V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Йод в жизни человека

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Керимова М.М. 1

---

1МБОУ Одинцовская гимназия № 13

Маланина Е.А. 1

---

1МБОУ Одинцовская гимназия № 13

Работа в формате PDF

822 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Йод ― жизненно необходимый микроэлемент, который в природе встречается крайне редко. Мы все знаем о существовании йода, часто пользуемся им в качестве антисептического препарата. Но мало кто из нас задумывается о более широком значении йода в жизни человека. Ведь йод — это элемент, минимальный по своему количественному содержанию, но очень важный для стабильного функционирования человеческого организма. Его недостаток порождает различного рода заболевания и часто бывает связан с малым употреблением продуктов, содержащих йод. Поэтому моя работа стала посвящена не только изучению столь важного теоретического материала по теме, но и качественному обнаружению йода в пищевых продуктах, чтобы мы точно могли знать, в каких из них йода содержится больше всего.

Цель исследования: Выявить значимость йода для жизни человека и определить качественное содержание йода в поваренной йодированной соли и продуктах питания.

Задачи исследования:

провести обзор научной и научно-популярной литературы, а также ресурсы Интернет по данной теме;

опытным путем определить качественное содержание йода в поваренной йодированной соли и продуктах питания.

Актуальность работы.

Теоретическая значимость данного исследования заключается в обобщении и систематизации материала по теме важности йода. Значимость результатов практической части состоит в полученных знаниях о качественном содержании йода и возможности их применения учителями химии и биологии на факультативных занятиях и элективных курсах.

Гипотеза: Качественное содержание йода можно определить в продуктах питания, используя их отвары.

Основная часть

1.История открытия йода как химического элемента

Существование йода было открыто Бернаром Куртуа ― одним из французских селитроваров. Его наблюдательность позволила ему в 1811 г. заметить, что медный котел при выпаривании щелока (щелок был получен из бурых водорослей) начал быстро подвергаться процессу разрушения. Создавалось впечатление, что котел разъедается какой-то кислотой. Тогда Куртуа, не дав этому новому явлению пройти бесследно, осадил и удалил из раствора соли натрия. Выпарив раствор, он обнаружил в котле наличие сульфида калия и для его разложения к выделившемуся осадку добавил концентрированную серную кислоту. Эта реакция повлекла за собой образование фиолетового дыма — йода. Дальнейшее охлаждение вещества превращало его в темно-серые кристаллы с ярким блеском. Свою работу по открытию йода Куртуа описывал лично: «В маточном растворе щелока, полученного из водорослей, содержится довольно большое количество необычного вещества. Его легко выделить: для этого достаточно прилить серную кислоту к данному раствору и нагреть смесь в реторте. Новое вещество осаждается в приемнике в виде черного порошка, который при нагревании превращается в пары великолепного фиолетового цвета».Чуть позже (в 1813 г.) уже другой французский химик Жозеф-Луи Гей-Люссак стал рассматривать полученное вещество как химический элемент и дал ему название «йод», что в переводе означает «фиолетовый».

2.Нахождение йода в природе

Йод считается одним из редких элементов: его среднее содержание в земной коре составляет 0,00004% по массе. Однако, несмотря на то, что он не входит в число самых распространенных элементов, он очень сильно рассеян в природе, поэтому присутствует практически везде. Больше всего йода (а именно его йодидов) приходится на морскую воду. Его содержание варьируется в пределах 20-30 мг на тонну воды. Он также наблюдается в морских организмах (животного и неживотного происхождения). Так, морская капуста из всех продуктов питания славится наибольшим его содержанием.В природе йод встречается в виде минералов. Распространенность собственных минералов йода очень мала, поэтому нахождение таких минералов, как лаутарита и йодаргирита — очень редкое явление. Йод находится в нефтяных буровых водах. Эти нефтяные месторождения стали главным источником промышленного получения йода в России. В тех странах, где подобные месторождения отсутствуют, для получения йода распространено использование морских водорослей, маточных растворов чилийской (натриевой) селитры, щелока калийных и селитряных производств.

