Токсикация соединениями алюминия и свинца объектов окружающей среды и людей

XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Токсикация соединениями алюминия и свинца объектов окружающей среды и людей

Кадырова Ж.А. 1Агутина В.В. 1
1МОУ СШ № 57 г. Волгограда
Шаталова Е.С. 1Лаптева О.В. 1
1МОУ СШ № 57 г. Волгограда
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Человек непрерывно взаимодействует с окружающей природой, с самого начала его существования на Земле. К сожалению, в полной гармонии с природой человек никогда не находился и не довольствовался приспособлением к ней, как делали и продолжают делать животные. Своей хозяйственной деятельностью человек постепенно изменял среду своего обитания, теперь она изменяет человека: болезни, вызванные качественным изменением окружающей среды, рождение детей с отклонениями и уродствами, — это последствия бездумного воздействия людей на воздух, воду, почву, а, значит, и на растения и животных. Теперь перед человечеством стоит задача улучшить окружающую среду, свести к минимуму негативное влияние человека на природу. Эти проблемы помогает решить социальная экология — научная дисциплина, рассматривающая взаимоотношения в системе «общество-природа», изучающая взаимодействие и взаимосвязи человеческого общества с природной средой. В своей работе мы хотели бы затронуть проблему медленно развивающихся экологических катастроф, к которым относится антропогенная токсикация планеты[1].

В своей работе мы рассмотрели одни из самых распространенных экотоксинов – алюминий и свинец.

Мы определили тему нашей работы как: Токсикация соединениями алюминия и свинца объектов окружающей среды и людей.

Объектом нашего изучения являются снег, вода, предметом – содержание ионов алюминия и свинца в ней.

Целью нашей работы является: выявить наличие и содержание соединений алюминия и свинца в воде, снеге.

В своём исследовании мы поставили следующие задачи:

  • познакомиться с применением алюминия и свинца, их соединений человеком;

  • изучить влияние соединений алюминия и свинца на организм человека;

  • определить содержание ионов алюминия и свинца в речной и водопроводной воде, снеге;

  • сделать выводы об уровне загрязнения соединениями алюминия и свинца окружающей среды в окрестностях Кировского р-на Волгограда.

Методы, использованные при выполнении работы: теоретический анализ научной литературы по проблеме исследования; химические методы: качественное определение содержания ионов алюминия и свинца в воде, снеге; математическая обработка, интерпретация и сравнение полученных данных с данными научной литературы.

Научная новизна исследования заключается в получении сведений об уровне загрязнённости ионами алюминия и свинца воды и снега в Кировском р-не Волгограда.

Практическая значимость работы заключается в том, что: адаптированы к применению в условиях школы методики определения содержания ионов алюминия и свинца в воде, снеге; эти методики могут использоваться в работе химических и экологических кружков, в исследовательских работах школьников; даны рекомендации по профилактике токсикации алюминием и свинцом у детей.

1. Алюминий и его соединения

    1. Применение алюминия и его соединений

По масштабам применения алюминий и его сплавы занимают второе место после железа и его сплавов. Широкое применение алюминия в различных областях техники и быта связано с совокупностью его физических, механических и химических свойств. Чистый алюминий применяют для изготовления проволоки и фольги. Основную массу алюминия используют для получения легких сплавов — дуралюмина, силумина и др. [2]

Сплавы алюминия находят широкое применение, в частности, из алюминиевого сплава был изготовлен первый искусственный спутник Земли. Сплав алюминия и циркония — циркалой — широко применяют в ядерном реакторостроении. Алюминий применяют в производстве взрывчатых веществ.

Особо следует отметить окрашенные пленки из оксида алюминия на поверхности металлического алюминия, получаемые электрохимическим путем. Покрытый такими пленками металлический алюминий называют анодированным алюминием. Из анодированного алюминия, по внешнему виду напоминающему золото, изготовляют различную бижутерию.

