Качественное определение тяжелых металлов

Обновлено: 06.07.2024

Определить относительную загрязненность почвы солями тяжелых металлов на пришкольной территории, сравнить результаты исследования с контрольным участком за селом.

Вложение	Размер
opredelenie_soderzhaniya_ionov_tyazhelyh_metallov_v_pochvah_prishkolnogo_uchastka.docx	184.09 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №3

с.Арзгир Арзгирского района Ставропольского края

Исследовательская работа по экологии

Определение содержания ионов тяжелых металлов в почвах пришкольного участка.

Гайко Яна Александровна

учащаяся 11 класса

МБОУ СОШ №3 с.Арзгир

учитель химии, биологии

Обзор литературы и обоснование направления исследования…………..4

На рубеже ХХ и ХХI веков человечество столкнулось с рядом глобальных

экологических проблем, среди которых антропогенные изменения биосферы, истощение природных ресурсов, демографический взрыв, загрязнение окружающей среды. Один из распространенных видов загрязнения - поступление в различные среды тяжелых металлов (ТМ) - большой группы химических элементов с атомным весом более 50 (Hg, Pb, W, Sn, Cd, Mo, Cu, Co, Mn, Cr и др.). Тяжелые металлы, загрязняющие почву, могут поглощаться растениями и по пищевой цепи попадать в организмы животных и человека.

Когда содержание тяжелых металлов в организме превышает предельно-допустимые концентрации, начинается их отрицательное воздействие на человека. Вследствие этого ухудшается здоровье человека.

На организм человека и животных физиологическое действие металлов различно и зависит от природы металла, типа соединения, в котором он существует в природной среде, а также его концентрации. Вся опасность воздействия тяжелых металлов заключается в том, что они остаются в организме человека навсегда.

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.

Новизна работы заключается в том, что в нашей школе исследованием по определению содержания в почве тяжелых металлов никто не занимался.

Практическая значимость заключается в том, что данное исследование может быть применено на уроках экологии, биологии, химии, внеклассных мероприятиях.

Актуальность рассматриваемой нами темы заключается в том, что ценность почвы определяется не только ее значением для производства продуктов питания и сырья для промышленности, но и той великой 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.

Почва на пришкольном участке, прилегающей территории и за селом
Письменные:

- тематическая литература (школьная, районная, библиотеки)

- научная литература (периодические издания)

- ресурсы сети Интернет

Объекты исследования : два участка – на территории школы: 1 – прилегающий к стадиону (не обрабатывается), 2 –перед школой (выращиваются цветы); 3 – на территории удаленной от села на 10 км и от автотрассы на 2,5 км.

Предмет исследования : соединения тяжелых металлов

2.Обзор литературы и обоснование направления исследования

В своем исследовании, я обратилась к научным источникам: Казаренко В.М. Мягкоступова О.В. «Исследовательский практикум». Данное справочное издание содержит на своих страницах информацию о тяжелых металлах, их особенностях и воздействии на живые организмы. Из данной литературы я узнала о способах определения содержания солей тяжелых металлов в почве, познакомилась с основными методиками. Учебное пособие «Практикум по экологии и охране окружающей среды» А.И.Федорова, А.Н. Никольская помогло мне в оформлении моих исследований. Кроме того я использовала ресурсы сети интернет.

3.Место, материал и методика исследования

Для проведения исследований была выбрана территория вокруг школы и школьный двор. Чистота почвы в этих зонах - один из факторов сохранения здоровья школьников, так как значительную часть своего времени мы проводим в школе.

Исследования проводились в сентябре- октябре 2013 году. Работа строилась в следующих направлениях: теоретическое исследование, лабораторный анализ, практическое исследование.

Методы:
1) Работа с литературой.
2) Сбор материалов.
3) Химический эксперимент.
Гипотеза: я считаю, что почвы пришкольного участка содержат тяжелые металлы.

1.Первым этапом нашей работы по изучению пришкольной территории стал анализ географического положения школы.

Школа №3 расположена в северо- западной части с.Арзгир. Вокруг располагаются жилые дома на расстоянии 20м от территории школы. Автострада проходит с северной стороны на расстоянии 10м от границы школы, что не соответствует санитарно-гигиеническим нормам.( не менее чем на 25м. ). Магазины расположены около 100 метров от школы, что соответствует санитарно- гигиеническим нормам (не менее чем на 50м,)

2.На следующем этапе работы проведено исследование влияния выхлопных газов автомобилей на экологическое состояние микрорайона школы.

Автомобиль – один из главных источников загрязнения окружающей среды. Отработанные газы двигателей внутреннего сгорания содержат более 200 вредных веществ и соединений, в том числе и тяжелых металлов. Среди веществ, вызывающих химическое загрязнение воздуха, наиболее распространены и опасны оксиды азота, серы, угарный газ, углеводороды, тяжелые металлы, сажа – продукт неполного сгорания топлива.