3.Роль йода в человеческой жизни

Йод известен нам всем. У каждого из нас в домашней аптечке хранится спиртовой раствор йода, применяющийся в качестве антисептического средства. Подсушивая ткани, он прекрасно справляется с обработкой царапин, дезинфекцией ран. Еще один случай применения йода человеком — необходимость в стимуляции притока крови к мягким тканям. Такая надобность возникает часто при ушибах и растяжениях, когда на поверхность кожи наносят йодную сетку. Однако кроме этого, йод играет и важную биологическую роль, рассмотреть которую стоит более подробно.

Биологическая роль йода. Йод — важнейший микроэлемент, незаменимый для нашего организма. Суть всей его биологической роли заключается в участии в процессе синтеза гормонов щитовидный железы (тироксина и трийодтиронина). На данный момент йод — единственный из всех микроэлементов, участвующий в подобных процессах. За счет выработки этих гормонов йод посредством них оказывает на организм очень важные эффекты:

обеспечение нормального энергетического обмена благодаря увеличению количества митохондрий;

влияние на образование более 100 ферментов;

стимуляция образования белка;

участие в обмене жиров, углеводов и витаминов;

усиление действия других гормонов (инсулина, адреналина) во многих обменных процессах;

стимуляция нервной системы.

Это лишь малый перечень все тех функций, в которых участвуют гормоны щитовидной железы, а значит и сам йод.

Содержание йода в организме человека.Человеческий организм содержит в себе примерно 20-35 мг йода. Это количество кажется очень маленьким, но значительность его содержания велика. Йод характеризуется своим неравномерным распространением: меньшая его часть содержится в крови и почках, большая — в щитовидной железе (на нее приходится около половины всего йода). Поступление йода в наш организм в основе осуществляется через пищеварительный тракт. Мы потребляем пищу и воду с содержанием соединений йода (йодидов). Желудочно-кишечный тракт осуществляет всасывание этих вещества, интенсивнее всего — тонкий кишечник. Через легкие йод активно может поступать в зоне прибрежных морских районов, а через кожу его поступление осуществляется в совсем малых количествах. Организм человека характеризуется наличием йода преимущественно в органической форме. Йодиды из протекающей через щитовидную железу крови захватываются А-клетками этой железы. Они и образуют таким образом гормоны Т4, Т3, коллоидальный белок тиреоглобулин — органические соединения йода. В человеческом организме присутствуют и неорганические формы йода: проникновение йодид - ионов через клеточные мембраны осуществляется очень легко, в связи, с чем к неорганическим соединениям йода относят как йодиды внеклеточного пространства и эритроцитов, так и йодиды накапливающих йод желез.

4.Потребность йода в организме

Ежедневная потребность в йоде зависит от возраста и физиологического состояния (период полового созревания, беременность и кормление грудью требуют увеличения количества потребляемого йода). В таблице ниже представлены данные Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) о рекомендуемых суточных дозах йода:

5.Дисбаланс йода в организме человека

Гармонии можно добиться только сохранением общего баланса. Это касается и нашего с вами организма. Когда в нем нарушается необходимая концентрация йода, начинают появляться проблемы.

Дефицит йода. Йод — это микроэлемент, который не вырабатывается в организме самостоятельно, он попадает туда с пищей. Недостаточное поступление в организм йода порождает патологию щитовидной железы и нарушение синтеза тиреоидных гормонов. Йододефицитные болезни наблюдаются особо распространенными в горных районах и местах, далеких от моря, так как именно в них концентрация йода наименьшая. А в далеких от морской воды областях живет большая часть людей. Именно поэтому согласно данным ВОЗ самые распространенные неинфекционные заболевания в мире — йододефицитные. Области нехватки йода в почвах, воде, пищи относят к эндемичным по дефициту йода. Эти территории занимают 1,5 млрд людей и практически все жители России.

