас заинтересовала эта проблема. В ходе данного проекта мы решили изучить, какое влияние свинец оказывает на организм человека, пути его попадания в организм. А также выяснить, какие есть способы выведения свинца и защиты от него.
В начале работы нами было проведено анкетирование (Приложение №1), в результате которого выяснилось, что 52% опрошенных не знают ничего о влиянии свинца на организм, но хотели бы узнать. Также я лично заинтересована, т.к. каждое лето вместе с бабушкой собираю грибы и ягоды в лесах Егорьевского района и хочу быть уверена в их безопасности.
Цель: пропаганда здорового образа жизни.
Задачи:
1. Провести теоретический анализ, систематизацию и обобщение литературы по исследуемой проблеме.
2. Провести анкетирование, эксперимент и сравнить полученные результаты.
3. Дать рекомендации по теме.
Методы:
Работа с научной литературой.
Проведение анкетирования в 9-11 классах, эксперимента, сравнение полученных результатов.
Анализ и обобщение полученных материалов, разработка рекомендаций.
В ходе нашего исследования была выдвинута следующая гипотеза: свинец оказывает влияние на организм человека.
Объектная область исследования: химия – биология - экология человека.
Объект исследования: свинец.
Предмет исследования: влияние свинца на организм человека.
Участники анкетирования: ученики 9-11 классов.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Масштабы распространения свинцового загрязнения и его последствия
Свинец является одним из наиболее токсичных металлов и включен в списки приоритетных загрязнителей рядом международных организаций, в том числе ВОЗ. Все растворимые соединения этого элемента ядовиты. По данным Института показателей и оценки здоровья 2017 года от воздействий свинца умерло 1,06 миллиона человек, более 24,4 миллиона получили инвалидность. [11]
По данным Детского фонда ООН (ЮНИСЕФ) от 2020 года примерно у каждого третьего ребенка в мире, а это порядка 800 миллионов детей, уровень свинца в крови равен 5 микрограммам на децилитр (мкг/дл) или даже превышает его. Эти данные получены в рамках изучения влияния на детей загрязнения свинцом и другими токсичными отходами тяжелых металлов. В частности, такие исследования были проведены в Бангладеш, Грузии, Гане, Индонезии и Мексике. [12]
В России на сегодняшний день отсутствуют достоверные данные о масштабах распространения свинцового загрязнения и о его влиянии на здоровье населения. Мы смогли найти только общие данные загрязнения почв территории России тяжелыми металлами. [10] (Приложение №2)
Основные источники загрязнения тяжелыми металлами окружающей среды
В обще экологических масштабах свинец попадает в окружающую среду при его добыче, выплавке, промышленном производстве, переработке вторсырья, использовании этилированного бензина, свинцовых красок.
В Московской области почвы сильно загрязнены отходами энергетических и производственных предприятий, а так же утилизируемыми отходами потребления.В Москве это транспорт, нефтеперерабатывающий и автомобильный заводы.
Влияние на организм человека и симптомы отравления свинцом
Как известно, все живые существа на нашей планете состоят из белков. И мы, в том числе являемся белковым телом. А соединения тяжелых металлов влияют на белок, часто приводя к его денатурации. Свинец относится к тяжёлым металлам, его плотность составляет более 5 г/мл. Значит, он тоже влияет на белок и, следовательно, может вредить нашему здоровью. Влияние раствора ацетата свинца на белок-альбумин мы решили изучить на эксперименте. Нам стало интересно рассмотреть в ходе эксперимента, как влияет на белок раствор медного купороса, с которым мы встречаемся в жизни при уходе за растениями.
Экспериментальная часть
Опыт № 1. Исследование влияния тяжелых металлов на белок.
Цель: доказать или опровергнуть влияние соединений свинца и меди на белок.
Оборудование и реагенты: пробирки, пробиркодержатель, раствор белка куриного яйца, раствор медного купороса и раствор ацетата свинца.
Техника выполнения: в 2 пробирки с раствором белка (1 мл) добавить раствор ацетата свинца и раствор медного купороса.
Результат: в каждой из пробирок белок денатурировал. (Приложение №3)
Вывод: ионы тяжёлых металлов свинца и меди разрушают структуру белка, следовательно, могут пагубно влияют на здоровье человека.