Загрязнение воздуха в первую очередь отрицательно сказывается на состоянии здоровья человека, на животных и растениях.

На выбранном для исследования участке длиной 100 м, неоднократно производился подсчет автомобилей, движущихся в оба направления. Работа производилась в утренние, дневные и вечерние часы следующим образом: занималось место у исследуемого участка, и в течение 15 минут в отдельный бланк заносились данные о проезжающем транспорте, контрольный участок «дорога перед школой» по улице Горького – 10 метров от здания школы.

На основе пятикратного проведения эксперимента были получены усредненные характеристики транспортного потока, представленные в таблице№1 ( см. Приложение)

Примечание: наибольший поток автотранспорта на исследуемом участке в утренние часы, в обед и вечером, в остальное время поток автомобилей значительно меньше, поэтому мы взяли среднее значение количества автомобилей, проезжающих на исследуемом участке только в этот период.

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу считались по общеизвестным методикам ( схема 1).

Наше исследование показало, что наибольшее количество вредных веществ, выбрасывается в атмосферу в этот период.

3. На третьем этапе нашей работы мы изучили в школьной химической лаборатории состав отобранных почв на наличие ионов тяжелых металлов.

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.

Тяжелые металлы, как правило, концентрируются в приповерхностном слое почвы 0-10 (20) см. Накопление тяжелых металлов в почве нарушает физико-химическое равновесие природной системы и дает толчок ряду процессов, действующих на почвенные свойства. Изменяется величина рН, разрушается почвенный поглощающий комплекс, нарушаются микробиологические процессы, в результате разрушения структуры ухудшается водно-

воздушный режим, деградирует почвенный гумус, и в конечном итоге почва теряет плодородие. Поглощение элементов растениями иллюстрируется биогеохимическим циклом (рисунок 1).

1. Исследование почвы на наличие ионов тяжелых металлов.

1.1 Отбор проб почвы и подготовка к химическому анализу.

Наша школа находится рядом с проезжей частью. Это довольно 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 м 2 (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”( рисунок 2), 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.

1. Приготовление вытяжки.

Почвенный раствор готовим 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

2. Определение кислотности почвы.

Для этого необходимы: контрольная шкала образцов окраски растворов (рисунок 3), раствор универсального индикатора, пипетка - капельница (0, 10 мл), пробирка с меткой «5 мл».

1. В пробирку наливаем 5 мл ( до метки) почвенного раствора.

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.

Результаты исследования представлены в таблице №1 (приложение)

3. 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.

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.

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 использовать траву на корм домашним животным. Желательно иметь зеленые насаждения из устойчивых к выхлопным газам древесных пород ( вяз, акация, айлант) 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.

1. Практикум по экологии и охране окружающей среды. А.И.Федорова, А.Н. Никольская, Москва, 2001

1.Валеология. Справочник школьника. Сост. С.Н. Заготова. – Ростов-на-Дону: ООО «Издательство БАРО-ПРЕСС», 2004.

2. Химия, окружающая среда и здоровье: учебное пособие Л.П. Никитина, Е.И. Никифорова. – Чита: ЧИПКРО,2006г. – 160с.

3. Казаренко В.М. Мягкоступова О.В. « Исследовательский практикум». Москва 2004.

4.«Медицинская газета»№ 21от 14 . 03. 2006 г.

5.«Химия в школе», № 4, 2005 г. журнал

6.Энциклопедия для детей Аванта + ХИМИЯ, Москва, Аванта +, 2004г

7.Агаджанян Н. А., А. П. Гужвин, И. Н. Полунин, В. Н. Сингаевский, П. С. Турзин, И. Б. Ушаков. Экологическая безопасность и здоровье. Москва-Астрахань,2000.
Интернет-ресурсы:

Качественное определение ионов тяжелых металлов в почве во внеурочных занятиях

В школьной программе и программах средних и высших учебных заведений обучение предмета химии занимает важное место, так как в повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с различными химическими процессами, происходящими в природе или быту. Но для того, чтобы понять природу и значение этих процессов, необходимо не просто хорошо выучить тему, а провести химический эксперимент, который определяется путем проведения всевозможных опытов, что и предполагает, собственно, предмет химия.

Химический эксперимент помогает вызвать интерес к предмету, научить наблюдать процессы, освоить приемы работы, сформировать практические навыки и умения. В сочетании с техническими средствами обучения он способствует более эффективному овладению знаниями, умениями и навыками. Систематическое использование на уроках химии эксперимента поможет развить умения наблюдать явления и объяснять их сущность в свете изученных теорий и законов, сформировать экспериментальные умения и навыки.