При обращении с алюминием в быту нужно иметь в виду, что нагревать и хранить в алюминиевой посуде можно только нейтральные (по кислотности) жидкости (например, кипятить воду). Если, например, в алюминиевой посуде варить кислые щи, то алюминий переходит в пищу и она приобретает неприятный «металлический» привкус. Поскольку в быту оксидную пленку очень легко повредить, то использование алюминиевой посуды все-таки нежелательно.

1.2. Влияние ионов алюминия на организм человека

Физиологическая роль алюминия.

В организм человека ежесуточно поступает от 5 до 50 мг алюминия, в зависимости от региона проживания. Известно, что при горячей обработке пищевых продуктов, за счет использования алюминиевой посуды, происходит загрязнение пищи этим металлом. Источником поступления алюминия является также и питьевая вода, где его содержание составляет 2-4 мг/л. В ЖКТ человека всасывается 2-4% поступившего алюминия, причем лучше усваиваются растворимые соли, такие как AlCl3. Алюминий поступает в организм и через легкие, что при высоких показателях загрязнения воздуха соединениями алюминия, может приводить к фиброзу.

Депонируется алюминий в костях, печени, легких и в сером веществе головного мозга. С возрастом содержание этого элемента в легких и головном мозге увеличивается. Алюминий выводится из организма в основном с мочой, калом, потом и выдыхаемым воздухом.

Алюминий играет в организме важную физиологическую роль, - он участвует в образовании фосфатных и белковых комплексов; процессах регенерации костной, соединительной и эпителиальной ткани; оказывает, в зависимости от концентрации, тормозящее или активирующее действие на пищеварительные ферменты; способен влиять на функцию околощитовидных желез. Алюминий в небольших количествах необходим для организма, и особенно для костной ткани; в случае его избытка этот металл может представлять серьезную опасность для здоровья. В целом алюминий относят к токсичным элементам[3].

Повышенное содержание алюминия в организме.

Порог токсичности алюминия соответствует величине поступления равной 2 мг/сутки. Органами-мишенями при избыточных концентрациях алюминия в организме являются почки, центральная нервная система, кости, легкие, костный мозг, яичники, матка и молочные железы.

Причины избытка алюминия:

- острые отравления солями алюминия на производстве;

- избыточное поступление в условиях повышенного содержания алюминия в пище, питьевой воде, воздухе;

- поступление с лекарственными препаратами, дезодорантами;

- хроническая почечная недостаточность.

Основные проявления избытка алюминия:

- энцефалопатии, нарушения функции ЦНС;

- развитие алюминоза («алюминиевые легкие»), с характерными патологическими изменениями в легочной ткани, сухим или влажным кашлем, рвущими болями во всем теле, потерей аппетита, исхуданием, иногда расстройством пищеварения, болями в желудке, изменениями состава крови;

- снижение активности отдельных ферментов;

- запоры;

- нарушение функции почек;

- снижение абсорбции желудка;

- снижение содержания эритроцитов и гемоглобина в крови;

- микроцитарная анемия;

- обострение аутоиммунных заболеваний;

- угнетение функций Т- и В- клеток, макрофагов;

- нарушение обмена фосфора, магния, цинка, меди.

2. Свинец и его соединения

2.1. Применение свинца и его соединений

Благодаря своей высокой коррозионной стойкости свинец находит широкое применение в различных отраслях промышленности. В наибольших количествах его используют в производстве аккумуляторов и антикоррозионных оболочек кабелей. Свинец широко применяют для производства различных сплавов на основе меди, антифрикционных сплавов[2].

Свинец используется для получения тетраэтилсвинца Рb(С2Н5)4, добавка которого в бензин существенно повышает эффективность работы двигателей внутреннего сгорания. Значительное количество свинца в виде химических соединений используют для производства красителей (свинцовые белила, сурик и др.) и различных химикатов.

Мягкий и пластичный свинец, не ржавеющий в присутствии влаги, – незаменимый материал для изготовления оболочек электрических кабелей; на эти цели в мире расходуется до 20% свинца. Малоактивный свинец используют для изготовления кислотоупорной аппаратуры для химической промышленности, например, для облицовки реакторов, в которых получают соляную и серную кислоты. Тяжелый свинец хорошо задерживает губительные для человека излучения и потому свинцовые экраны используются для защиты работников рентгеновских кабинетов, в свинцовых контейнерах хранят и перевозят радиоактивные препараты.