Опасность свинца для человека определяется его значительной токсичностью и способностью накапливаться в организме. Причем токсичность свинца гораздо выше других тяжелых металлов. (Приложение №4)
Проникнув в организм человека, свинец начинает влиять на здоровье в минимальных дозах, которые варьируются на 4 категории в зависимости от возраста. Для детей до 7 лет летальной дозой является всего 2,5 мг, для детей и подростков 8-18 лет – 10 мг, для людей в возрасте 19-40 лет – 8,5 лет, а в возрасте 41-90 лет летальная доза составляет 5 мг свинца. [6]
Следовательно, наиболее уязвимы к отравлению свинцом дети младшего возраста. При этом очень сложно определить безопасный уровень содержания свинца, поскольку даже самые ничтожные его количества могут влиять на развитие плода и центральной нервной системы у детей.
Источники попадания свинца в организм человека
Известно большое множество источников попадания свинца в организм человека. Рассмотрим некоторые из них. (Приложение №5)
Более половины всего свинца в организм поступает из воздуха. Жители города ежедневно вдыхают 20 м3 воздуха с содержанием свинца 2-3 мг/м3. Главным источником свинца в атмосфере выступают выхлопные газы автомобилей, использующих этилированный бензин. В некоторых городах из обогатительных и металлургических комбинатов ежегодно в атмосферу выбрасывается до 8000 тонн свинца, что превышает допустимые нормы. Также свинцовая пыль появляется в Рентген кабинете, при производстве аккумуляторов, в типографии, при добыче руд, в процессе производства изделий из свинца.
Второй путь попадания свинца в организм, это вода, протекающая по свинцовым трубам. Процессы окисления происходят в свинцовых трубах и других местах, где этот металл может контактировать с водой и кислородом воздуха:
2Pb + O2 + 2H2O → 2Pb(OH)2↓
В подщелоченной воде свинец может накапливаться в значительных концентрациях, образуя плюмбиты:
Pb(OH)2 + 2OH- → PbO2²- + 2H2O
Если в воде присутствует СО2, то это приводит к образованию довольно хорошо растворимого гидрокарбоната свинца:
2Pb + O2 → 2PbO
PbO + CO2 → PbCO3
PbCO3 + H2O + CO2 → Pb(HCO3)2
Большая часть свинца в организм человека поступает с пищей, особенно его, много в листовых и стеблевых овощах. Он содержится в консервированных продуктах, свежей и замороженной рыбе, пшеничных отрубях, ракообразных. Свинец попадает в организм при употреблении консервов, помещенных в сборную жестяную тару, которую спаивают припоем, содержащим определенное количество свинца. Это может произойти, когда пайка некачественная (образуются брызги припоя). И даже специальный лак, которым покрывают консервные банки, не помогает. Имеются случаи, когда в консервах из этой тары свинец накапливается до 3 мг/кг и даже выше, особенно при длительном хранении, что представляет опасность для здоровья. [8] Выяснив, что консервные банки по сей день могут являются источником свинца, мы провели с ними эксперимент с целью выявления свинца в припое. Причем, проверили консервные банки той продукции, которую чаще всего приобретают в семьях наших респондентов, чтобы выяснить, действительно ли есть риск попадания свинца в организм именно из них.
Экспериментальная часть
Предлагаемый метод обнаружения свинца основан на цветной реакции, в результате которой образуется желтый осадок иодида свинца (II).
Опыт №2. Качественная реакция на ионы свинца.
Цель: выявить содержание свинца в припое консервной банки.
Оборудование и материалы: 3 консервные банки вата, обезжириватели (пенный и беспенный), раствор KI, петролейный эфир – С7H7BrMg, раствор CH3COOH.
Техника выполнения:
1) Поверхность спайки (т.е. шва) консервной банки обезжиривается сначала комочком ваты, смоченным обезжиривателем или эфиром. Другой комочек ваты, смоченный раствором уксусной кислоты, накладывается на несколько минут на очищенное место консервной банки.
2) На обработанное место консервной банки накладывается комок ваты, смоченный раствором иодида калия.
Ожидаемый результат: вата должна пожелтеть.
Результат: вата осталась белой.
Выводы: 1. В припое консервных банок ионы свинца не обнаружены.
2. Изменена технология упаковки продуктов в жестяной таре: спайка заменена на закатку.
3. Пищевые отравления могут происходить из-за окисления продуктов в открытой жестяной таре при длительном хранении. (Приложение №6)
Другим источником свинца может быть стеклянная и керамическая посуда, покрытая глазурью, содержащей свинцовые соединения.
