VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Алюминий на кухне: враг или верный помощник?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Викторова А.И. 1

---

1муниципальное бюджетное образовательное учреждение “Средняя общеобразовательная школа №6 с углубленным изучением предметов художественно-эстетического цикла” г. Красноярска Красноярского края (МБОУ СШ №6 г. Красноярска)

Фиронова М.А. 1

---

1МБОУ СШ №6 г. Красноярска

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Давно известно, что очень вредными для человека являются тяжелые металлы, особенно ртуть, кадмий, свинец. Совсем недавно был исследован считавшийся до недавнего времени нетоксичным алюминий, и оказалось, что и этот металл, не являющийся тяжелым, может оказывать вредное влияние на организм человека.

Многие годы алюминиевая посуда устраивала большинство. Она легкая (плотность всего 2,7 г/куб. см), долговечная, и тогда эта посуда была очень дешевая. А главное положительное качество в том, что алюминий — хороший проводник тепла, вода закипает в такой кастрюле довольно быстро. Разнообразие форм алюминиевой посуды и утвари огромно. Это казаны, кастрюли, сковороды, вилки, ложки, кружки, ведра и т.д. Часто мы слышим о вреде, который якобы причиняет использование алюминиевой посуды человеческому здоровью. Алюминий попадет в организм человека в основном с пищей, при использовании дезодорантов и даже с губной помадой.

Цель исследования: изучить влияние алюминия на организм человека через использование алюминиевой посуды, опытным путем подтвердив непригодность алюминиевой посуды для приготовления и хранения пищи.

Задачи:

1. рассмотреть химические и физические свойства алюминия.

2.изучить влияние и возможное негативное воздействие на живой организм ионов Al³⁺.

3.определить, насколько широко используется алюминиевая посуда в наше время. (Провести социологический опрос по использованию алюминиевой посуды.)

4.провести эксперименты, показывающие переход ионов алюминия в раствор при приготовлении пищи

5. на основе проведенных исследований и изученного материала сделать вывод о пользе или вреде алюминиевой посуды и дать рекомендации по её правильному использованию.

Предмет исследования: Алюминиевая посуда

Объект исследования: Ионы металла: Al³⁺

Методы исследования: обзор и анализ литературы, эксперимент, социологический опрос.

Гипотеза: Я предполагаю, что ионы алюминия попадают в организм человека с пищей, после ее приготовления в алюминиевой посуде.

Теоретическая часть

История промышленного производства

Были времена, когда алюминий ценился выше драгоценных металлов. До открытия промышленного способа получения алюминия этот металл был дороже золота. В 1889 году британцы, желая почтить богатым подарком великого русского химика Д. И. Менделеева, подарили ему весы из золота и алюминия.

Английский химик Гэмфри Дэви, профессор Королевского института, занимался экспериментами с электролитической установкой, с помощью которой он пробовал добывать чистые металлы. Он пропускал электрический ток через воду, в которую погружал различные вещества — платиновую проволоку, ртуть, едкий натр. Так он получил металлы, известные теперь под названием натрий и калий. Стронций и барий были получены Дэви при разложении щелочных земель. 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, начал первое промышленное производство алюминия на заводе братьев Тиссье в Руане. 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.

Так или иначе, но прогресс в технологиях сделал 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. Появилась и алюминиевая фольга в качестве упаковки для пищевых продуктов. Шоколад в фольге — это товар конца XIX века.

Россия стала третьей страной в мире, где начали изготавливать алюминий промышленным способом. Первый завод был основан в 1885 году промышленником А. Нововейским, он располагался вблизи Троице-Сергиевой лавры. В 1916 году в окрестностях Тихвина нашли месторождение бокситов. В 1929 году на заводе «Красный выборжец» было смонтировано шесть электролизёров. 27 марта на этом оборудовании были получены первые восемь килограммов советского алюминия. Он был изготовлен с помощью электроэнергии Волховской ГЭС и отечественных материалов. Здесь же, на заводе, из этого алюминия стали изготавливать кухонную посуду и столовые приборы. Прототипом советского электролизёра была французская электролитическая ванна. В 1930 году на Опытном заводе в Ленинграде произвели уже 90 тонн металла! Вторым алюминиевым комбинатом стал завод, построенный рядом с Днепрогэсом. В заводской комплекс входил глиноземный завод, который перерабатывал около 30 000 тонн бокситов, электролизное производство, рассчитанное на выплавку 15 000 тонн в год и собственное производство угольных анодов — основы для работы литейного цеха.

Легенда.

