XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Чем вредны батарейки?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Набиева А.Д. 1

---

1МАОУ Школа №104 им.М. Шаймуратова

Давлетова Л.И. 1

---

1МАОУ Школа № 34 ГО г. Уфа РБ

Работа в формате PDF

146.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В наши дни широко используются пальчиковые батарейки. В нашем доме их можно встретить повсюду: в игрушках, в часах, в звонке, в пульте, в фотоаппарате. Но мало кто знает, какую угрозу таят в себе использованные батарейки.

Многие из нас не задумываются, что состояние окружающей среды напрямую связано с нашим поведением в быту, в природе. Очень часто люди ведут себя безграмотно не только по отношению к природе, но к собственному здоровью, своим поведением создают угрозу для жизни.

Актуальность данной работы обусловлена влиянием химических веществ, содержащихся в батарейке, на окружающую среду и здоровье человека.

Цель моей работы выяснить влияние использованных батареек на окружающую среду, здоровье человека.

Чтобы достичь цели я поставил перед собой следующие задачи:

1. На основе литературных данных выяснить влияние использованных батареек на окружающую среду и здоровье человека.

2. Изучить способы утилизации использованных батареек.

3. Провести анкетирование учащихся школы для выявления их знаний по данной теме.

4. Экспериментально показать качественный состава батареек.

5. Провести акцию по сбору использованных батареек.

Объектом исследования: пальчиковая батарейка.

Предмет исследования: изучение влияния отработанных батареек на окружающую среду и здоровье человека.

Методы исследования: анализ специализированной литературы, анкетирование учащихся и их родителей, химический эксперимент, экологическая акция.

Гипотеза: использованные батарейки оказывают негативное влияние на окружающую среду.

I. Теоретическая часть

1. 1. Что такое батарейка. Виды батареек.

Батарейка – это обиходное название источника электричества для автономного питания разнообразных устройств.

Схема строения батареек (рис.1), производимых для массового потребителя: два электрода - катод и анод - изготавливаются из двух разных металлов. Пространство между ними заполнено электролитом. В электролите протекает реакция, в ходе которой выделяется энергия в виде электрического тока. Характерные особенности батарейки зависят от материалов для электрода и электролита.

Рис.1 Строение обычной батарейки

Виды батареек:

1. По типу электролита все батарейки делятся на:

а) солевые;

б) щелочные (алкалиновые);

в) ртутные – поддерживают постоянное напряжение, обладают высокой энергоёмкостью и энергоплотностью, но из-за высокой цены и вредности ртути уже почти не производятся;

г) серебряные – обладают высокой  ёмкостью, хороши при высоких и низких температурах, длительно хранятся;

д) литиевые – обладают наивысшей ёмкостью на единицу массы, превосходны при низких и высоких температурах, чрезвычайно длительно хранятся, поддерживают высокое напряжение на элемент (3В), лёгкие.

Последние три вида редко используются из-за своей дороговизны.

2. По типу химической реакции:

а) первичные.

Гальванические элементы – реакции, происходящие в них, необратимы, поэтому их нельзя перезарядить. Обычно именно их и называют словом «батарейка». Попытка зарядить батарейку может привести к порче батарейки и утечке щёлочи или других веществ, находящихся в батарейке. Эти батарейки обладают большей емкостью и дешевле, но одноразовы в применении.

б) вторичные.

Аккумуляторы – в отличие от первичных, реакции в них обратимы, поэтому они способны преобразовывать электрическую энергию в химическую, накапливая её (заряд), и выполнять обратное преобразование, отдавая электрическую энергию потребителю (разряд). Эти батарейки многократны в применении и перезаряжаемы, но обладают меньшей емкостью и дороже.[1]

1.2 История возникновения и использования батареек

Первый химический источник электрического тока был изобретен случайно, в конце 17 века итальянским ученым Луиджи Гальвани. Его опыты стали основой исследований другого итальянского ученого Алессандро Вольта, который собственно и сформулировал главную идею изобретения: причиной возникновения электрического тока является химическая реакция, в которой принимают участие пластинки металлов. Для подтверждения своей теории Вольт создал нехитрое устройство, состоявшее из цинковой и медной пластин, погруженных в емкость с соляным раствором. Именно это устройство стало первым в мире автономным элементом питания и прародителем современных батарей, которые в честь Луиджи Гальвани именуют гальваническими элементами.

Начало промышленного производства первичных химических источников тока было заложено в 1865 г. французом Ж. Л. Лекланше, предложившим марганцево-цинковый элемент с солевым электролитом.[2]

1.3 Влияние использованных батареек на окружающую среду и здоровье человека.

