II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ СВИНЦА В ТРАВЯНИСТОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПАРКОВ Г. ЖИРНОВСКА
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Города – неотъемлемая часть лика Земли. Хотя они занимают всего лишь 2% площади суши, но в них живет половина населения нашей планеты. К 2025 г. городское население составит 2/3 от мирового.
Города – это территории с глубокими антропогенными изменениями. Промышленные предприятия загрязняют природную среду пылью, выбросами и сбросами побочных продуктов и отходов производства. Еще одним из мощных загрязнителей атмосферы является автомобильный транспорт. В выхлопных газах автомобиля обнаружено более 2000 различных веществ. Один легковой автомобиль в среднем за год выбрасывает в атмосферу 800 кг оксида углерода, 40 кг оксида азота, около 200 кг углеводородов и их производных, ноглавная опасность- это свинец, рассеянный в воздухе. Его содержание в окружающей среде растёт в силу увеличения антропогенных нагрузок и его выброса и сброса с отходами производства и потребления. Свинец - кумулятивный яд высокой токсичности, то есть он постепенно накапливается в живых организмах, поскольку скорость его естественного выведения очень низка. Это и определяет нежелательность его присутствия, как в абиотических, так и в биотических объектах.
Тетраэтилсвинец (С2Н5)4Pb и тетраметилсвинец (CH3)4Pb - это летучие ядовитые жидкие вещества, которые с 1930-х годов, и до сих пор добавляют как антидетонирующие присадки к бензинам. Выхлопы автомобилей - наиболее серьезный источник загрязнения окружающей среды свинцом. Согласно всемирной статистике на их долю приходится более 70% загрязнения! Соединения свинца через лёгкие поступают в кровь человека. Содержание этого металла в окружающей среде растет сейчас небывало быстрыми темпами в результате деятельности человека. Виной всему нерациональное использование автомобильного топлива.
В своей исследовательской работе мы решили выяснить, действительно ли велика доля содержания ионов свинца в растениях, которые находятся на небольшом удалении от автотрассы.
Цель: проанализировать и сравнить содержание ионов свинца в травянистой растительности парков города на различном удалении от автодороги.
Задачи:
- изучить литературу по данной теме;
- определить методику проведения экспериментальных опытов;
- провести опыты согласно выбранной методике;
- убедиться на опыте в обратной пропорциональной зависимости концентрации ионов свинца от расстояния между экспериментальными площадками.
Объект исследования: травянистые растения городского и комсомольского парков г.Жирновска.
Предметом исследования являются ионы свинца.
Глава I. Влияние ионов свинца на организм человека
По степени воздействия на живые организмы свинец отнесен к классу высокоопасных веществ наряду с мышьяком, кадмием, ртутью, селеном, цинком, фтором и бензапиреном (ГОСТ 17.4.1.02-83).
Выделяют несколько основных путей поступления свинца в организм: дыхательный, желудочно-кишечный (т.е. через пищу).
Опасность свинца для человека определяется его значительной токсичностью и способностью накапливаться в организме. Различные соединения свинца обладают разной токсичностью: малотоксичен стеарин свинца; токсичны соли неорганических кислот (хлорид свинца, сульфат свинца и др.); высокотоксичные алкилированные соединения, в частности, тетраэтилсвинец, содержащийся в этилированном бензине.
Свинец необычайно пагубно влияет на многие процессы в организме человека. Он вызывает обширные патологические изменения в нервной системе, крови, сосудах, активно влияет на синтез белка, энергетический обмен клетки и ее генетический аппарат. Свинец подавляет ферментативные процессы превращения порфиритов и кровообразование, ингибирует SH-содержащие ферменты, холинэстеразу, различные АТФазы. Он угнетает окисление жирных кислот, нарушает белковый, липидный и углеводный обмены, способен замещать кальций в костях. Свинец нарушает деятельность сердечно-сосудистой системы, вызывая изменения электрической и механической активности сердечной мышцы, морфологические и биохимические изменения в миокарде с признаками сосудистой дегенерации, повреждения мышечной стенки сосудов и нарушение сосудистого тонуса. Органические соединения свинца, например тетраэтилсвинец, высокотоксичные для нервных тканей – они подавляют метаболизм глюкозы, синтезы РНК и ДНК, повреждают миелиновые оболочки нервных клеток, что сопровождается снижением скорости передачи нервного возбуждения.
Тетраэтилсвинец значительно изменяет метаболизм серотонина и норадреналина, повышает уровень пирувата в крови, что ведет к нарушению снабжения мозга кислородом.