Я остановила свое внимание на данной теме, так как, наша почва богата химическими элементами. Одни из которых приносят пользу организму человека, а другие — вред.

Поэтому, я считаю, что каждый из нас должен знать какое влияние оказывает на нас, на окружающую среду тот или иной химический элемент.

Практическая работа.

Опыт 1. Качественное определение иона Pb 2+ впочве.

Цель: научиться определять ионы Pb 2 в почве.

Реактивы иоборудование: пробы почвы, пробирки, спирт, дистиллированная вода, фильтры, раствор родизоната натрия (Na2C6O6).

Последовательность выполнения опыта.

Измельчить собранную почву.
Подготовить водную вытяжку; определить химические элементы в почве, в воде. (В данной водной вытяжке почвы содержатся катионы тяжелых металлов).
На лист фильтровальной бумаги нанести несколько капель исследуемого раствора.
Добавить 1 каплю свежеприготовленного 0,2 % раствора родизоната натрия.

Выводы по результатам практической работы:

В присутствии ионов свинца образуется синее пятно или кольцо. При добавлении 1 капли буферного раствора синий цвет превращается в красный. Реакция очень чувствительна: обнаруживаемый минимум 0,1 мкг.

Опыт 2.1 Качественное определение ионов общего Fe в почве.

Цель: научиться определять ионы общего Fe в почве.

Реактивы иоборудование: пробы почвы, пробирки, спирт, дистиллированная вода, фильтры, раствор пероксида водорода(H₂O₂), раствор роданида натрия(KSCN).

Последовательность выполнения опыта:

Измельчить собранную почву.
Подготовить водную вытяжку; определить химические элементы в почве, в воде.
В пробирку помещают 10 мл исследуемого раствора, прибавляют 1 каплю концентрированной азотной кислоты.
Далее добавляют несколько капель раствора пероксида водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия.

Вывод по результатам практической работы:

При содержании железа 0,1 мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком — красное.

Опыт 2.2 Качественное определение ионов Fe 2+ впочве.

Цель: научиться определять ионы Fe 2+ в почве.

Реактивы иоборудование: пробы почвы, пробирки, спирт, дистиллированная вода, фильтры, раствор серной кислоты(H₂SO₄), раствор роданида натрия(KSCN).

Измельчить собранную почву.
Подготовить водную вытяжку; определить химические элементы в почве, в воде.
К 1 мл исследуемой воды добавить 2–3 капли раствора серной кислоты.
Следом добавить 2–3 капли раствора роданида натрия.

Гексацианоферрат (III) калия, в кислой среде (рН ~ 3) образует с катионом Fe осадок турнбулевой сини темно-синего цвета.

Опыт 2.3 Качественное определение ионов Fe 3+ впочве.

Цель: научиться определять ионы Fe 3+ в почве.

Реактивы иоборудование: пробы почвы, пробирки, спирт, дистиллированная вода, фильтры, раствор соляной кислоты(HCl), раствор роданида натрия(KSCN).

Измельчить собранную почву.
Подготовить водную вытяжку; определить химические элементы в почве, в воде.
К 1 мл исследуемой воды прибавить 1–2 капли раствора соляной кислоты.
Далее добавить 2 капли раствора роданида натрия.

Гексацианоферрат (II) калия в слабокислой среде с катионом

Fe образует темно-синий осадок берлинской лазури.

Опыт 3. Качественное определение ионов Mn 2+ впочве.

Цель: научиться определять ионы Mn 2+ в почве.

Реактивы иоборудование: пробы почвы, пробирки, спирт, дистиллированная вода, фильтры, 25 % раствор азотной кислоты, 2 % раствор нитрата серебра AgNO₃, 0,5 г персульфата аммония((NH₄)₂S₂O₈)), диоксид свинца(PbO₂).

Измельчить собранную почву.
Подготовить водную вытяжку; определить химические элементы в почве, в воде.
В колбу помещают 25 мл исследуемой воды, подкисляют несколькими каплями 25 %-ной азотной кислоты.
Далее прибавляют по каплям 2 %-ный раствор нитрата серебра до тех пор, пока продолжается помутнение.
Затем вводят 0,5 г персульфата аммония или несколько кристалликов диоксида свинца, нагревают до кипения.

В присутствии марганца при концентрации 0,1 мг/л и выше появляется бледно-розовая окраска.

Опыт 4. Качественное определение ионов Cu 2+ впочве.

Цель: научиться определять ионы Cu 2+ в почве.

Реактивы иоборудование: пробы почвы, пробирки, спирт, дистиллированная вода, фильтры, концентрированный раствор аммиака (NH4OH).