Часто следующие симптомы становятся показателями йодной недостаточности:

понижается аппетит;

человек быстрее утомляется, ощущает вялость;

выпадают волосы, наблюдаются сухость кожи и проблемы с зубами (их разрушение);

проблемы со слухом, памятью;

головная боль;

иммунитет ослабевает, в результате чего организм легко поражается простудными и инфекционными заболеваниями.

Нельзя сказать по этим симптомам, что йодная недостаточность проявляется с особой характеристикой. Такие признаки люди нередко приписывают простой усталости, отсутствию настроения. А проблема ведь кроется гораздо глубже.Избыток йода. Избыток йода в человеческом организме встречается значительно реже, но тоже имеет место. Обычно количество йода, превышающее норму, наблюдается лишь у работников производства или добычи йода при нарушении санитарных норм для нормальной работы. Так, человек чувствует себя нормально при концентрации паров йода, не завышающей 1мг/м³. Концентрация в 1,5-2 мг/м³ затрудняет работу, а 3 мг/м³ делает ее невозможной. Проблема в том, что йод в больших количествах очень токсичен, он просто отравляет организм. Поэтому при необходимости принятия высоких доз йода по медицинским показаниям, то делать это стоит только в соглашении с рекомендациями врача. Отравление йодом может возникнуть по причине:

вдыхания паров вещества;

введения в организм доз йода, превышающих суточную норму;

длительного приема лекарств с содержанием йода;

индивидуальной непереносимости, проявляющейся даже при минимальном контакте с йодом;

сочетания перечисленных факторов.

Отравление йодом (йодизм) подразделяется на два типа: острое и хроническое. Острое отравление происходит при поступлении в организм большой дозы йода за короткий временной отрезок, когда при хроническом отравлении йод поступает регулярно небольшими дозами на протяжении долгого времени. Такой тип поражает организм годами.

6.Содержание йода в различных продуктах питания

Большинство продуктов питания не может характеризоваться большим содержанием йода. Однако среди них есть малое количество тех продуктов, которые смело можно назвать носителями йода. Рассмотрим их поподробнее.

Морепродукты.Морепродукты и растительного, и животного происхождения действительно очень богаты йодом. По количеству его содержания на первом месте стоит морская капуста (ламинария) — бурая водоросль, обитающая в Тихом и Северном Ледовитом океанах. Количество присутствующего в ней йода варьируется в пределах 50-70,000 мкг, что в среднем составляет 0,3% от общей массы. Суточная доза йода набирается при съедании 100-200 г ежедневно. На втором месте после ламинарии стоит морская рыба, в которой содержание йода составляет 70 мкг. Богаты этим элементов и морские гребешки, крабы, мидии, креветки, устрицы. Однако они более доступны для жителей приморских районов.

Йодированные продукты. Сейчас многие продукты йодированы. Поэтому в магазине мы можем встретить йодированную соль, хлебобулочные изделия, молочные продукты, пресноводную рыбу, овощи, выращенные на богатых йодом почвах, с содержанием йода.

Некоторые фрукты и ягода. Содержание йода отмечается в хурме, апельсинах, лимонах, бананах, дыне, винограде, ананасе, клубнике, яблоках.

7.Практическая часть.

7.1.Качественное определение йода в поваренной йодированной соли

Для массовой профилактики йододефицита в России с 1930-х годов была рекомендована йодированная соль.

Мы поставили цели в условиях школьной лаборатории определить качественное содержание иода в образцах пищевой йодированной соли.

Для проведения химических экспериментов я пользовалась материалами и ресурсами школьной лаборатории. Для исследования были приобретены образцы йодированной поваренной соли в магазине расположенном вблизи образовательного учреждения.

Образцы исследования:

образец № 1 (фото 1) – соль натуральная морская пищевая мелкая йодированная «Sea salt» (изготовитель «Salinen Prosol», Словения импортёр ООО «Медитеран», г. Москва), производитель заявляет, что соль содержит иодат калия. Соль упакована в пластиковую банку. Внешний вид – белое крупнокристаллическое вещество.

Фото 1.

