III Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

РЕАКЦИИ В КАСТРЮЛЬКЕ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кривоногова Д.С. 1

---

1Средняя школа №82

Куцегуб Н.Ф. 1

---

1Средняя школа №82

Работа в формате PDF

752.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Стремление человечества максимально улучшить условия среды обитания, сделать их максимально комфортными для своего проживания зачастую оборачивается серьезными проблемами, которые влияют на состояние здоровья и продолжительность жизни.

Вред, который оказывают на человека тяжелые металлы: ртуть, кадмий, свинец, известны давно. Алюминий, не являющийся тяжелым и считавшийся не токсичным, может оказывать вредное влияние на организм человека. Многие растворимые в воде соединения алюминия могут оказывать вредное воздействие на человека, оказывая действие на нервную систему, накапливаясь в нервной ткани, и приводя к тяжёлым расстройствам функции центральной нервной системы. По некоторым биологическим исследованиям поступление алюминия в организм человека было сочтено фактором в развитии болезни Альцгеймера, но эти исследования были позже раскритикованы и вывод о связи одного с другим опровергался.

Своим исследованием я хотела бы ответить на следующие вопросы:

1. Выявить и установить возможность попадания ионов алюминия в организм через металлическую посуду, опытным путем подтвердить, что алюминиевая посуда непригодна для приготовления пищи.

2. Подготовить памятки с рекомендациями «Советы хозяйкам».

(Приложение №4)

Гипотеза:

Если алюминий взаимодействует с кислотами и щелочами, то пища, имеющая соответствующую реакцию среды, приготовленная в посуде из алюминия будет содержать ионы этого металла и переходить в организм человека и представлять опасность для здоровья человека.

Цель исследования: исследовать возможные пути попадания ионов алюминия в организм человека через использование в быту алюминиевой посуды; опытным путем подтвердить непригодность алюминиевой посуды для приготовления и хранения пищи.

Задачи исследования:

• Теоретическим путем изучить химические свойства алюминия и возможное негативное воздействие на живой организм ионов Al³⁺.

• Определить, насколько широко алюминиевая посуда используется в быту в наше время.

• Изучить действие кислот и щелочей на алюминий.

• Определить рН среды различных видов пищи, которую готовят в алюминиевой посуде.

• С помощью качественного анализа определить наличие ионов Al³⁺ .

• На основе проведенных исследований сделать вывод о пользе или вреде алюминиевой посуды и дать рекомендации по её правильному использованию.

Объект исследования: металл алюминий

Предмет исследования: алюминиевая посуда

Методы исследования:

• обзор и анализ литературы по изучению влияния алюминия на организм человека;

• социологический опрос по использованию алюминиевой посуды в быту;

(Приложение №1)

• лабораторные исследования по определению рН среды различных видов пищи, которую готовят в алюминиевой посуде;

(Приложения №2,3)

• исследование свойств металлического алюминия.

1. Основная часть

1.1 Алюминий, его свойства и физиологическая роль

Алюминий легкий серебристый с металл с высокой электропроводностью. Химически активен, на воздухе покрывается, оксидной пленкой, которая защищает металл от взаимодействия с кислородом и водой. Растворим в горячих концентрированных растворах кислот и щелочей. По распространённости в мире алюминий занимает 3 место среди химических элементов (после кислорода и кремния), и первое место среди металлов. Известно несколько сотен минералов содержащих алюминий, к которым в первую очередь относятся бокситы и алюмосиликаты. Получают алюминий путем электролиза глинозема.

Сплавы металлического алюминия широко используют как базовый материал в авиа- и судостроении. Особо чистый алюминий служит для изготовления проводников в электротехнике. Чистый алюминий используют для изготовления различной кухонной посуды, фольги и т.п.

В медицине используются адсорбирующие, обволакивающие, антацидные, защитные и обезболивающие свойства препаратов содержащих алюминий. Силикат алюминия и жженые квасцы принимают, как правило, наружно в виде присыпок, паст и мазей при лечении кожных заболеваний. Гидроокись алюминия принимают внутрь как антацидное средство при язве желудка, заболевании двенадцатиперстной кишки.

Физиологическая роль алюминия.

Алюминий является постоянной составной частью клеток, где преимущественно находится в виде Al³⁺. Его присутствие в том или ином виде обнаружено практически во всех органах человека. Алюминий в небольших количествах необходим для организма, особенно для костной ткани, в случае же избытка этот металл может представлять большую опасность для организма человека. В целом алюминий относят к токсичным элементам.