Измельчить собранную почву.
Подготовить водную вытяжку; определить химические элементы в почве, в воде.
В фарфоровую чашку поместить 3–5 мл исследуемой воды, осторожно выпарить досуха.
На периферийную часть пятна нанести каплю концентрированного раствора аммиака.

Появление интенсивно синей или фиолетовой окраски свидетельствуете присутствии Cu +

Использование химического эксперимента в процессе преподавания поможет учащимся более эффективно освоить учебный материал, улучшить уровень наглядности на уроке.

Вайнштейн Б. М. Практические занятия по химии. М., 1939,- 454с.
Назарова Т. С., Грабецкий А. А., Лаврова В. Н. Химический эксперимент в школе (Библиотека учителя химии). М., 1987,-240с.
Кристиан, Г. Д. Аналитическая химия в 2-х томах т.1 и т.2 / Г. Д. Кристиан. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2011,-1127с.
Иванова, М. А. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа: Учебное пособие / М. А. Иванова. — М.: ИЦ РИОР, 2013. — 289 c.

Основные термины (генерируются автоматически): практическая работа, KSCN, водная вытяжка, дистиллированная вода, последовательность выполнения опыта, проба почвы, собранная почва, почва, ион, исследуемая вода.

Содержание тяжелых металлов в лекарственных растениях

Введение

В современной медицине широко используются синтетические лекарственные средства. Их выпуск год от года возрастает. Но на протяжении всей истории человечества лекарственные растения применяются для лечения различных заболеваний. Используются они и в наши дни. [1, 2]. Опыт практической медицины показал, что можно разумно сочетать современные синтетические препараты и давно известные народные средства на основе лекарственных растений [3]. Во флоре Челябинской области насчитывается около 150 видов лекарственных растений [4].

Бурное развитие промышленности и широкое использование автотранспорта привело к значительному возрастанию уровня тяжелых металлов в окружающей среде. Тяжелые металлы обладают способностью к миграции и накоплению в пищевых цепях. В данном контексте необходимо учитывать содержание тяжелых металлов в лекарственных растениях.

Цель настоящей работы — собрать информацию о лекарственных растениях и определить содержание тяжелых металлов в выбранных растениях.

В рамках поставленной цели были решены следующие задачи: (1) определить значение лекарственных растений в жизни человека; (2) проанализировать многообразие лекарственных растений Челябинской области; (3) осуществить сбор лекарственных растений, подготовить пробы, провести химический анализ на тяжелые металлы.

Объект исследования — лекарственные растения Челябинской области.

Предмет исследования — видовой состав и содержание тяжелых металлов в лекарственных растениях. В работе были использованы такие методы как анализ литературы, полевые исследования, рентгенофлуоресцентный анализ. Гипотеза состояла в следующем: в лекарственных растениях, произрастающих у автомобильных дорог, содержатся больше тяжелых металлов, чем в растущих на экологически чистых территориях.

Экспериментальная часть

Сбор материала проводился на территории Центрального района города Челябинска на газонах вдоль автодорог и в глубине соснового леса (условно-чистая территория). Растения высушивались до воздушно-сухого состояния. Затем сухие образцы измельчали в ступке, а затем прессовали в форме таблетки диаметром ~4 см (Рис. 1). Образцы были проанализированы в лаборатории Центра нанотехнологий Южно-Уральского государственного университета с использованием рентгенофлуориметра Rigaku SuperMini200. При использовании метода РФА с образцом не происходит никаких химических изменений. Использовался полуколичественный метод анализа, содержание металлов представлено в виде массовых процентов оксидов элементов.

Результаты и их обсуждение

Был проведен элементный состав нескольких лекарственных растений — подорожника, клевера и тысячелистника, собранных в черте города Челябинске и в глубине соснового леса (Табл. 1).

Исследования показали, что растения, собранные в городе, содержат большее количество тяжелых металлов (марганца, железа, цинка, меди и хрома). Гипотеза подтвердилась — в лекарственных растениях, произрастающих у автомобильных дорог, содержатся загрязняющие потенциально токсичные металлы. Поэтому в таких местах нельзя заготавливать лекарственные растения.

Рис. 1. Таблетирование образцов

Результаты рентгенофлуоресцентного анализа, % масс.

Обнаружение тяжёлых металлов в осадках.Разработка урока, презентация, раздаточный материал

Цель: Провести качественные реакции на кат ионы: Pb 2+ , Fe 3+ , Fe 2 + , Cu 2+ .

Объект исследования: проба снега с пришкольного участка и проба снега около автодороги.

Проба снега с пришкольного участка

Проба снега около автодороги

Качественное обнаружение ионов свинца Pb 2+

В две пробирки налейте по 2 мл пробы. В каждую добавьте раствор иодида калия.

