Медь и окружающая среда
 Скачать 136.93 Kb.
|
| МАОУ Гальчинская средняя общеобразовательная школа Учебно-исследовательский проект "Медь и окружающая среда" Выполнили: ученицы 10 класс Васильева Ирина, Лебедева Виктория Руководитель: учитель химии Сидорова Н.С. Домодедово 2010 Оглавление Введение…………………………………………………..стр.3-5 Обзор работы по проблеме…………………………..стр 6-12 Место и время выполнения……………………………..стр 13 Краткое описание методики с ссылками на авторов………………………………………………….стр 13-14 Систематические результаты……………………….стр 15 Обсуждение и выводы…………………………………..стр 16 Социальная значимость проекта…………………….стр 17 Приложения……………………………………………стр 18-23 Литература……………………………………………….стр 24 Введение Согласно энциклопедическому словарю, медь ( лат.Cuprum )- химический элемент I группы периодической системе Менделеева, атомный номер 29, атомная масса 63, 546. Чистая медь - тягучий, вязкий металл красного, в изломе розового цвета, а в очень тонких слоях на просвет медь выглядит зеленовато-голубой. Эти же цвета, кстати, характерны и для многих соединений меди, как в твердом состоянии, так и в растворах. В соединениях медь обычно проявляет степени окисления +1 и +2, известны также немногочисленные соединения трехвалентной меди. Медь - один из семи металлов, известных с глубокой древности. Целый период истории человечества назван медным веком. В книге Подчаинова В. Н. « Медь» так описывается история применения этого металла: « Итак, медный век (4-3-е тысячелетия до н. э.) – переходный период от каменного века к бронзовому. Человек находил месторождения самородной меди и использовал ее для производства орудий труда, посуды, украшений. Позднее в обиходе появились сплавы меди с оловом (бронза), с цинком (латунь). В настоящее время трудно найти область промышленности, где бы ни использовались медь, ее сплавы или соединения. Из меди изготавливают теплообменники, вакуум-аппараты, трубопроводы, электрические провода. Многие соединения меди представляют собой пестициды или удобрения, поэтому их широко используют в сельском хозяйстве». Биофизик Диордица В. А. в статье « О токсической роли тяжелых металлов» отмечает, что закономерностью, отражающей современное развитие общества, является возрастание техногенной миграции. В результате этого происходит массовое поступление химических элементов в объекты окружающей среды, что может привести к техногенным заболеваниям человека. Уже свершившимся фактом является наличие большого количества загрязняющих веществ в нашей среде обитания, вредность которых в первую очередь определяется: - их устойчивостью в среде, - биологической доступностью, - вероятность вызывать негативные эффекты в очень малых концентрациях. Всеми этими характеристиками обладают химические элементы, отнесенные к группе тяжелых металлов. Их токсичность проявляется в способности легко аккумулироваться живыми организмами, вызывая даже в малых количествах нарушения их функционирования. В процессе перемещения по геохимическим циклам эти элементы, в силу своих химических свойств, слабо трансформируются и накапливаются в окружающей среде. В настоящее время приоритетными загрязнителями признаны ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, ванадий, олово, цинк, сурьма, молибден, кобальт, никель, а также медь. В настоящее время установлено, что медь обладает канцерогенными свойствами. Ионы меди образуют комплексы с пуриновыми и пиримидиновыми основаниями, это влечет за собой изменения в структуре и свойствах ДНК и РНК, приводящие к бесконтрольному делению клеток (образованию опухоли). В настоящее время трудно найти область промышленности, где бы ни использовались медь, её сплавы или соединения. Из меди изготовляют теплообменники, вакуум-аппараты, трубопроводы, электрические провода. Бронза, латунь, медно-никелевые и другие медные сплавы применяют как конструкционный материал, антифрикционные, коррозионно-стойкие, высокотепло- и электропроводные материалы в машиностроении, судостроении, авиационной промышленности. Оксиды меди используют в производстве стекла и эмали, сульфат меди(II) — в пиротехнике. Многие соединения меди представляют собой пестициды или удобрения, поэтому их широко используют в сельском хозяйстве. Целью работы явилось изучение токсического воздействия меди на живые организмы, вызванного антропогенным загрязнением окружающей среды. Провести анализ на содержание меди в водных объектах нашей местности, а именно, взяв пробы снега и воды в д.Гальчино Лобановского сельского округа. Для реализации этой цели были решены следующие задачи:
