VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЧВЫ ПРИШКОЛЬНОГО УЧАСТКА НА НАЛИЧИЕ В НЕЙ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОТНОСТИ.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение.
Почва - это поверхностный слой суши. Она образовалась из смеси минеральных веществ, при распаде горных пород и органических веществ (перегноя) в результате разложения растительных и животных останков.
Почвы живут и развиваются многие века и даже тысячелетия. Но в их неспешную жизнь властно вмешался человек. Интенсивная эксплуатация почв вынуждает их жить в непрерывном ускоренном режиме, с которым они часто не могут справиться.
Актуальность рассматриваемой темы заключается в том, что ценность почвы определяется не только ее значением для производства продуктов питания и сырья для промышленности, но и экологической ролью, которую играет почва в жизни биосферы. Через почвенный покров суши идут сложнейшие процессы обмена веществом и энергией между земной корой, атмосферой, гидросферой и всеми живущими в почве организмами.
Цель:
Исследовать почву пришкольного участка на наличие тяжелых металлов (железа, меди, свинца) и кислотность, сравнить результаты исследования с контрольным участком за городом.
Задачи:
1.Провести отбор проб почвы и определить содержание тяжелых металлов и кислотность.
2. Сделать выводы о причинах загрязнения почв тяжелыми металлами.
3.Изучить и проанализировать литературу о влиянии на живые организмы тяжелых металлов.
Объекты исследования: два участка – на территории школы: 1 – прилегающий к стадиону (не обрабатывается), 2 –перед школой (выращиваются цветы); 3 – на территории удаленной от города на 27 км.
Методы: 1) Работа с литературой. 2) Сбор материалов. 3) Химический эксперимент.
2. Источники загрязнения почвы.
Проблема загрязнения окружающей среды является одной из главных проблем современности. В настоящее время в биосферу поступает свыше 500 тыс. разновидностей химических веществ – продуктов хозяйственной деятельности человека, большая часть которых накапливается в почве. Среди загрязнителей значительное место занимают тяжелые металлы. Тяжелые металлы – группа химических элементов, имеющих плотность 5 г/см3, с относительной массой более 40.
Как попадают в почву тяжелые металлы?
Почва служит конечным накопителем токсичных веществ. Она повсеместно загрязняется ядовитыми компонентами выхлопных газов транспортных двигателей, нефтью, смазочными материалами, обмывочными водами, металлической и синтетической пылью. Человек загрязняет почву как за счет промышленных и бытовых отходов, а также в результате внесения в почву пестицидов и минеральных удобрений.
В связи с наличием на территории города Владикавказ свинцового цеха наблюдается выброс вредных веществ в атмосферу, содержащих свинец и их накопление во всех компонентах природной среды.
Для села Хумалаг характерно интенсивное загрязнение газообразными и твердыми выбросами. Загрязнение воздушного бассейна дает асфальтный завод и автотранспорт. Загрязнение почв тяжелыми металлами сильное с повышением фона местами в 5-10 раз.
3. Методика выполнения исследования.
3.1. Отбор проб почвы и подготовка к химическому анализу.
Наша школа находится в центральной части села Хумалаг рядом с проезжей частью. Это оживленная улица с большим потоком легкового и грузового транспорта. Образцы почв отбирались с трех участков, отличающихся по видам агротехнической обработки и по расположению относительно оживленной автотрассы.
Для проведения химического анализа отбираем почву методом конверта с глубины 10см, так как именно в верхнем ее горизонте накапливаются тяжелые металлы. Рекомендуется взять участок площадью 100 м2 (10x10м). Берем средние пробы почвы из 5-8 индивидуальных проб, взятых в различных точках участка. На практике для отбора почвенных образцов часто используют метод “конверта”, т.е. в каждой из пяти точек, как указано на рисунке, необходимо взять образец почвы с помощью лопатки, а затем смешать эти 5 индивидуальных образцов, и полученный средний образец использовать для проведения исследования.
Затем почву высушиваем. Измельченный материал тщательно перемешиваем и рассыпаем тонким ровным слоем в виде квадрата, разделяя его на четыре сектора. Содержимое двух противоположных секторов отбрасываем, а два оставшихся снова смешиваем.
После многократных повторений оставшуюся пробу высушиваем в хорошо проветриваемом помещении или сушильном шкафу при 30-40C, рассыпав тонким слоем на кальке, а затем измельчаем в ступке и просеиваем через сито.
3.2. Приготовление вытяжки.