Последствия избытка алюминия в организме:

• Энцефалопатия (нарушения памяти, нервозность, наклонность к депрессии, трудности в обучении в детстве и прогрессирующее старческое слабоумие и т.д.);

• Остеомаляция (размягчение костей), а также связанные с ней переломы и др. заболевания опорно-двигательного аппарата.

• Нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта;

• Нарушение функции почек;

• Развитие аллюминоза (профессиональное заболевание работников металлургии) c характерными изменениями в легочной ткани;

• Нарушение обмена железа, фосфора, магния, кальция, цинка, меди.

1.2 Историческая справка

Были времена, когда алюминий ценился выше драгоценных металлов. У Плиния Старшего в «Естественной истории» есть упоминание о мастере, который принес императору Тиберию чашу из легкого белого металла, добытого, по его словам, из глины. Тиберий тогда испугался, что все его богатства обесценятся, и привычно отрубил мастеру голову — тогда проблемы конкуренции на рынке решались просто. В 1855 году, когда алюминий был впервые показан публике на Всемирной выставке в Париже, его называли «серебром из глины», он был очень дорогим металлом. При дворе императора Наполеона III во время торжественных обедов блюда и приборы для членов императорской семьи были из алюминия, у остальных — из простого золота.

Английский химик Гэмфри Дэви, профессор Королевского института, занимался экспериментами с электролитической установкой, с помощью которой он пробовал добывать чистые металлы. В 1808 году он вплотную подошел к созданию металла из глинозёма, которому дал название «алюминий». Гэмфри Дэви можно назвать отцом современной алюминиевой промышленности — теперь все предприятия в мире используют его электролитический метод.

Однако, до настоящего алюминия еще было далеко. Опыты Дэви продолжил датский физик Ханс Кристиан Эрстед и немецкий химик Фридрих Вёлер. На получение алюминия в виде нескольких зерен величиной с булавочную головку у Вёлера ушло почти два десятка лет. Правда, и это был не чистый металл, а его сплав с калием, ртутью и платиной. Вёлер смог получить его впервые в 1827 году.

В 1856 году француз Анри-Этьен Сент-Клер Девиль, значительно удешевив и усовершенствовав технологию Вёлера. За сутки завод Девиля производил два килограмма алюминия. В 1857 году килограмм этого металла стоил 300 франков. В те годы комнату в Париже можно было снять за 20 франков.

23 Февраля 1886 года 22-летний изобретатель Чарльз Мартин Холл, экспериментировал с алюминием в его лаборатории в Оберлин, штат Огайо. Записи блокнота Холла говорят, что в этот день он усовершенствовал процедуру недорого производства алюминиевого соединения, которое могло быть использовано в посуде.

Так или иначе, но прогресс в технологиях сделали своё — алюминий стал общедоступным материалом и в конце XIX века из него уже делали не драгоценности, а предметы обихода, оптические приборы, посуду и кухонную утварь, которая стала вытеснять традиционные медь и чугун.

Специалисты, занимающиеся испытанием и сертификацией посуды, в том числе и алюминиевой, советуют ее использовать только для кипячения воды — все остальные вещества при высокой температуре провоцируют в алюминиевой посуде активную реакцию, несмотря на это в России (всего 26 заводов на территории России и стран СНГ) продолжается обширный выпуск различной алюминиевой посуды.

Алюминиевая посуда запрещена для использования в детских учреждениях общепита.

Новые санитарные нормы в детских садах: «Российская газета», 2010:

«14.13. Столовая и чайная посуда выделяется для каждой группы. Она может быть изготовлена из фаянса, фарфора (тарелки, блюдца, чашки), а столовые приборы (ложки, вилки, ножи) - из нержавеющей стали. Не допускаетсяиспользовать посуду с отбитыми краями, трещинами, сколами, деформированную, с поврежденной эмалью, пластмассовую и столовые приборы из алюминия».

1. Практическая часть

2.1 Социологический опрос

Далее я решила выяснить, почему хозяйки используют алюминиевую посуду: не знают о ее вреде или не считают эту информацию существенной? Для ответа на этот вопрос мной был проведён социологический опрос об использовании алюминиевой посуды в быту.

Выводы по социологическому опросу:

1. 68 % опрошенных знают, о недостатках алюминиевой посуды.

2. Несмотря, на то, что население знает, о вреде алюминиевой посуды, алюминиевая посуда находится на 2 месте по использованию.

3. 27% знают, что использовать алюминиевую посуду нельзя.

4. 57% знают, какую пищу можно готовить в алюминиевой посуде, без вреда организму.

5. 65% опрошенных знают, как правильно ухаживать за алюминиевой посудой.

6. И почти половина опрошенных не знает, что алюминиевую посуду запрещено использовать в детских садах и школах.