В строительстве свинец используют для уплотнения швов и создания сейсмостойких фундаментов. В военной технике – для изготовления шрапнели и сердечников пуль. В медицине применяют свинцовые примочки; а ацетат свинца в косметологии, - для окраски седых волос.

2.2. Влияние свинца на организм человека

Неорганические соединения свинца (Pb2+) нарушают обмен веществ и являются ингибиторами ферментов, у детей вызывая умственную отсталость, заболевания мозга. Попадая в клетки, свинец дезактивирует ферменты. Свинец может заменять кальций в костях, становясь постоянным источником отравления. Органические соединения свинца еще более токсичны. Степень отравления свинцом определяют по концентрации его в крови. Безопасным уровнем содержания его считается (0,2 - 0,8) •10 -4 %.

Роль свинца в жизнедеятельности организма изучена недостаточно. Известно, что свинец участвует в обменных процессах костной ткани. С другой стороны, свинец является канцерогеном и тератогеном для организма.

Полагают, что оптимальная интенсивность поступления свинца в организм человека составляет 10-20 мкг/день. Ежедневное поступление свинца в организм человека колеблется от 70 до 400 мкг. Основной источник свинца – пища. Средний дневной рацион соответствует 250 мкг, что в 10 раз меньше токсической дозы. Из ЖКТ свинец выводится в виде малорастворимых фосфатов и других солей. Часть свинца всасывается и транспортируется кровью в виде комплексов с белками. Свыше 90% всосавшегося свинца фиксируется в костях, а также во внутренних органах. Поступление свинца с питьевой водой составляет около 6% от дозы пищевого свинца [3].

В организме взрослого человека содержится от 2 до 15 мг свинца. В желудочно-кишечном тракте всасывается 5-10 % (а иногда и до 50%) от поступившего свинца. Много свинца может попадать в организм с вдыхаемым воздухом. При больших концентрациях тетраэтилсвинца возникает риск его проникновения через кожу.

Основной путь поступления свинца лежит через ЖКТ. Степень всасывания свинца зависит от растворимости его соединений. Выводится свинец из организма со стулом (80-90%), а меньшая часть выделяется с мочой. В норме в костях содержание свинца равно 20 мг/кг, печени – 1 мг/кг, почках – 0,8 мг/кг, головном мозге – 0,1 мг/кг.

Токсическая доза для человека: 1 мг.

Летальная доза для человека: 10 г.

Причины избытка свинца:

- избыточное поступление;

- дефицит в организме кальция, магния, цинка и железа.

Основные проявления избытка свинца:

- повышенная возбудимость, слабость, утомляемость, снижение памяти;

- головные боли;

- поражение периферической нервной системы (боли в конечностях);

- появление свинцовой каймы на деснах;

- кариес зубов, артропатия, заболевания костной системы;

- повышение артериального давления, развитие атеросклероза;

- боли в животе (свинцовые колики), спастический запор;

- истощение, исхудание, снижение массы тела;

- нарушения порфиринового обмена;

- нефропатия, прогрессирующая почечная недостаточность;

- снижение потенции;

- анемия;

- снижение устойчивости к инфекциям (особенно у детей);

- развитие синдрома сатурнизма;

- снижение содержания в организме кальция, цинка, селена.

3. Определение содержания ионов алюминия и свинца в изучаемых объектах

3.1. Определение содержания ионов алюминия в речной и водопроводной воде

Для исследования мы взяли речную воду из Волги, водопроводную воду и водопроводную воду, прокипячённую в алюминиевой посуде в течение 15 минут.

Для обнаружения ионов Al мы выбрали Na2HPO4, так как он дает наиболее нерастворимый осадок AlPO4. К 1 мл упаренной воды мы прилили 1мл раствора гидрофосфата натрия. Получили следующие результаты:

1. В речной воде (пробирка №1) осадок выпадает, но полностью растворяется в уксусной кислоте, следовательно, это были фосфаты Ca, Mg. Фосфат алюминия не обнаруживается.