В две пробирки налейте по 2 мл пробы. В каждую добавьте гидроксид калия.

Качественное обнаружение ионов железа Fe 3+

Гексацианофер - рат (ΙΙ) калия K₄[Fe(CN)₆] ( желтая кровяная соль )

темно-синий осадок (берлинская лазурь)

В две пробирки налейте по 2 мл пробы . В первую добавьте 1 мл раствора желтой кровяной соли, во вторую–раствор роданида калия.

Качественное обнаружение ионов железа Fe 2 +

Красная кровяная соль. Гексацианоферрат ( III ) калия

темно-синий осадок ( турнбулев а син ь)

В две пробирки налейте по 2 мл пробы . В каждую добавьте по 1 мл раствора красной кровяной соли,

Качественное обнаружение ионов меди Cu 2+

сначала выпадает зеленый осадок, растворимый в избытке аммиака приобретает интенсивно-синий цвет

В две пробирки налейте по 2 мл пробы. В первую добавьте раствор аммиака NH3•H2O, а во вторую – щелочь

Выбранный для просмотра документ Урок.docx

Определение тяжелых металлов в осадках.

Цель урока: повторить, углубить и расширить знания учащихся по теме: «Металлы»; раскрыть влияния тяжелых металлов на организм человека; сформировать представление об основных источниках загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.

Задачи:

1. Образовательные: систематизировать знания обучающихся о металлах, продолжить формирование умений наблюдать, записывать уравнения и предвидеть продукты химических реакций. Сформировать представления о специфических свойствах тяжёлых металлов, их биологической роли, токсичности и воздействии тяжёлых металлов на здоровье человека.

2. Развивающие: совершенствовать умения обучающихся сравнивать и обобщать; развивать память, устойчивое внимание, самостоятельное мышление, умение слушать и слышать другого человека. Развить познавательную активность обучающихся при выполнении заданий. Научить прогнозировать последствия загрязнения среды тяжёлыми металлами и их соединениями, воздействие этих металлов на здоровье человека. Совершенствовать умения работы с лабораторным оборудованием.

3. Воспитательные : воспитывать чувство коллективизма и взаимопонимания при работе в парах; воспитывать отношение к химии, как прикладной науке, при изучении применения ряда химических реакций.

Планируемые результаты: урок должен способствовать формированию следующих универсальных учебных действий:

1)Личностные УУД: определиться в выборе индивидуальных образовательных потребностей; научиться общаться со сверстниками, показывать свою убежденность в вопросах значения химических знаний в повседневной жизни.

2)Регулятивные УУД: организовывать свое рабочее место под руководством учителя; определять цель и составлять план выполнения задания; развивать практические навыки и умения при решении повседневных проблем связанных с химией.

3)Познавательные УУД: научиться устанавливать причинно-следственные связи ; формулировать проблемы.

4)Коммуникативные УУД: участвовать в диалоге на уроке; сотрудничать с одноклассниками в поиске и сборе информации; принимать решения и реализовывать их; точно выражать свои мысли.

Учитель: Тема нашего урока: «Определение ионов тяжелых металлов в осадках».

Учитель: Предлагаю сформулировать цель урока.

-Что вы хотите узнать об этих металлах? (какие металлы относятся к тяжелым. Почему их так называют, откуда они попадают в окружающую среду, организм человека, чем они опасны).

Итак, Цель урока - расширить знания о металлах, раскрыть влияние тяжелых металлов на организм и сделать анализ проб снега на наличие ионов тяжелых металлов.

В нашем мире огромное число проблем. Но, пожалуй, одна из самых главных, если не самая — экологическое неблагополучие. «Существует проблема: окружающая среда подвержена загрязнению тяжелыми металлами. Они наносят немалый ущерб здоровью людей и природе… Однако если учесть масштабы их распространения, способность накапливаться в пище, их токсичность, мы можем выделить наиболее вредные из них: это свинец, ртуть, мышьяк, кадмий, ванадий, олово, цинк, сурьма, медь, молибден, никель».

Учитель: Давайте разберемся, какие же металлы относят к тяжелым?

Возьмите таблицу №1 и вносите ответы на поставленные в ней вопросы.

Выступление Бельченко Н. «Что такое тяжелые металлы?»

Учитель: Почему же мы отожествляем термины «тяжелые» и «токсичные» металлы? О действии тяжелых металлов на организм, расскажет Киль А.

Выступление Киль А. «Влияние тяжелых металлов на организм».

Учитель: Неужели никому не спастись от токсического воздействия этих металлов? Есть ли выход или мы обречены?

Об этом расскажет Кирдянова Д.