В наши дни ацетат свинца всё еще добавляют в некоторые краски для волос и помаду. Его присутствие можно проверить опытом: нанести немного губной помады на кисть руки и провести по ней серебрянным кольцом. Если след от помады потемнел – в ней есть свинец. Нельзя точно утверждать, что этот метод действенен на сто процентов. Подобная реакция серебра может быть вызвана самыми разными соединениями. Но все же, если след от помады при таком эксперименте темнеет – это явный признак не слишком качественного продукта.
Сигареты и кальяны – тоже источники поступления соединений свинца в организм человека. Выкуривая по 20 сигарет в день, человек вдыхает около 300 мкг свинца, в одной сигарете содержание свинца доходит до 13 мкг. Любители кальянов охотно верят, что он фильтрует и охлаждает вдыхаемый дым и, доходя до легких, дым становится почти безопасным, благодаря сложной системе кальяна. Но исследования показали: дым избавляется лишь от нескольких веществ, проходя через воду. [7] Мышьяка, свинца и других опасных веществ в организме курильщиков кальяна больше, чем у курильщиков сигарет.
Роль свинца в метаболизме организма
Пары (аэрозоли) окиси свинца (PbO) более летучи, чем пары свинца (РЬ). Свинец не имеет запаха, не раздражает слизистую оболочку. Соединения свинца могут попасть в организм человека через дыхательные пути, через рот и желудочно-кишечный тракт. Особенно опасно вдыхание свинца в виде свинцовой пыли, аэрозолей, так как в этом случае он быстрее всасывается и попадает в кровь, минуя печень, играющую роль барьера. Длительное вдыхание аэрозолей даже в малых концентрациях очень опасно, вследствие способности свинца накапливаться в организме. Т.е., попав в наш организм через дыхательные пути и достигнув кровотока, свинец вредит в максимальной степени. Часть металла выходит через почки в качестве продуктов метаболизма, а часть задерживается в организме и накапливается в костях. Соединения свинца депонируются в основном скелете (до 90%) в форме труднорастворимого фосфата свинца. Токсичное действие связано со способностью замещать кальций в костях и нервных волокнах. Часть свинца поглощается волосами, зубами и ногтями.
Попав через рот, свинец адсорбируется в кишечнике и, достигнув печени, с желчью возвращается в двенадцатиперстную кишку. Часть его выходит из организма в качестве продуктов метаболизма.
Выводится свинец очень медленно, в течение нескольких лет после прекращения контакта с ним. Например, биологический период выведения свинца из костей – 20 лет.
Но, степень тяжести интоксикации свинцом обусловлена не содержанием депонированного свинца, а его количеством, находящимся в крови.
К причинам, в результате которых свинец активно поступает в кровь, превращаясь из нерастворимых соединений в растворимые формы, относятся: алкоголь, интеркуррентные заболевания (случайно присоединяющаяся болезнь, осложняющая течение основного заболевания), травмы, перегрев, физиологические процедуры, изменения пищевого режима.
Осложнения хронической свинцовой интоксикации таковы: снижению иммунитета, анемия, хронические почечная, сердечная и дыхательная недостаточность, нарушение умственного развития у детей, старческое слабоумие или энцефалопатия у взрослых. Токсический гепатит, может развиваться цирроз. Нарушения развития плода во время беременности. Слишком большое содержание свинца в организме препятствует усвоению им других важных веществ, таких как цинк, селен. Острое отравление приводит к более тяжелым последствиям и смертельному исходу. На детей свинец влияет особенно негативно, потому что детским организмом он усваивается гораздо активнее, чем взрослым, а выводится хуже. Заметьте, что ни одна система органов не остаётся не пораженной свинцом.
Симптомы отравления свинцом
При отравлении свинцом симптомы зависят от длительности контакта с химическим веществом, его концентрации в тканях организма, остроты отравления.
Сначала появляются неспецифичные симптомы, слабость, повышенная утомляемость, истощение, головные боли, заторможенность, резкие боли в конечностях и животе. Также может быть рвота, металлический привкус во рту, серая полоса на деснах. Из более поздних симптомов - нарушение памяти, умственной деятельности, эмоциональные и поведенческие расстройства, судороги по типу эпилептических припадков, что связано с глубоким поражением нервной системы, особенно головного мозга. [5]
Способы защиты от вредного влияния свинца
В качестве профилактики накопления свинца в организме рекомендуется включить в свой рацион продукты с высоким содержанием пектина, а также кисломолочные продукты. Но лучший способ защитить свой организм от пагубного влияния свинца – минимизировать риск его попадания в организм.