Социологический опрос показал, что население очень плохо осведомлено, о том, что алюминиевая посуда опасна, и что использовать ее больше чем просто, не рекомендовано. И по использованию - эта посуда находится на втором месте после посуды с тефлоновым покрытием!

Столовая «Средней школы №82»

Многие заметили, что в нашей школе пропали алюминиевые ложки. Для того что бы узнать куда же они делись я обратилась к сотрудникам столовой. Оказалось, что все алюминиевые ложки в нашей столовой давно заменили. Из алюминия только лишь тазы для переноса пищи, и кастрюли, но кастрюли из сплава дюралюминия.

2.2 Химический эксперимент

Далее мной были проведены опыты на изучение химических свойств алюминия. Алюминий ‑ активный металл, однако, из-за прочной оксидной пленки его активность мало заметна. Оксидная пленка может быть удалена механическим или химическим путём. И алюминий, и его оксид взаимодействует как с кислотами, так и со щелочами.

Al₂О₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3 H₂O

Al₂О₃+ 3H₂SO₄(разб) = Al₂(SO₄₎₃ + 3 H₂O

Al₂О₃ + 6 CH₃COOH → 2 (CH₃COO)₃Аl + 3 H₂O

Al₂О₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄]

Опыт №1. Алюминий взаимодействует с растворами неорганических и органических кислот, при этом образуется соль и выделяется водород.

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂

2Al + 3H₂SO₄(разб) = Al₂(SO₄₎₃ + 3H₂

2 Аl + 6 CH₃COOH → 2 (CH₃COO)₃Аl + 3H₂

Я решила проделать данную реакцию с раствором лимонной кислоты, испытав ее действие на предмет из данного металла. Я растворила в воде белый кристаллический порошок, купленный в магазине. Через некоторое время после нанесения на посуду лимонной кислоты я увидела пузырьки газа, что является признаком химической реакции.

Вывод: Если алюминий реагирует с кислотами, и в кислой среде он переходит в раствор в виде солей, то приготовление и хранение пищи содержащей к кислотам приведет к тому, что он в виде иона поступит в пищу.

Опыт №2. Алюминий взаимодействует со щелочью, при этом образуется соль и выделяется водород.

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

Средство для мытья духовок и плит содержит в своём составе каустическую соду, то есть гидроксид натрия. При нанесения этого средства на алюминиевый предмет, достаточно быстро я увидела признаки реакции в виде выделяющегося газа.

Вывод: Если алюминий реагирует со щелочами, и в щелочной среде он переходит в раствор в виде солей, то приготовление и хранение пищи со щелочной реакцией среды приведет к тому, что он в виде иона он так же поступит в пищу.

Опыт №3. Определение среды распространенных пищевых блюд. Мною были проверены индикаторами (лакмусовая бумага) наиболее распространенные блюда и была определена среда этих блюд, которые готовят в нашей столовой, и которые я употребляю дома.

(Приложение №3)

Вывод: Мною было обнаружено, что различные блюда имеют различную реакцию среды. Кислая среда: компот, щи, борщ, мясные блюда, приготовленные с добавлением томатного соуса, квашеная капуста. Щелочная реакция среды: манная, рисовая, пшенная, гречневая каша, картофельное пюре, суп вермишелевый на курином бульоне.

Следовательно, приготовление пищи в посуде из алюминия приводит к тому, что в виде ионов алюминий будет попадать в неё и в организм, накапливаться и оказывать негативное влияние на здоровье человека.

Опыт №4. Алюминий реагирует с водой, при этом выделяется водород и образуется нерастворимый гидроксид алюминия.

2Al + 6H₂O = 2 Al(OH)₃ ↓ + 3H₂↑

В течении 15 минут кипятила воду в алюминиевой кастрюле, затем остудила раствор и проверила его прозрачность.

Наблюдения: Никаких изменений в пробе воды, которая кипятилась в алюминиевой посуде, не наблюдала. Проделывая этот опыт, я убедилась, что оксидная пленка на металле защищает его от взаимодействия с водой, так оксид алюминия в воде не растворяется и не реагирует с ней.

Вывод: впосуде, целостность которой не нарушена можно кипятить воду, но при приготовлении пищи, имеющей кислую или щелочную среду, оксидная плёнка будет разрушаться, и кроме прочих реакций алюминий будет реагировать с водой.

Вывод по практической части:

Алюминий не любит контакта с кислотами и щелочами. Потому, что кислоты и щелочи, содержащиеся в продуктах, разрушают защитную пленку, при этом ионы металла переходят в пищу. Щи, кисель, компот или мясо в кисло-сладком соусе как раз и есть такие реактивы, которые имеют, кислую среду, а молоко имеет щелочную реакцию. В результате в наши блюда со стенок кастрюль переходят соединения, не предусмотренные кулинарными рецептами. Нельзя хранить продукты в алюминиевой посуде.