Свинцовые отравления весьма различны в проявлениях и включают психическое возбуждение, тревогу, ночные кошмары, галлюцинации, нарушение памяти и интеллекта с симптоматикой распада личности. Очень опасны неврологические нарушения у детей – гиперактивность, ухудшение показателей психического развития, снижение работоспособности к обучению. Отравления свинцом и его солями вызывает поражение десен, расстройство кишечника заболевания почек.
Соединения свинца обладают канцерогенностью и генотоксичностью – они могут вызвать мутации, нарушая третичную структуру и функции ферментов синтеза и репарации ДНК.
Отравление человека свинцом проявляется неспецифическими симптомами: сначала –повышенная возбудимость и бессонница, позже – утомляемость и депрессия. Более поздние симптомы заключаются в расстройстве функции нервной системы и в поражении головного мозга. Признаки заболевания наблюдаются при содержании свинца в крови, равном 1 мкг/мл.
Основным показателем воздействия свинца на здоровье детей является уровень его содержания в крови, причем происходит постоянный пересмотр рекомендуемого нормативного содержания свинца в крови. Результаты ряда крупных международных и национальных проектов подтвердили, что при увеличении концентрации свинца в крови ребенка с 10 до 20 мкг/дл происходит снижение коэффициента умственного развития (IQ).
У маленьких детей изменения психомоторных реакций связывают с повышенным поступлением свинца в организм при облизывании пальцев рук и игрушек, побывавших на загрязненной почве.
Влияние свинца проявляется также в изменениях двигательной активности, координации движений, времени зрительной и слухомоторнойреакции, слухового восприятия и памяти. Эти изменения в психоневрологическом статусе ребенка возможны и в более старшем возрасте, что выражается в трудностях обучения и поступления в высшие учебные заведения.
Таким образом, проблема загрязнения свинцом атмосферы является в настоящее время весьма актуальной и для снижения риска заболеваемости населения необходимо предпринимать ряд мер как на правительственном, так и общенародном уровне.
Глава II. Обнаружение ионов свинца в травянистой растительности городского парка
Вдоль автомобильных дорог, из воздуха, свинец абсорбируют растения. Подтвердить или опровергнуть данную информацию помог проведённый нами опыт.
Экспериментальнымиплощадками нами были взяты комсомольский парк г.Жирновска, расположенный в центре города около нашей школы, а также городской парк г.Жирновска, расположенный на краю города, отдаленный от автотрассы.
На территории парков был проведен сбор проб травянистой растительности на различном удалении от автотрассы. Растения, взятые в центральном парке около школы, находились непосредственно около дороги, выглядели неприглядно, листья имели желто – бурый цвет. Растения, взятые в городском парке, который находится вдали от дороги, визуально выглядели более зеленого и сочного цвета. Сбор всех проб растений проходил в одно и то же время суток, в сухую погоду.
В дальнейшем был проведён химический эксперимент. Заключался он в следующем. Мы измельчили траву каждой из собранных проб, и по очереди помещала их в чашку Петри. К каждой пробе мы добавляли по 50 мл.воды и по 50 мл. этилового спирта. Полученную смесь упаривали на водяной бане, чтобы свинец перешёл в раствор. В каждом случае на упаривание мы затрачивали одинаковое количество времени. После этого, полученный травяной экстракт фильтровали и помещали фильтрат в пробирку. Отфильтрованные пробы экстракта внешне выглядели по-разному. Далее в экстракт по каплям добавляли раствор сульфида натрия.
Pb2+ + S2- =PbS↓
В результате проделанных реакций выпали осадки. В пробирках с пробами из парка близ проезжей трассы выпали интенсивно черные осадки, что свидетельствует о том, что в травах данного парка скапливаются ионы свинца. Это объясняется тем, что вблизи данного парка находится школа, садик, а также школа искусств,где происходит активное движение автотранспорта внутри двора, так как осуществляется подвоз детей и жителей этого района. В пробирках с пробами из паркаотдаленный от автотрассычерный осадок был практически не обнаружен. Каждая из пробирок, с выпавшим осадком сравнивалась с осадком полученным в результате качественной реакцией на ионы свинца, где реактивами были взяты государственные стандартные образцы (ГСО) растворов ионов свинца и сульфид- ионов.Чтобы убедиться в верности наших результатов мы сравнивали не только цвет осадка, но и его количество. Для этого мы профильтровали раствор каждой из пробирок и сравнили осадки на бумажных фильтрах друг с другом. Результат подтвердился.
Глава III. Обнаружение ионов свинца в бензине
В связи с частыми нарушениями запрета на использование этилированного автомобильного бензина на территории РФ повысилась доля содержание ионов свинца в окружающей среде.