Древний историк Плиний Старший рассказывает об интересном событии, которое произошло почти два тысячелетия назад. Однажды к римскому императору Тиберию пришел незнакомец. В дар императору он преподнес изготовленную им чашу из блестящего, как серебро, но чрезвычайно легкого металла. Мастер поведал, что этот никому не известный металл он сумел получить из глинистой земли. Должно быть, чувство благодарности редко обременяло Тиберия да и правителем он был недальновидным. Боясь, что новый металл с его прекрасными свойствами обесценит хранившиеся в казне золото и серебро, он отрубил изобретателю голову, а его мастерскую разрушил, чтобы никому не повадно было заниматься производством «опасного» металла.

Быль это или легенда — трудно сказать. Но так или иначе «опасность» миновала и, к сожалению, надолго. Лишь в XVI веке, т. е. спустя примерно полторы тысячи лет, в историю алюминия была вписана новая страница. Это сделал талантливый немецкий врач и естествоиспытатель Парацельс Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм.

Алюминий, его свойства

Алюми́ний (Al, лат. aluminium) — элемент 13-й группы периодической таблицы химических элементов, относится к группе лёгких металлов.

Впервые алюминий был получен датским физиком Гансом Эрстедом в 1825 году действием амальгамы калия на хлорид алюминия с последующей отгонкой ртути. Название элемента образовано от лат. alumen — квасцы.

Алюминий легкий серебристый 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 HCl и NaOH. Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной промышленностью.

Легко реагирует с простыми веществами:

с галогенами при комнатной температуре (кроме фтора) образуя хлорид, бромид или иодид алюминия:

2Al + 3I₂ = 2AlI₃

2Al + 3Br₂ = 2AlBr₃

с другими неметаллами реагирует при нагревании:

со фтором, образуя фторид алюминия:

2Al + 3F₂ → 2AlF₃

с серой, образуя сульфид алюминия:

2Al + 3S = Al₂S₃.

с азотом, образуя нитрид алюминия:

2Al + N₂ = 2AlN,

с углеродом, образуя карбид алюминия:

4Al + 3C = Al₄C₃.

Со сложными веществами:

с водой (после удаления защитной оксидной плёнки, например, амальгамированием или растворами горячей щёлочи):

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂

2Al + 4H₂O = 2AlO(OH) + 3H₂

2Al + 3H₂O = Al₂O₃ + 3H₂

со щелочами (с образованием тетрагидроксоалюминатов и других алюминатов):

2Al + 2NaOH + 10H₂O —> 2Na[Al(H₂O)₂(OH)₄] + 3H₂

Легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:

Al + 3H₂SO₄ —> Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

Восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия):

2Al + Cr₂O₃ = 2Cr + Al₂O₃.

Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами.

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, стекловарение, пищевая промышленность, военная промышленность, ракетная техника.

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

В организм человека ежесуточно попадает от 5 до 50 мг алюминия в зависимости от региона проживания. Оптимальной ежесуточной нормой поступления в организм алюминия считается доза массой от 20 до 100 мкг.

Растительные продукты содержат в 50-100 раз больше алюминия, чем продукты животного происхождения. Известно, что при горячей обработке пищевых продуктов или выпечке хлеба, за счет использования алюминиевой посуды происходит загрязнение пищи этим металлом. Источником поступления алюминия в организм так же служит и питьевая вода, в которой содержится 3-4 мг/л. В желудочно-кишечном тракте всасывается 2-4 % поступившего алюминия, причем лучше усваиваются растворимые соли такие как AlCl₃. Алюминий поступает в организм и через легкие, что при высоком уровне загрязнения окружающей среды приводит к фиброзу.

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. Алюминий обладает способностью к накоплению в организме, вызывая ряд тяжёлых заболеваний. Медики обнаруживают всё новые негативные последствия контактов с ним. Установлено, что алюминий отрицательно влияет на обмен веществ, особенно минеральный, на функцию нервной системы, воздействует на размножение и рост клеток. К важнейшим клиническим проявлениям нейротоксического действия относят нарушения двигательной активности, судороги, снижение или потерю памяти, психопатические реакции. Избыток солей алюминия снижает задержку кальция в организме, уменьшает адсорбцию фосфора, одновременно в 10–20 раз увеличивается содержание алюминия в костях, печени, семенниках, мозге и в паращитовидной железе. Избыток алюминия тормозит синтез гемоглобина, вызывает флюороз зубов и специфическое повреждение костей (костный флюороз); может вызвать или усилить новообразования костей. Физическими признаками отравления алюминием могут быть ломкие кости или остеопороз, нарушение почечной функции.

Недостаток алюминия:

Чтобы развился недостаток алюминия, необходимо употреблять менее 1 мг алюминия в день. Кроме того, недостаток этого металла в организме человека не считается негативным, так как абсолютно не сказывается на здоровье. А вот дефицит алюминия у животных приносит негативные последствия – у них нарушается координация, слабеют конечности, процессы роста и размножения клеток и тканей задерживаются или нарушаются.