Выступление Кирдяновой Д. «Выведение тяжелых металлов из организма»

Учитель: Почему возник интерес к данной теме «Определение ионов тяжелых металлов в осадках»?

Ответы учащихся

Учитель: Вы правы. Почему Норильский комбинат вызывает тревогу населения Таймыра, расскажет Щеглов Д.

Выступление Щеглова Д. «Загрязнители Норильска»

Учитель: Химические методы анализа позволяют определить наличие ионов тяжелых металлов в атмосфере, в образцах почв или природных вод. Это позволяет службам экологического контроля своевременно принять меры для защиты населения.

Я хочу предложить вам выступить в роли экспертов и выполнить химический анализ предложенных проб снега с пришкольного участка и снега около автодороги. Сейчас работаем с таблицей №2. В этой части урока предстоит обнаружить четыре катиона: свинца, железа (11), железа (111) и меди.

Исследовательская работа "Комплексный анализ содержания соединений тяжелых металлов в окружающей среде и их влияние на организмы"

Окружающая среда является местом обитания живых организмов, которые находятся в контакте с ней всю свою жизнь. Организмы получают из окружающей среды все самое необходимое для нормальной жизнедеятельности: кислород для дыхания, воду, питательные вещества, микроэлементы и многое другое. Среди химических элементов, поступающих в организмы, особое место занимают тяжелые металлы в форме ионов.

Установлено, что ионы тяжелых металлов в норме присутствуют в окружающей среде вследствие поступления их из природных соединений, но естественное содержание их крайне мало. В последнее же время воздействие человека на окружающую среду возрастает, и теперь источником соединений тяжелых металлов выступает еще и деятельность человека (металлургическое производство, автотранспорт, удобрения), причем ионов тяжелых металлов антропогенного происхождения в окружающей среде с каждым годом становится все больше. Следовательно, и в организмы эти ионы будут поступать в большем количестве.

Работает ли здесь правило «чем больше, тем лучше»? Все знают, что в живых организмах присутствуют металлы, в том числе и тяжелые: например, железо в составе гемоглобина, цинк в составе инсулина и многих ферментов, медь нужна для формирования нервной ткани и в процессах кроветворения, а молибден активизирует процессы связывания атмосферного азота клубеньковыми бактериями. Но эти и многие другие химические элементы – тяжелые металлы требуются живым организмам для нормальной жизнедеятельности в довольно малых количествах, тогда как некоторые из тяжелых металлов даже в микроколичествах оказывают отравляющее воздействие, являясь сильнейшими металлами-токсикантами (ртуть, свинец, кадмий).

Действительно ли деятельность человека – мощный источник поступления соединений тяжелых металлов в окружающую среду, а сами тяжелые металлы негативно воздействуют на живые организмы? Изучению данных вопросов и посвящена работа.

В начале работы была выдвинута гипотеза: соединения тяжелых металлов присутствуют в окружающей среде района исследования (сельская местность), содержание соединений тяжелых металлов тем выше, чем ближе территория отбора проб к автомобильной дороге; соединения тяжелых металлов оказывают угнетающее воздействие на живые организмы.

Цель: изучение содержания соединений тяжелых металлов в окружающей среде (в воздухе, в почве, в воде) и их воздействие на живые организмы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить задачи :

Изучить научную литературу по данной проблеме.

Изучить методы определения соединений тяжелых металлов в окружающей среде.

Провести качественный анализ проб почвы, снега, воды, биологического материала (лишайников) на содержание соединений тяжелых металлов.

Определить воздействие соединений тяжелых металлов на живые организмы.

Оценить степень загрязнения окружающей среды соединениями тяжелых металлов в районе исследования.

Объект исследования : загрязнение соединениями тяжелых металлов окружающей среды и живых организмов.

Предмет исследования : почва, снег, вода, живые организмы (лишайники, кресс салат).

Методы исследования:

Место проведения исследования: деревня Титково Кардымовского района.

Сроки проведения исследования: февраль-март 2017 года.

Глава I . Тяжелые металлы

Общие понятия о тяжелых металлах

Тяжёлые металлы — группа химических элементов со свойствами металлов и значительным атомным весом, больше 40. Известно около сорока различных определений термина тяжелые металлы, и невозможно указать на одно из них, как наиболее принятое. Соответственно, список тяжелых металлов согласно разным определениям будет включать разные элементы.

Термин «тяжелые металлы» чаще всего рассматривается не с химической, а с медицинской и природоохранной точек зрения. Таким образом, при включении в эту категории учитываются не только химические и физические свойства элемента, но и его биологическая активность и токсичность, а также объем использования в хозяйственной деятельности.

В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см 3 . Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg [5.3] .