Для данного эксперимента были взяты пробы бензина на двух автозаправках города Жирновска, «Лукойл» и «БашНефть». Обе заправки находятся на выездах города. С обеих заправок были взяты пробы бензина Аи – 92.
Суть эксперимента заключалась в следующем.
Обе пробы бензина по каплям мы приливали в фарфоровые тигли. Далее мы подожгли обе пробы. После сгорания, содержимое тиглей выглядела по-разному. Продукты сгорания пробы бензина «БашНефть» мы нанесли на индикаторную бумагу. Она окрасилась в бежево-розовый цвет, что указывает на минимальное содержание свинца в бензине. Продукт сгорания пробы бензина «Лукойл» мы так же нанесли на индикаторную бумагу. Она окрасилась в розово-малиновый цвет. Это указывает на то, что в пробе бензина взятого с автозаправки «Лукойл» содержится свинец. Такой бензин является этилированным. Весь эксперимент занял примерно 4-5 минут.
Выводы:
-
Благодаря проведённому химическому эксперименту была выявлена следующая закономерность, что чем ближе к автотрассе взята проба растения, тем интенсивнее цвет осадка фильтрата, то есть содержание ионов свинца больше в растениях, которые расположены ближе к трассе.
-
В ходе эксперимента было выявлено, что бензин, взятый с автозаправки «Лукойл» является этилированным. Он является источником выбросов свинца в атмосферу.
Заключение:
Изучив литературу по данной теме, проведя данные эксперименты и выполнив поставленные в работе задачи, мы пришли к выводу, что свинец действительно поступает в атмосферу с выхлопными газами автомобилей. В результате проведения опыта с бензином было выявлено, что бензин с автозаправки «Лукойл» содержит ионы свинца. Этот бензин является этилированным, то есть источником выбросов в атмосферу свинца. Растения комсомольского парка действительно абсорбируют свинец из воздуха. Экспериментально было доказано, что растения парка, лежащего вблизи дороги, имели максимальное количество осадка сульфида свинца, по сравнению с остальными пробами.
Благодаря человеческой деятельности концентрация ионов свинца в окружающей среде растёт с каждым днём. В г. Жирновске происходит только нестационарное загрязнение ионами свинца (в частности автомобильным транспортом), а число единиц автотранспорта ежегодно растёт. Для того, чтобы хоть как-то снизить уровень загрязнения атмосферы свинцом необходимо принять следующие меры, как на правительственном, так и на общественном уровне.
-
внести изменения в конструкции автомобильных двигателей с целью замещения бензина альтернативными видами топлива (газ, спиртовое топливо, биогаз, водород).
-
расширить использование для двигателей внутреннего сгорания автомобилей сжатого природного газа и сжиженного неорганического газа.
-
необходимо уменьшить использование этилированного бензина, т.к. этот бензин и является источником выбросов свинца в атмосферу.
-
необходимо создать ряд установок, которые бы задерживали свинец.
Принятие хотя бы части из этих мер снизит содержание свинца в воздухе, а значит, уменьшит отрицательное влияния свинца на здоровье населения.
Список литературы
1. Л. Ф. Голдовская. Химия окружающей среды. –М.: Мир, 2005
2. Л. А. Николаев. Металлы в живых организмах.
3. О. К. Тейлор, В.С. Ранеклз , Д. П. Орморд , В.Х. Смит. Загрязнение воздуха и жизнь растений / Под ред. М. Трешоу.-Л.: Гидрометеоиздат, 1988.
4. Л.Ф. Тищенко Л.А Тищенко. Охрана атмосферного воздуха. В 2 кн. 1. Выделение вредных веществ- М.; 1993.
5. В. С. Цибин , В.А Галашин Легковые автомобили. –М.: Просвещение , 1993.
6. С. В. Алексеев, Н.В Груздева, Э.В Гущина. Экологический практикум школьника: Учебное пособие для учащихся. Самара: Корпорация «Фёдоров», издательство «Учебная литература», 2005- 304 с.
7. А. В. Забьялов КМА и здоровье детей. «Экология и жизнь», 1997- №4
8. Н.Е. Кузнецова, И.М. Титова, Н.Н Гара, А.Ю. Жегина. //«Химия в школе».-М.: «Центрхимпресс».
9.Э. И. Рувинова.// Загрязнение среды свинцом и здоровье детей «Биология»,1998- №8
10. http://365cars.ru/soveti/neetilirovannyiy-i-etilirovannyiy-benzin.html (что такое этилированный бензин)
14