образец № 2 (фото 2) – соль пищевая с содержанием натрия+калий, магний, йод (изготовитель ЗАО «Валетек продимпэкт», Московская область, г. Дедовск), производитель заявляет, что соль содержит иодат калия. Соль упакована в металлизированный вакуумный пакет, который помещен в коробку из плотной бумаги. Внешний вид – белое мелкокристаллическое вещество, содержащее дополнительно кристаллы более белого вещества, наблюдается неоднородность.

Фото 2.

образец № 3 (фото 3) – соль йодированная «Зимушка-краса» (изготовитель «Акзо Нобель», Нидерланды, импортёр ООО «Евросоль», г. Санкт-Петербург), производитель заявляет, что соль содержит иодид калия. Соль упакована в пластиковую банку. Внешний вид – белое мелкокристаллическое кристаллическое вещество.

Фото 3.

При приготовлении растворов соли, лучшая растворимость наблюдается у образца № 1

Методика «пятна». Метод основан на определении содержания иода в форме иодата калия. Образование комплексного соединения и окрашивание выделяемого иода с раствором крахмала.

Фото 4. Проведение исследований

Цель исследования: качественное определение содержания иода в исследуемой йодированной соли.

Проведение работы.

Оборудование: колбы, химические стаканы, пробирки, стеклянные палочки.

Реактивы: 1% раствор крахмала, 5% раствор соляной кислоты, 10% раствор иодида калия.

Для проведения эксперимента (фото 4) необходимо приготовили смесь, состоящую из 2 мл раствора крахмала, 25 мл раствора иодида кали и 2 мл раствора соляной кислоты.

Подготовили исследуемые образцы. Используя приготовленную смесь-раствор нанесли на исследуемые образцы. Если йодированная соль содержит соли иодаты, то иодид калия, вступая в окислительно-восстановительную реакцию с иодатом, образует иод – простое вещество, который вступает в реакцию с раствором крахмала и окрашивается в синий цвет. На поверхности образцов солей наблюдается синее окрашивание (фото 5).

Фото 5

Уравнение химической реакции:

KIO₃ + 3HCl (разб.) + 5KI → 3I₂↓ + 3H₂O + 3K₂SO₄

I₂ + раствор крахмала → синее окрашивание

Методика определения иодатов окислением иодида калия.

Метод повторяет определить содержание иода в растворах солей путем окисления иодатов иодидом калия.

Цель исследования: качественное определение содержания иода в исследуемой йодированной соли.

Проведение работы.

Оборудование: колбы, химические стаканы, пробирки, стеклянные палочки.

Реактивы: 10% растворы поваренной соли, 1% раствор крахмала, 5% раствор соляной кислоты, 10% раствор иодида калия.

Для проведения эксперимента приготовили 10% растворы исследуемых образцов. К данным растворам добавили по 5мл раствора иодида калия, по 5 мл раствора соляной кислоты. Колбы с исследуемыми растворами закрыли стеклом и поставили в темное место на 10 минут. По истечении времени добавили по 5 мл раствора крахмала.

Растворы исследуемых образцов приобрели ярко выраженный синий цвет (фото 6), что показывает на содержание иода в форме иодата калия.

Фото 6.

Уравнение химической реакции:

KIO₃ + 3HCl (разб.) + 5KI → 3I₂↓ + 3H₂O + 3K₂SO₄

I₂ + раствор крахмала → синее окрашивание

7.2.Качественное определение йода в отварах продуктах питания

Для качественного определения содержания йода в отварах пищевых продуктов я использовала методику определения йодидов окислительно-восстановительными реакциями (фото 7).

Фото 7. Проведение исследований

Для проведения реакций мне понадобились следующие пищевые продукты: клюква, хурма, морская капуста (сушеная ламинария) и гречка (крупа) – фото 8.

Используя методики определения иодатов, обнаружили, что только морская капуста (ламинария) содержит иодаты (фото 9).

Фото 8. Исследование отваров пищевых продуктов на иодаты: (слева направо) клюква, хурма, ламинария, греча.

Методика определения иодидов окислительно-восстановительными реакциями.