Почвенный раствор готовим за два дня до практического занятия следующим образом. Сухую измельченную почву заливаем 1 М раствором азотной кислоты (10г почвы на 50 мл кислоты) и оставляем на сутки, потом смесь фильтруем и упариваем фильтрат до необходимого объема.
Для определения содержания тяжелых металлов в почвенной вытяжке необходимо знание качественных реакций на ионы данных металлов
3.3. Качественное обнаружение ионов железа Fe3+.
а) Раствор, содержащий ионы железа Fe3+ образует с раствором гексацианоферрата (ΙΙ) калия K4[Fe(CN)6] (желтая кровяная соль) темно-синий осадок берлинской лазури:
Fe3+ + [Fe(CN)6]4− → Fe[Fe(CN)6]−
б) Ионы железа Fe3+ образуют с растворами роданида калия или аммония окрашенный в кроваво-красный цвет роданид железа (ΙΙΙ) Fe(SCN)3
В две пробирки внесла по 2 мл вытяжки. В первую налила 1 мл раствора желтой кровяной соли, во вторую – 10% раствор роданида калия. Появившееся синее окрашивание в первой и красное во второй свидетельствуют о наличии в почве соединений железа.
3.4. Качественное обнаружение ионов свинца Pb2+.
а) При взаимодействии ионов свинца с раствором иодида калия образуется желтый осадок иодида свинца
Pb2++ 2I = PbI3
б) Растворы едких щелочей осаждают из растворов, содержащих ионы свинца, белый осадок гидроксида свинца Pb(OH)2
В две пробы по 2 мл добавляют 3% раствор иодида калия, а во вторую щелочь гидроксид калия. Если в первой выпал желтый осадок, а во второй – белый, то в растворе присутствуют соединения свинца.
3.5. Качественное обнаружение ионов меди Cu2+
а) При добавлении аммиака к растворам солей меди выпадает зеленый осадок, растворимый в избытке аммиака с образованием ионов [Cu(NH3)4]2+, окрашенных в интенсивно-синий цвет.
б) При добавлении щелочи в раствор с ионами меди образуется нерастворимое основание гидроксид меди Cu(ОН)2, окрашенный в синий цвет.
В две пробирки налила по 2 мл фильтрата. В первую добавила раствор аммиака NH3•H2O, а во вторую – щелочь. Появление синего окрашивания в обоих пробирках свидетельствует о наличии ионов меди.
3.6 Определение кислотности почвы.
Для этого необходимы: контрольная шкала образцов окраски растворов, раствор универсального индикатора, пипетка - капельница (0, 10 мл), пробирка с меткой «5 мл».
1. В пробирку наливаем 5 мл ( до метки) почвенного раствора.
2. Добавляем в пробирку пипеткой - капельницей 4-5 капель (около 0.10 мл) раствора универсального индикатора.
3. Содержимое пробирки перемешиваем, покачивая ее.
4.Окраску раствора сразу же сравниваем с контрольной школой, выбирая ближайший по характеру окраски образец шкалы.
3.7. Результаты исследования.
Таблица 1
|
Железо |
Медь |
Свинец |
РН |
||||
|
K4[Fe(CN)6] |
KSCN |
NH3H2O |
KOH |
KI |
KOH |
||
|
Участок перед школой |
Появление синей окраски |
Появление красной окраски |
Синий свет |
Синий цвет |
Желтый цвет |
Белый цвет |
8 |
|
Участок на стадионе |
Появление синей окраски |
Появление красной окраски |
- |
- |
Слабый желтый |
Слабый белый |
8 |
|
Участок в деревне |
Небольшое появление синей окраски |
Небольшое появление красной окраски |
- |
- |
- |
- |
7 |
По данным исследований СЭС среднее фоновое значение концентрации металлов: Pb - 41 мг/кг, Fe - 53 мг/кг, Сu - 5 мг/кг, что говорит о загрязнении территории данного района примерно в полтора раза.
5. Влияние тяжелых металлов на живые организмы.
Поскольку задачей моего исследования является определение содержания в почвах таких металлов, как РЬ, Сu, Fe , то следует рассмотреть их биологическую роль и токсичность.
Железо по распространенности в природе занимает четвертое место, поэтому его содержание в почвах особенно велико. Зеленым растениям железо необходимо для образования хлорофилла, синтеза углеводов (фотосинтез).
Человек получает железо в основном с продуктами питания. При дефиците железа в организме назначают железосодержащие препараты. Однако в организме может накапливаться железо, провоцируя быстро распространяющееся заболевание –гемохроматоз(накопление идет в печени, поджелудочной железе, сердце). К симптомам гемохроматоза относятся снижение веса, слабость, изменение оттенка кожи, боль в желудке, вспышки диабета.