Воздействие тяжелых металлов на живые организмы

Глава II . Источники поступления соединений тяжелых металлов

в окружающую среду и живые организмы

Среди загрязнителей биосферы, представляющих наибольший интерес для различных служб контроля ее качества, металлы (в первую очередь тяжелые, то есть имеющие атомный вес больше 40) относятся к числу важнейших. В значительной мере это связано с биологической активностью многих из них.

Источники поступления тяжелых металлов делятся на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозийные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, движение транспорта, деятельность сельского хозяйства). Часть техногенных выбросов, поступающих в природную среду в виде тонких аэрозолей, переносится на значительные расстояния и вызывает глобальное загрязнение. Другая часть поступает в бессточные водоемы, где тяжелые металлы накапливаются и становятся источником вторичного загрязнения, т.е. образования опасных загрязнений в ходе физико-химических процессов, идущих непосредственно в среде (например, образование из нетоксичных веществ ядовитого газа фосгена). Тяжелые металлы накапливаются в почве, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции - выдувании почв.

Период полуудаления или удаления половины от начальной концентрации составляет продолжительное время: для цинка - от 70 до 510 лет, для кадмия - от 13 до 110 лет, для меди - от 310 до 1500 лет и для свинца - от 740 до 5900 лет. В гумусовой части почвы происходит первичная трансформация попавших в нее соединений [5.3].

Тяжелые металлы обладают высокой способностью к многообразным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям. Многие из них имеют переменную валентность и участвуют в окислительно-восстановительных процессах. Тяжелые металлы и их соединения, как и другие химические соединения, способны перемещаться и перераспределяться в средах жизни, т.е. мигрировать. Миграция соединений тяжелых металлов происходит в значительной степени в виде органо-минеральной составляющей.

К возможным источникам загрязнения биосферы тяжелыми металлами техногенного происхождения относят предприятия черной и цветной металлургии (аэрозольные выбросы, загрязняющие атмосферу, промышленные стоки, загрязняющие поверхностные воды), машиностроения (гальванические ванны меднения, никелирования, хромирования, кадмирования), заводы по переработке аккумуляторных батарей, автомобильный транспорт.

Кроме антропогенных источников загрязнения среды обитания тяжелыми металлами существуют и другие, естественные, например вулканические извержения: кадмий обнаружили сравнительно недавно в продуктах извержения вулкана Этна на острове Сицилия в Средиземном море. Увеличение концентрации металлов-токсикантов в поверхностных водах некоторых озер может происходить в результате кислотных дождей, приводящих к растворению минералов и пород, омываемых этими озерами. Все эти источники загрязнения вызывают в биосфере или ее составляющих (воздухе, воде, почвах, живых организмах) увеличение содержания металлов-загрязнителей по сравнению с естественным, так называемым фоновым уровнем [5.2].

2.1. Поступление соединений тяжелых металлов в почву

Почва является основной средой, в которую попадают тяжёлые металлы, в том числе из атмосферы с выбросами промышленных предприятий, а свинец - выхлопными газами автомобилей. Из атмосферы в почву тяжелые металлы попадают чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяются, переходя в гидроксиды, карбонаты или в форму обменных катионов. Почва с лужит источником вторичного загрязнения приземного воздуха и вод, попадающих из неё в Мировой океан. Из почвы тяжёлые металлы усваиваются растениями, которые затем попадают в пищу более высокоорганизованным животным.

Продолжительность пребывания загрязняющих компонентов в почве гораздо выше, чем в других частях биосферы, что приводит к изменению состава и свойств почвы как динамической системы и в конечном итоге вызывает нарушение равновесия экологических процессов.

В естественных нормальных условиях все процессы, происходящие в почвах, находятся в равновесии. Изменение состава и свойств почвы может быть вызвано природными явлениями, но наиболее часто в нарушении равновесно состоянию почвы повинен человек:

атмосферный перенос загрязняющих веществ в виде аэрозолей и пыли (тяжелые металлы);

неземное загрязнение – отвалы крупнотоннажных производств и выбросы топливно-энергетических комплексов;

растительный опад. Токсичные элементы в любом состоянии поглощаются листьями или оседают на листовой поверхности. Затем, при опадании листьев, эти соединения попадают в почву [5.4] .

Определение тяжелых металлов в первую очередь проводят в почвах, расположенных в зонах экологического бедствия, на сельскохозяйственных угодьях, прилегающих к загрязнителям почв тяжелыми металлами, и на полях, предназначенных для выращивания экологически чистой продукции.

Если почвы загрязнены тяжелыми металлами и радионуклидами, то очистить их практически невозможно. Пока известен единственный путь: засеять такие почвы быстрорастущими культурами, дающими большую фитомассу. Такие культуры, извлекающие тяжелые металлы, после созревания подлежат уничтожению. На восстановление загрязненных почв требуются десятки лет.