В зглянув на обычную пальчиковую батарейку, вы практически всегда увидите на ней знак рис.2 :

Рисунок 2.

Это означает: «Не выбрасывать, необходимо сдать в спецпункт утилизации». И этот знак на батарейке стоит неспроста!

Одна пальчиковая батарейка, выброшенная в мусорное ведро, загрязняет тяжёлыми металлами около 20 квадратных метров земли, а в лесной зоне это территория обитания двух деревьев, двух кротов, одного ёжика и нескольких тысяч дождевых червей!

Это происходит потому, что батарейки содержат различные тяжелые металлы, которые даже в небольших количествах могут причинить вред здоровью человека. Это цинк, марганец, кадмий, никель, ртуть и др. Поэтому гальванические элементы (батарейки) относятся к первому классу опасности.

После выбрасывания батарейки металлическое покрытие разрушается, и тяжелые металлы попадают в почву и грунтовые воды. Из грунтовых вод эти металлы могут попасть в реки и озера или в артезианские воды, используемые для питьевого водоснабжения. Один из самых опасных металлов, ртуть, может попасть в организм человека как непосредственно из воды, так и при употреблении в пищу продуктов, приготовленных из отравленных растений или животных, поскольку этот металл имеет свойство накапливаться в тканях живых организмов.

Даже если батарейка попадает не в землю, а на свалку, то и там она будет наносить немалый вред окружающей среде, так как вредные вещества из неё могут попасть в почву и подземные воды. А если её сожгут на мусоросжигательном заводе, то все токсичные материалы, в ней содержащиеся, попадут в атмосферу.[3]

1.4 Чем опасны тяжелые металлы, находящиеся в батарейках? 

Свинец. Накапливается в основном в почках. Вызывает также заболевания мозга, нервные расстройства. 

Кадмий. Накапливается в печени, почках, костях и щитовидной железе. Является канцерогеном, то есть провоцирует рак. 

Ртуть. Влияет на мозг, нервную систему, почки и печень. Вызывает нервные расстройства, ухудшение зрения, слуха, нарушения двигательного аппарата, заболевания дыхательной системы. Наиболее уязвимы дети. Металлическая ртуть – яд. По степени воздействия на организм человека ртуть относится к 1-му классу опасности – «чрезвычайно опасные вещества». Независимо от путей поступления в организм ртуть накапливается в почках. 
Беспечно выброшенная в мусорное ведро батарейка попадает на свалку, где каждое лето с другим мусором возгорается и тлеет (а на мусоросжигательных заводах и вовсе горит), с клубами дыма выпуская тучи диоксинов. Даже минимальным дозам этих ядовитых соединений человечество обязано онкологическими и репродукционными заболеваниями.  А еще отравлениями, замедленным развитием и слабым здоровьем детей. Диоксины проникают в наш организм не только с дымом: с дождевой водой они попадают в почву, воду и растения. Дальше по цепочке – прямо к нам на стол с едой и питьем.

Так что не важно, живете ли вы по соседству с мусоросжигательным заводом, рядом со свалкой или в сосновом бору. Для диоксинов нет преград. Да и времени на такие путешествия у них предостаточно за счет огромного периода распада. Пока мы не осознаём масштаба наносимого вреда, но уже лет через 15-20 неизбежно столкнёмся с последствиями.

Ядовитые вещества из батареек, в любом случае проникают в почву, в подземные воды, попадают в море и в водохранилища, из которых люди потребляют воду, не думая, что вредные химические соединения (из батарейки, выброшенной неделю назад в мусоропровод) с кипячением не исчезают, не убиваются – они ведь не микробы.[3]

1.5 Утилизация батареек.

Что же делать с отработавшими свой срок батарейками?

По правилам батарейки нужно перерабатывать на специальных заводах. Переработка батареек – это процесс восстановления и использования материалов, из которых сделаны батарейки, процесс извлечения металлов батареек и их повторного включения в производство новых батареек или других продуктов. Заключительная цель этого процесса состоит в том, чтобы сэкономить электроэнергию и сырье, уменьшить объем производства. Но проблема в том, что переработка стоит дороже, чем последующая продажа полученного сырья.

Тем не менее от переработки батареек мы извлекаем пользу: создаем лучшую окружающую среду для нас.

В Европе, переработка батареек производится, для того чтобы:

• Защитить окружающую среду и улучшить качество жизни человека.

• Уменьшить объем участков земли используемых для закапывания мусора.

• Уменьшить объём сырья для производства батареек

• Уменьшить объём используемой электроэнергии

• Создать новые рабочие места

Вопрос об утилизации батареек по-разному решается в разных странах мира. Так, в Японии батарейки старательно собирают и хранят до тех времен, когда будет изобретена оптимальная перерабатывающая технология.