Фото 9. Продукты питания

Цель исследования: качественное определение содержания иода в исследуемых пищевых продуктах, используя их отвары.

Проведение работы. Оборудование: колбы, стеклянные палочки, реактивы: 1% раствор крахмала, 3% раствор пероксида водорода, 5% раствор перманганата калия, 10% раствор серной кислоты.

Приготовили отвары пищевых продуктов (фото 10). Отвары профильтровали (фото 11).

Фото 10. Подготовка отваров.

Фото 11. Отфильтрованные отвары: клюква, хурма, ламинария, греча

Предполагаем, что растворимые соли, перешли в раствор.

Реакция с пероксидом водорода в нейтральной среде.

К 2 мл исследуемого фильтрата прилили 1 мл раствора перекиси водорода, 2-3 капли крахмального клейстера (фото 12).

Уравнение химической реакции

2KI+H₂O₂→ I₂+2KOH

Фото 12.

Реакция с пероксидом водорода в кислой среде.

К 2 мл исследуемого фильтрата прилили 2 капли раствора серной кислоты и раствор перекиси водорода.

Уравнение химической реакции

2KI+H₂O₂+H₂SO₄→ I₂+K₂SO₄+2H₂O

Признаки: изменение окраски исследуемого раствора, посинение при добавлении раствора крахмала, что свидетельствовало об образовании комплексного соединения йода с крахмалом, что показывает на содержание иода в форме иодидов.

3. Реакция с перманганатом калия в кислой среде:

К 2мл исследуемого раствора прилили подкисленный раствор перманганата калия.

Уравнения химических реакций

10KI+2KMnO₄+8H₂SO₄→ 5I₂+2MnSO₄+6K₂SO₄+8H₂O

Наблюдали исчезновение окраски, появление желтого оттенка, посинение при добавлении крахмала, что показывает на содержание иода в форме иодидов (фото 13).

Фото 13.

Вывод: Используя отвары пищевых продуктов можно определить содержание иода в форме иодатов и иодидов.

III.Заключение

В своем исследовании мы выяснили, что содержание йода в организме очень важно, но нельзя допускать его недостатка, а также переизбытка, оба случая опасны. Проблема йододефицита существует и является актуальной. Недостаток йода в организме приводит к развитию многих заболеваний, а также существенно снижает умственные способности учащихся. Проблема дефицита йода имеет социальное значение и может влиять на снижение интеллектуального, образовательного и профессионального потенциала нации.

С целью профилактики йододефицитных состояний в питании учащихся в обязательном порядке 1-2 раза в неделю должна включаться рыба, морепродукты, приготовление блюд обязательно с применением йодированной морской соли.

Считаю, что для улучшения ситуации по данной проблеме необходимо вести и просветительскую работу среди населения. Надеюсь, что сведения, представленные мною в данной работе заставят задуматься учащихся гимназии. Следите за содержанием йода в организме и будете здоровы!

IV.Список используемых источников и литературы

Барков С. А. Галогены и подгруппа марганца. Пособие для учащихся. М. ''Просвещение'', 1976 с112.

Глинка Н. Л. Общая химия: учебное пособие для ВУЗов – 26 – е изд; под ред. В. А. Рабиновича. – Л.: Химия, 1987 с 704.

Кукушкин Ю. Н. Химические элементы в организме человека. Санкт – Петербургский государственный технологический институт. Соросовский Образовательный журнал №5,1998г с 55.

Орлов Д. С. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. Микроэлементы в почвах и живых организмах. Соросовский образовательный журнал № 1, 1998 г с 61.

Пышнограева И. Химия. Справочник школьника. М. ''Слово'', 1995 с 147.

Полная энциклопедия народной медицины Т1. ''АНС'', 1996 г под ред. Непокойчицкого Г. А.

Щеглова А.В. «Йод – ваш домашний доктор»Изд. 2, Рипол Классик, 2010 (Здоровье)

Ресурсы Интернет:

https://science-start.ru/ru/article/view?id=449

https://moydietolog.ru/yod

V.ПриложениеТаблица № 1. Содержание йода в продуктах питания.