2.2. Поступление соединений тяжелых металлов в водоемы

Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный потенциал) они существуют в разных степенях окисления и входят в состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений. Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных водах.

Тяжелые металлы как микроэлементы постоянно встречаются в естественных водоемах и органах гидробионтов. В зависимости от геохимических условий отмечаются широкие колебания их уровня [5.3].

В то же время тяжелые металлы и их соли — широко распространенные промышленные загрязнители. В водоемы они поступают как из естественных источников (горных пород, поверхностных слоев почвы и подземных вод), так и со сточными водами многих промышленных предприятий и атмосферными осадками, которые загрязняются дымовыми выбросами. Например, естественными источниками поступления свинца в поверхностные воды являются процессы растворения эндогенных (галенит) и экзогенных (англезит, церуссит и др.) минералов. Значительное повышение содержания свинца в окружающей среде (в т.ч. и в поверхностных водах) связано со сжиганием углей, применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом в водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, некоторых металлургических заводов, химических производств, шахт и т.д.

2.3. Поступление соединений тяжелых металлов в атмосферу

Автомобильный транспорт, который работает на жидком топливе (бензине, дизельном топливе и керосине), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и теплоэлектростанции (ТЭС) представляют собой один из основных источников загрязнения воздуха. В выхлопных выбросах автомобилей содержатся тяжёлые металлы, в том числе свинец. Более высокие концентрации свинца в атмосферном воздухе городов с крупными промышленными предприятиями.

Поступление тяжелых металлов в атмосферу, % от суммы [4]

Общий природный источник

2.4. Поступление соединений тяжелых металлов в живые организмы

Растительная пища является основным источником поступления тяжелых металлов в организм человека и животных. По данным с ней поступают 40–80 % тяжелых металлов, и только 20–40 %. — с воздухом и водой. Химический состав растений, как известно, отражает элементный состав почв. Поэтому избыточное накопление тяжелых металлов растениями обусловлено, прежде всего, их высокими концентрациями в почвах. Несмотря на существенную изменчивость различных растений к накоплению тяжелых металлов, биоаккумуляция элементов имеет определенную тенденцию, позволяющую упорядочить их в несколько групп:

1) Cd,Cs, Rb — элементы интенсивного поглощения;

2) Zn, Mo, Cu, Pb, Co, As –средней степени поглощения;

3) Mn, Ni, Cr –слабого поглощения;

4) Se, Fe, Ba, Te — элементы труднодоступные растениям. Другой путь поступления тяжелых металлов в растения — некорневое поглощение из воздушных потоков.

Поступление элементов в растения через листья происходит, главным образом, путем неметаболического проникновения через кутикулу. Тяжелые металлы, поглощенные листьями, могут переносится в другие органы и ткани и включаться в обмен веществ. Свинец и кадмий относятся к высокотоксичным металлам. В придорожных растениях количество свинца резко повышено, оно в 10–100 раз выше по сравнению с растениями, растущими вдали от дорог. Большое количество кадмия обнаруживается в растения, произрастающих поблизости от автодорог. Так, например, в хвое ели обыкновенной, растущей поблизости от автодорог количество кадмия возрастает в 11–17 раз.

Поступление тяжелых металлов в растения может происходить непосредственно из воздуха с оседающей на листья и хвою пылью и транслокации из почвы: доля тяжелых металлов в составе пыли на поверхности листьев вблизи источника составляет в среднем 30% от общего содержания в них тяжелых металлов. В понижениях и с наветренной стороны эта доля может доходить до 60 %. По мере удаления от источника роль атмосферного загрязнения заметно уменьшается [5.1].

Читайте также:

Качественное определение тяжелых металлов

Предварительный просмотр:

Качественное определение ионов тяжелых металлов в почве во внеурочных занятиях

Похожие статьи

Качественное определение анионов в почве на внеурочных.

Биотестирование почв на проростках семян кресс-салата

Исследование влияния качества воды на рост корневой системы.

Контроль над изменением свойств почв и режима грунтовых вод.

Восстановление почв после промышленных разработок

Установление водного режима хлопчатника и определение.

Эколого-аналитический мониторинг снежного покрова городов.

Обработка балластных вод | Статья в журнале «Молодой ученый»

Исследовательская работа на тему «Аквагрунт для растений. »

Содержание тяжелых металлов в лекарственных растениях

Обнаружение тяжёлых металлов в осадках.Разработка урока, презентация, раздаточный материал

Исследовательская работа "Комплексный анализ содержания соединений тяжелых металлов в окружающей среде и их влияние на организмы"