Переработка батареек в странах Европейского Союза является обязательной. С 26 сентября 2008 года все батарейки, аккумуляторы и их упаковка должны быть маркированы специальным символом (рис.2) – на самой батарейке или же на упаковке, в зависимости от размера. Этот специальный символ сбора сообщает потребителям, что батарейки нельзя выбрасывать вместе с домашними отходами. Вместо этого батарейки нужно сдавать в специальные пункты на переработку. Как правило, во всех супермаркетах стоят контейнеры для использованных батареек.

В России до 2013 года заводов по переработке использованных батареек не было, и отработанные батарейкисобирали в крупных супермаркетах. Затем старые аккумуляторы и батарейки свозили на полигоны, где производилось их захоронение. Такая мера не решает всех экологических проблем, но хотя бы надёжно изолирует окружающую среду от токсичных отходов.

Поэтому всё, что мы можем сделать, защищая окружающую среду, - это проследить, чтобы использованные элементы питания не попадали в мусоропровод, а оттуда на свалку. Нельзя допускать, чтобы они валялись на улицах, газонах, в парках и т.д. Использованные батарейки нельзя  хранить дома, выбрасывать, а тем более отдавать детям.

В 2013 году Челябинск стал первым городом России, где отлажена линия по утилизации использованных батареек. Экологически чистую, эффективную и уникальную для страны технологию придумали южноуральские специалисты путем опытов и экспериментов на предприятии «Мегаполисресурс».  

Компания MediaMarkt Russia организовала сбор батареек по всей стране, а на переработку они будут отправляться в Челябинск, в «Мегаполисресурс». [4]

На сегодняшний день утилизацией батареек в нашей стране, кроме ГК «Мегаполисресурс», сейчас занимаются еще три компании: ООО «НЭК» в Ярославле, ООО «Экологическое предприятие «Меркурий» в Санкт-Петербурге и ООО «Сибирская Ртутная Компания» в Новосибирске.

Переработка батареек состоит из пяти этапов:

Батарейки сортируют по семи химическим типам.

Их дробят и магнитным сепаратором отделяют железную оболочку.

«Начинку» батарейки промывают от электролита. Вода возвращается обратно в цикл, а электролит используют для нейтрализации кислот.

С помощью электролиза извлекаются цветные металлы или их соли.

Отфильтровывают графит (снова с возвратом воды в цикл).

В результате переработки получают черный лом (измельченная оболочка), графит и цветные металлы. Графит применяют для антифрикционных материалов (например, велосипедная смазка), а извлеченные металлы являются полноценным аналогом рудных. [6]

На сегодняшний день на территории города Уфа насчитывается 498 экобоксов-контейнеров для сбора отработанных ртутьсодержащих ламп и элементов питания.

Кроме экобоксов, на территории Уфы сбор отработанных элементов питания ведется в торговых объектах, в том числе, в продовольственных магазинах, расположенных в шаговой доступности.

С развитием бизнеса по переработке сдать опасные отходы стало проще. Сеть пунктов приема батареек непрерывно растет. А в некоторых из них принимают и аккумуляторы от гаджетов. [5]

II. Исследовательская часть.

2.1Проведение анкетирования.

Прежде чем приступить к экспериментальной части, я решила узнать отношение учеников нашей школы к отработанным батарейкам и провела анкетирование учащихся. В опросе приняли участие 104 ученики 5-9 классов.

Я выяснила, что ученики нашей школы не владеют информацией о вреде отработанных батареек и способах их утилизации (табл.1 и табл.2).

Таблица 1. Информированность учащихся МАОУ Школа №104 о влиянии отработанных батареек на окружающую среду и здоровье человека.

Таблица 2. Результаты анкетирования.

За год в каждой семье накапливается примерно 8 батареек. Только для нашего класса, для 26 семей за 1 год наберется 208 выброшенных батареек. Это – 416 погубленных деревьев, сотни тысяч червей, 4160 кв. м зараженной земли.

Такие неутешительные данные были получены только для одного класса. Чтобы повысить экологическую грамотность наших школьников мы провели акцию «Сдай батарейку, помоги природе».

2. 2. Проведение акции «Сдай батарейку, помоги природе»

Цель нашей акции:

• привлечь внимание школьников к проблеме утилизации отработанных батареек;

• повысить экологическую грамотность учеников нашей школы;

• внести практический вклад в оздоровление окружающей среды нашего города.

Время проведения акции: с 04 по 25декабря 2023 года.