Чтобы защитить себя и свою семью от воздействия свинца, необходимо быть внимательным потребителем. В частности, при покупке красок нужно проверять их маркировку на предмет содержания свинца. В случае сомнений от покупки лучше отказаться. [9]
Приобретать косметику и средства народной медицины только у производителей, деятельность которых регулируется государством, поскольку в таких изделиях регистрируются уровни содержания свинца. Также ищите на упаковках подпись «без свинца» или «Lead-free».
При покупке нового аккумулятора для автомобиля следует сдать старый аккумулятор вашему дистрибьютору или в официальный центр утилизации отходов, а не выбрасывать его и не отправлять на утилизацию в неофициальные или не имеющие лицензий пункты.
Не рекомендуется покупать керамические изделия с чересчур яркой красной и жёлтой росписью, что почти всегда указывает на присутствие в глазури свинца.
Приобретать консервы в жестяных банках с гладкими сварными швами, которые находятся между наклейкой и верхним или нижним концом банки.
А самое главное – чаще мыть руки, проводите влажную уборку дома и не собирать грибы и ягоды вдоль дорог!
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В рамках работы над проектом мы подтвердили выдвинутую гипотезу: свинец оказывает существенное влияние на здоровье человека. Но основная цель нашей работы в первую очередь просветительская, направленная на предупреждение отравления свинцом и устранению этой опасности. Поэтому материалы этой работы и выводы в дальнейшем будут использоваться на уроках биологии и химии, а также в рамках внеурочной деятельности при изучении экологии человека. Нами был разработан буклет, который мы распространили среди обучающихся нашей школы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ИНТЕРНЕТ-ИСТОЧНИКОВ
Химико-токсикологический анализ тяжелых металлов: учебное пособие / Е.А. Илларионова, И.П. Сыроватский; ГФБОУ ВО ИГМУ Минздрава России, кафедра фармацевтической и токсикологической химии. – Иркутск : ИГМУ, 2016. – 58 с.
Добрынина Н.А. Биологическая роль некоторых химических элементов//Химия в школе 1995 № 3
Валеология. Справочник школьника. / Сост. С.Н. Заготова. – Ростов-на-Дону: ООО «Издательство БАРО-ПРЕСС», 2004.
https://www.pushkar-journal.com/2018/11/dezintoksikatsiya-yazhelykh-metallov.html
https://www.krasotaimedicina.ru/diseases/urgent/plumbism
https://www.who.int/ru/news-room/questions-and-answers/item/chemical-safety-lead-poisoning
https://otherreferats.allbest.ru/chemistry/00203820_0.html
https://studbooks.net/2193563/matematika_himiya_fizika/vvedenie
https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-soderzhaniya-tyazhelyh-metallov-v-organizme-detey-i-vzroslyh-prozhivayuschih-v-selskoy-i-gorodskoy-mestnosti-primorskogo-kraya/viewer
https://dzen.ru/a/YJOx3epDTRLfpeQc
https://www.who.int/ru/campaigns/international-lead-poisoning-prevention-week/2020/about
https://news.un.org/ru/story/2020/07/1382901
https://www.bagira.guru/articles/svinets-tikhij-ubijtsa.html
Приложение № 1
Анкетирование
Влияние свинца на организм человека
Цель: выяснить уровень информированности опрашиваемых о роли свинца в жизни человека.
Участники анкетирования: ученики 9-11 классов.
Вопросы анкеты и результаты:
1. В чём заключается отрицательное значение влияния свинца на организм человека?
2. Как защитить свой организм от влияния свинца?
3. Как свинец может попасть в наш организм?
4. Консервированная продукция, приобретаемая в вашей семье?
Приложение № 2
Зоны загрязнения территории России . [8]
Приложение № 3
Фотоотчет - опыт № 1«Исследование влияния тяжелых металлов на белок»
Приложение № 4
Изменение летальной дозы с возрастом
Приложение № 5
Источники свинца
Приложение № 6
Фотоотчет - опыт № 2«Качественная реакция на ионы свинца»