Исследователи установили, что люди с повышенным содержанием железа в организме более подвержены риску инфекций, некоторых видов рака и сердечных заболеваний.
Медь занимает особое место в жизни растений. Она играет значительную роль в некоторых физиологических процессах – фотосинтезе, дыхании, перераспределении углеводов, восстановлении и фиксации азота, метаболизме протеинов и клеточных стенок. Однако в избыточных дозах медь – сильнейший оксидант.
Чрезмерное поглощение меди человеком приводит к болезни Вильсона, при которой избыток элемента откладывается в мозговой ткани, коже, печени, поджелудочной железе и миокарде. Медь относят к группе высокотоксичных металлов. Ионы меди способны блокировать ферменты и нарушать их каталитическую функцию. Медь в организме играет важную роль в поддержании нормального состава крови, т.к. активизирует железо печени для образования гемоглобина.
При отравлении медью появляются симптомы: расстройство ЦНС, печени и почек, поражение зубов и слизистой рта, гастриты, язвенная болезнь желудка, снижение иммунобиологической реактивности, разрушаются эритроциты. При малых концентрациях возможны анемия и заболевания костной ткани. Избыток меди может вызвать желтуху.
Свинец. Все растворимые соединения этого элемента ядовиты. Поступая даже в малых порциях в организм, свинец задерживается в нём и постепенно замещает кальций, который входит в состав костей. Это приводит к хроническим заболеваниям. Испанский художник Ф. Гойя часто использовал в живописи свинцовые белила для получения любимых серых тонов. И он тяжело болел. Его изнуряли припадки, галлюцинации, был разбит параличом.
При отравлении свинцом появляются симптомы: поражения дёсен, заболевания почек, сосудов и ЦНС, головные боли, головокружение, повышение внутричерепного давления, блокируется синтез гемоглобина.
Токсическое действие металлов на растения проявляется в угнетении роста, снижении биологической продуктивности, хлорозах и нейрозах. При атмосферном загрязнении металлами могут наблюдаться морфологические изменения у растений: мелколистность, морщинистость, искривление листовых пластинок, сокращение междоузлий и др., морфологическая изменчивость долей цветка.
Подвергаться воздействию тяжёлых металлов мы можем, вдыхая загрязненный воздух, контактируя с загрязнёнными почвами, употребляя загрязнённые пищевые продукты и питьевую воду.
Чтобы снизить воздействие тяжелых металлов, необходимо употреблять в пищу продукты, содержащие пектин. Пектин обладает уникальными свойствами – способностью образовывать комплексы с тяжелыми и радиоактивными элементами и выводить их из организма. Пектиновые вещества, содержащиеся в плодах яблок и корнеплодах красной свеклы. Такие лакомства, как мармелад и фруктовое желе, содержат пектин, вещество, являющееся желеобразным углеводом, способным выводить из организма свинец.
6.ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Проведенная исследовательская работа подтвердила мою гипотезу о загрязнении почвы пришкольного участка тяжелыми металлами. Использовать такую почву для выращивания сельскохозяйственных растений нельзя. Наиболее загрязненные участки почвы – у дорог. Поэтому нужно убедить учащихся и население, что нельзя собирать у дороги лекарственные растения, грибы, ягоды. Желательно иметь лесополосы (ель, сосна) вдоль автомобильных дорог.
Такие исследования необходимо проводить, чтобы следить за изменением почвы и разрабатывать мероприятия, предотвращающие ее загрязнение.
Ценность этой работы заключается в изучении воздействия техногенных процессов на окружающую среду, чтобы осуществить прогноз ожидаемых изменений и при необходимости дать рекомендации для исправления уже имеющихся отрицательных последствий антропогенного воздействия на биосферу.
Остается надеяться, что здравый смысл возобладает над индустриальным азартом, и удастся остановить массовое загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, негативно влияющими на биохимические процессы живых организмов.
Список использованной литературы:
Бочкарева Н.Ф. Экология России. 8-9 классы. – Калуга: Золотая аллея, 1997 стр. 97
Интернет - ресурсы
Петин А.Н. Экология Белгородской области – М.: Изд-во МГУ, 2002. -288 стр. 121
Савина Л.А. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Химия. М.: АСТ, 1996. стр. 119 (Медь), стр.169 (свинец), стр. 155 (железо).
Трифонов Д.И., Трифонов В.Д. Как были открыты химические элементы: Пособие для учащихся. М.: Просвещение, 1980. стр.22 (медь), стр. 24 (свинец), стр.26