Последствия избытка алюминия в организме:

нейротоксичность и 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 алюминоза (профессиональное заболевание работников металлургии) c характерными изменениями в легочной ткани;

нарушение обмена железа, фосфора, магния, кальция, цинка, меди.

Ионы алюминия могут попасть в организм человека через посуду. Во-первых, это металл нежный, он легко соскребается со стенок посуды. Мы съели уже немало алюминиевой стружки. Когда тщательно вытираешь полотенцем алюминиевую кастрюльку, на нем остаются серые пятна. Можно себе представить, сколько ионов алюминия мы получаем, когда такая кастрюлька сильно нагревается при приготовлении! То есть, очевидно, что алюминий попадет в организм через пищу, приготовленную в такой посуде.

Алюминиевая посуда запрещена для использования в детских учреждениях общепита.

Выписка из «Российской газеты», из статьи "Новые санитарные нормы в детских садах»:

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 допускается использовать посуду с отбитыми краями, трещинами, сколами, деформированную, с поврежденной эмалью, пластмассовую и столовые приборы из алюминия. Для персонала следует выделить отдельную посуду и промаркировать.

Практическая часть.

Социологический опрос.

Мы провели социологический опрос учащихся 8-9 классов, чтобы выяснить насколько широко используется алюминиевая посуда в наше время.

В опросе приняли участие 87 учащихся школы №6.

Вопросы:

1. Какую посуду вы используете дома?

2. Знаете ли вы о недостатках алюминиевых кастрюль?

3.Можно ли использовать алюминиевую посуду?

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

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

Результат социологического опроса представлен в таблице:

Таблица1. Результат социологического опроса.

Вывод: большинство респондентов используют в быту керамическую и стеклянную посуду. Однако, ребята ничего не знают о вреде алюминиевой посуды и ее негативном влиянии на организм человека.

Экспериментальная часть

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 + 6CH₃COOH → 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.

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.

Опыт №3. 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.

Вывод: при нахождении в контакте с алюминиевой посудой длительное время, вода насыщается ионами алюминия. Это говорит о том, что хранение продуктов в алюминиевой посуде небезопасно с точки зрения насыщения их ионами алюминия.

Опыт №4. Отделение ионов алюминия путем трения.

Чтобы определить отделяются ли ионы алюминия от стенок посуды, я взял марлевую салфетку и без особых усилий потер крышку кастрюли. На салфетке осталось темное пятно.

Вывод: алюминий мягкий металл, он и его соединения легко отделяются от стенок посуды.

Опыт №5. Определение среды распространенных пищевых блюд. Мною были проверены индикаторами (универсальный индикатор) наиболее распространенные блюда и была определена среда этих блюд, которые готовят в нашей столовой, и которые я употребляю дома.

Вывод: в алюминиевой посуде нельзя готовить блюда, имеющие кислотную среду: квашеная капуста, борщ, компот из яблок, . Макароны, картофельное пюре имеют нейтральную среду, таким образом их можно готовить в алюминиевой посуде.

Заключение

Гипотеза подтвердилась: опытным путем доказали, что при взаимодействии с агрессивной средой ионы алюминия преходят в раствор, и таким образом попадают в организм человека с пищей, после ее приготовления в алюминиевой посуде.

Вывод: В ходе исследования была изучена научная литература, исследован уровень рН распространенных пищевых блюд.

В ходе исследования было выявлено следующее:

- алюминий мягкий металл, он и его соединения легко отделяются от стенок посуды.;

- при нахождении в контакте с алюминиевой посудой длительное время, вода насыщается ионами алюминия. Это говорит о том, что хранение продуктов в алюминиевой посуде небезопасно с точки зрения насыщения их ионами алюминия.;

- пользоваться алюминиевой посудой постоянно нельзя, так как ионы алюминия могут накапливаться в организме человека, что способствует ухудшению здоровья человека;

- многие пищевые блюда имеют кислотную среду, таким образом приготовление данных блюд в алюминиевой посуде не рекомендуется, так как при взаимодействии с кислотой алюминий переходит в раствор.

На основе проведенных исследований и изученного материала мы подготовили памятку хозяйкам по использованию алюминиевой посуды в быту.

Список использованных источников:

Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. – М.: АСТ-ПРЕСС, 2002.

Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. Книга для учащихся, учителей и родителей. – М.: АСТ-ПРЕСС, 1999.

Оганесян Э.Т. Руководство по химии для поступающих в вузы. – М.: Высшая школа, 1998.

Савина Л.А. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Химия. – М.: АСТ, 1996.

Новый энциклопедический словарь. – М.: Большая Российская энциклопедия. Ринол Классик, 2000.

Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 1982.

Интернет-ресурсы.