2. Водопроводная вода (пробирка №2) дала осадок. После добавления уксусной кислоты осадок практически полностью растворяется, остаётся незначительное помутнение.

3. Водопроводная вода(пробирка №3), прокипяченная в алюминиевой посуде. Осадок с Na2HPO4 выпадает более интенсивно, чем в пробе 2. При добавлении уксусной кислоты помутнение сохраняется.

Проведённый эксперимент доказывает, что в водопроводной воде содержится незначительное количество ионов алюминия, при кипячении в алюминиевой посуде концентрация ионов алюминия значительно возрастает.

Результаты эксперимента показаны в приложении 1.

3.2. Определение содержания ионов свинца в водопроводной воде, волжской воде, снеге

Для определения содержания катиона свинца (2+) в виде растворимых солей мы ознакомились с существующими методиками. К сожалению, все они носят только качественный характер, то есть можно определить наличие или отсутствие ионов свинца, но нельзя определить их количество. Для количественного определения свинца существуют методики, использование которых в школьной лаборатории невозможно из-за отсутствия соответствующей аппаратуры.

Мы выбрали чувствительный реагент из неорганических реактивов на ионы свинца по произведению растворимости:

Pb2+ + 2I – = PbI2 (золотистые кристаллы) ПР = 8 ·10 – 9

Ни в одной из пробирок (№ 4,5,6) осадок ярко-золотистого цвета не проявился, что и позволило сделать вывод о слишком малой концентрации свинца для выявления его в растворах.

Результаты эксперимента показаны в приложении 2.

Но, несмотря на результаты эксперимента, аэрозольные соединения свинца, накопившись в воздухе за десятилетия использования тетраэтилсвинца, еще долго будут загрязнять снег, дождевую воду, а значит, значит почву, речную воду, будут попадать в организм растений, животных и человека. Вывести соединения свинца из круговорота практически невозможно.

Выводы

  1. Свинец содержится в небольшом количестве в воде и чистом снеге. В снег соединения свинца попадают из воздуха, адсорбируются на его поверхности.

  2. Хозяйственная деятельность человека приводит к переводу соединений алюминия в растворимое состояние и включение его в круговорот веществ и пищевые цепи.

  3. Водопроводная вода дополнительно насыщается соединениями свинца, проходя через водопровод. В водопроводной воде обнаруживаются следы ионов алюминия вследствие обработки речной воды на водоочистных сооружениях с помощью солей алюминия.

  4. В организм человека ионы алюминия попадают с водопроводной водой, при использовании алюминиевой посуды, при применении антацидов и употреблении в пищу растений и животных с повышенным содержанием алюминия в тканях.

  5. Уровень загрязнения соединениями алюминия и свинца окружающей среды в окрестностях Кировского р-на Волгограда в пределах нормы.

Рекомендации

- не использовать водопроводную воду, не прошедшую очистку в ионообменных фильтрах.

- поддерживать в организме достаточный уровень таких элементов, как: кальций, магний, цинк, железо, медь, селен, хром, фосфор. Принимать витамины A, C, E, B-комплекс.

- не использовать алюминиевую посуду;

- уменьшить потребление чая, как продукта, содержащего наибольшее количество алюминия.

Библиографический список

  1. Пурмаль А.П., Антропогенная токсикация планеты. Часть 1;Соросовский, 1998

  2. Интернет-ресурс «Справочник по цветным металлам». Ссылка: [http://libmetal.ru].

  3. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. – М.: Издательский дом «ОНИКС 21 век»: Мир, 2014.

  4. https://christmasplus.ru/reviews/voda/opredelenie_ostatochnogo_alyuminiya_v_pitevoy_prirodnoy_i_normativno_ochishchennoy_stochnoy_vode_s_p/

  5. https://meganorm.ru/Data/584/58422.pdf

Приложение 1

Приложение 2

Просмотров работы: 1