Заключение

1. Социологический опрос показал, что более половины опрошенного населения знает, о том, что алюминиевая посуда небезопасна, но все равно продолжают ее использовать.

2. Опытным путем подтвержден факт, что алюминий взаимодействует с кислотами и щелочами, а следовательно через пищу, приготовленную в посуде из алюминия ионы алюминия будут переходить в организм человека.

3. При кипячении воды, переход алюминия не наблюдается, так как вода нейтральна, а алюминий покрыт плотной оксидной пленкой, которая предотвращает контакт металла с водой.

5. Алюминиевая посуда непригодна для приготовления и хранения в ней продуктов питания, имеющих кислую и щелочную реакцию среды, ионы алюминия будут переходить в пищу.

6. Нужно, как можно чаще поднимать проблему, о вреде алюминия, для того что бы население понимало всю опасность не правильного использования этой посуды.

Список литературы

1. Скальный А. В Химические элементы в физиологии и экологии Человека. - М. : Издательский дом «ОНИКС 21 век», 2004

2. Сайт «Страна мам» Статья «Вредная посуда». Эмалированная, нержавейка, алюминиевая". Вредная посуда. Эмалированная, нержавейка, алюминиевая.

3. "Центр здорового питания. Знай что есть!" http://eat-info.ru/references/microelements/alyuminiy/

4. http://zavodfoto.livejournal.com/638887.html "Промышленность России"

5. "Российская газета" "Новые санитарные норма в детских садах" 8 сентября 2010 год.

6. http://n-t.ru/ri/ps/pb013.htm«Популярная библиотека химических элементов»

7. Пищевые добавки. Организм человека: Универсальный иллюстрированный справочник для всей семьи.- М: Маршалл Кавердиш,2004.-(серия «Древо познания»)

8. Свободная энциклопедия «Википедия»/ http://ru.wikipedia.org/

Приложения

Приложение №1

Вопросы для социологического опроса

Какую посуду вы используете дома?

1. алюминиевая

2. чугунная

3. из нержавеющей поверхности

4. с тефлоновым покрытием

5. эмалированную

Знаете ли вы о недостатках алюминиевых кастрюль?

1. да

2. нет

Можно ли использовать алюминиевую посуду?

1. да

2. нет

Знаете ли вы, какую пищу можно готовить в алюминиевой посуде, без вреда организму человека?

1. да

2. нет

Можно ли в алюминиевой посуде готовить молочную кашу?

1. да

2. нет

Знаете ли вы, что алюминиевая посуда запрещена к использованию в детских садах, школах?

1. да

2. нет

Можно ли в алюминиевой посуде варить морс, компот, борщ?

1. да

2. нет

Результаты социологического опроса

Какую посуду Вы используете дома?

Знаете ли Вы, о недостатках алюминиевых кастрюль?

Как вы считаете можно ли использовать алюминиевую посуду?

Знаете ли Вы, какую пищу можно приготовить в алюминиевых кастрюлях без вреда организму человека?

Знаете ли Вы как правильно ухаживать за алюминиевой посудой?

Знаете ли вы, что алюминиевая посуда запрещена в детских садах и школах?

Приложение №2

Фотографии проведенных опытов.

Взаимодействие алюминия с кислотами.

Взаимодействие алюминия со щелочами.

Приложение №3

Определение реакции среды блюд

Приложение №4

Советы хозяйкам

1. В алюминиевой посуде, без вреда для здоровья, можно кипятить только чистую воду.

2. Пользоваться алюминиевой посудой постоянно нельзя, так как ионы алюминия могут накапливаться в организме человека, что способствует ухудшению здоровья человека.

3. Нельзя готовить в алюминиевой посуде молочные блюда и блюда из овощей и фруктов.

4. Нельзя готовить в алюминиевой посуде различные маринады с добавлением уксусной и лимонной кислот.

5. Нельзя хранить питьевую воду долгое время в алюминиевой посуде.

6. Нельзя хранить различные крупы в алюминиевой посуде.

7. Ни в коем случае не годится она и для варки диетических блюд и детского питания.

8. Нельзя мыть алюминиевую посуду металлическими щетками и мочалками и абразивными чистящими веществами, так как они разрушают оксидную пленку.

9. Если кастрюля очень загрязнена, то ее можно вымыть содовым раствором (ложка на литр воды), грязь уйдет вместе с растворенной пленкой, а на их месте образуется новая и чистая.