Результаты акции: на 25.12.2023 года за время проведения акции мы собрали 200 батареек, таким образом, мы спасли от загрязнения тяжёлыми металлами 2400 квадратных метров земли, что приравнивается к территории обитания 240 деревьев, 240 кротов, 120 ёжиков и нескольких тысяч дождевых червей!

Также я выяснила, где принимают отработанные батарейки в городе Уфа. Оказалось, что отработанные батарейки принимают в магазинах Media Markt в ТРЦ «Планета» по адресу ул. Энтузиастов, 20. По окончании акции все собранные батарейки были сданы в Media Markt.

2. 2. Проведение экспериментов.

Для определения качественного состава батареек я опустила 2 батарейки в дистиллированную воду. Через 40 минут приступила к определению ионов.

По литературным данным в батарейках содержатся такие тяжелые металлы, как цинк, марганец, кадмий, никель, ртуть. Я изучила качественные реакции на ионы данных металлов и выбрала подходящие и выполнимые в лаборатории школы.

1)Качественные реакции на катионы цинка Zn²⁺.

Добавляем к исследуемому раствору раствор нитрата кобальта и нагреваем. Образуется смешанный оксид кобальта и цинка CoZnO₂ зеленого цвета.

Zn(NO₃)₂+ Co(N0₃)₂ —^t-> CoZn0₂ + 4 NO₂ +О₂.

2)Качественная реакция на катионыртути (II) Hg²⁺.

К исследуемому раствору добавляем раствор хлорида бария. Выпадает осадок белого цвета – хлорид ртути.

Hg²⁺ + 2Cl^- = HgCl₂↓

3) Качественная реакция на катионы никеля (II) Ni²⁺.

В пробирку внесла 2-3 капли исследуемого раствора и добавляла концентрированный (25%-й) раствор аммиака до полного растворения осадка и образования раствора синего цвета.

Ni²⁺ + 4NH₃→ [Ni(NH₃)₄]²⁺

4) Качественная реакция на катионы цинка Cd²⁺.

К исследуемому раствору добавила раствор сульфида натрия. Выпадает осадок желтого цвета – сульфид кадмия.

Cd²⁺ + S^2- → CdS↓ (желтый)

5)Качественная реакция на катионы марганца (II) Mn²⁺.

Приливала к исследуемому раствору раствор карбоната натрия. Образуется белый осадок карбоната марганца.

Mn²⁺ + Na₂СО₃ →МnСО₃↓

Результаты качественного определения ионов тяжелых металлов в растворе, в котором в течении 40 минут находились батарейки представлены в табл.3.

Таблица 3. Результаты качественного анализа батареек

Заключение

Проблема экологического состояния нашей природы очень важна, не все люди подходят к решению этой проблемы достаточно ответственно. Изучив принципы работы батареек, я вплотную столкнулась с проблемой их утилизации.

В процессе моей работы я внесли небольшой вклад в решение этой насущной проблемы. Если бы все люди были не равнодушны к утилизации батареек, то их вред природе стал бы минимальным.

Для достижения поставленной цели и решения задач я изучила теоретический материал и выяснила о вредном воздействии отработанных батареек на окружающую среду и здоровье человека.

В ходе выполнения научно-исследовательской работы я сделала следующие выводы:

1. Отработанные батарейки опасны для человека и окружающей среды. Они содержат ионы тяжелых металлов.

2. Использованные батарейки необходимо сдавать в специальные пункты приёма для дальнейшей утилизации.

3. Учащиеся нашей школы не знают о вреде отработанных батареек и способах их утилизации. 80% опрошенных учащихся не знают, что батарейки содержат вредные вещества, и 69% учащихся выкидывают батарейки в мусорное ведро.

4. Опытным путем показала качественный состав батареек. В батарейках содержатся ионы цинка, никеля, кадмия, ртути, марганца, которые являются тяжелыми металлами и могут нанести вред как окружающей природе, так и здоровью человека.

5. Провела акцию по сбору использованных батареек.Привлекла внимание к этой проблеме учеников нашей школы и внесла практический вклад в оздоровление окружающей среды нашего города.

Источники, использованной информации

1. http://akkumulatori.ru/index.php/istoriya-sozdaniya-batareek.html

2. http://nechtoportal.ru/istoriya-veshhey/istoriya-batareek.html

3. http://www.pererabotka-musora.ru/hazardous_waste.shtm

4. http://www.сдайбатарейку.рф

5. https://www.bashinform.ru/news/social/2020-12-17/sobrat-i-obezvredit-gde-v-bashkirii-mozhno-sdat-ispolzovannye-batareyki-i-rtutnye-lampy-2028376

6. https://dzen.ru/a/XzOwbT_80Trv7z97