Таким образом, цель данной работы: установить, каково содержание ионов меди в водных объектах и как следствие, не превышает ли это содержание предельно допустимые концентрации ( ПДК). Обзор работы по проблеме Масштабы использования меди и её соединений необходимо учитывать при анализе влияния содержания меди в окружающей среде на живые организмы. Влияние меди на живые организмы неоднозначно, так как, с одной стороны, она важный микроэлемент, участвующий в обменных процессах, а с другой — её соединения токсичны (в высоких концентрациях) . Ярко выраженная способность к комплексообразованию, взаимодействие с кислородом, подверженность обратимому восстановлению — вот особенности меди, которые определяют её биологическую роль в живых клетках. В клетке ионы меди находятся в виде комплексных соединений с биологически активными веществами: нуклеиновыми кислотами, аминокислотами, биогенными аминами, гормонами — или входят в состав белков. Медьсодержащие белки подразделяют на две группы: «голубые» и «неголубые» белки. К низкомолекулярным белкам голубого цвета, участвующим в переносе электронов, относят бактериальные азурины (  = 16 300), стеллацианин (= 20 000), пластоцианин (= 10 500).К высокомолекулярным белкам относят «голубые оксидазы». Например, лакказа — оксидаза, катализирующая окисление кислородом дифенолов и ароматических диаминов. В белке крови высших животных — церулоплазмине  = 130 000) связано 95% всей меди, находящейся в сыворотке. Он выполняет ферментативные и регуляторные функции. «Голубой» белок — гемоцианин — содержится в крови моллюсков. Он функционирует как переносчик кислорода и по своему назначению аналогичен гемоглобину крови высших животных.В обычных условиях человек получает с пищей в сутки 2-5 мг меди. Поступление через лёгкие незначительно — 0,02 мг/ сут. Суточная потребность в меди составляет для взрослых 1,5-3мг. При напряжённой мышечной деятельности необходимость в меди возрастает до 7 мг/ сут. Из суточной дозы усваивается 30-40 % меди, остальное превращается в недоступную для организма форму — CuS и выводится наружу. Поглощённая медь всасывается в кровь в желудке и в верхних отделах тонкого кишечника. Затем она транспортируется сывороточным альбумином. Большая часть меди поступает в печень, где связывается церулоплазмином (90-96 %) , остальная часть идёт на синтез вышеуказанных ферментов. Около 80% меди выводится через печень с желчью, 16% — через кишечник, 4 % — через почки. Период биологической полужизни меди в организме человека и животных составляет около четырёх недель. В таблице приведено распределение меди в организме.
Если поступление меди в организм превышает его суточную потребность, то это может привести к отравлению. Механизм токсического действия заключается в способности ионов  блокировать S — H группы белков, в особенности ферментов. Кроме того, соединения меди повышают проницаемость мембран митохондрий. Острая интоксикация сопровождается гемолизом эритроцитов, могут возникать нарушения метаболизма моноаминов.Опасность отравления для человека возникает в процессе производственной деятельности, связанной с использованием меди и её соединений. Так, при обработке изделий из меди, плавке медного лома в воздух в виде пыли попадают медь и оксид меди(II) в концентрации 0,22- 14,0 мг /  . Через 1-2 ч работы у людей наблюдаются раздражение слизистых, сладкий привкус во рту, а через несколько часов — головная боль, слабость, тошнота, боль в мышцах, высокая температура.При использовании фунгицидов (карбонат и сульфат меди) или пестицидов (представляющих собой различные смеси основных солей меди) в процессе работы у людей наблюдается так называемая меднопротравная лихорадка, симптомами которой являются приступы кашля, рвота, боли в животе, носовое кровотечение. Патогенез этой болезни заключается в некрозе эндотелия лёгочных альвеол и последующем всасывании продуктов денатурации белка. Описаны случаи отравления питьевой водой, содержащей 44 мг/ л ионов , что могло быть связано с использованием медных водопроводных труб. При хроническом отравлении у человека возможны функциональные расстройства ЦНС. Хроническая интоксикация наблюдается при добавлении солей меди в корм животным для увеличения привеса, что выражается в гемолитической анемии, дисфункции почек, дистрофии печени и селезёнки, нарушении белкового обмена, повышении эмбриональной смертности.В настоящее время установлено, что медь обладает канцерогенными свойствами. Ионы образуют комплексы с пуриновыми пиримидиновыми основаниями, это влечет за собой изменения в структуре и свойствах ДНК и РНК, приводящие к бесконтрольному делению клеток (образование опухоли). Среднее содержание меди в растениях около 0,2 мг / кг, но 2/3 её находится в нерастворимом состоянии: 70% всей меди удерживается в листьях, при этом половина в комплексе с ацетилглюкозамином, а другая часть входит в состав ферментов (пластоцианин, аскорбатоксидаза, полифенолоксидаза,тирозиназа). В растительном организме соединения меди участвуют в азотном обмене; влияют на синтез легоглобина и активность ряда ферментов, участвующих в фиксации молекулярного азота атмосферы; инактивируют ауксины и другие соединения фенольной природы, снижая их ингибирующее действие на рост; повышают устойчивость к полеганию и экстремальным температурным условиям. Избыточное содержание меди токсично и для растений. При медной интоксикации изменяется окраска листьев до красной и буро-коричневой, что свидетельствует о разрушении хлорофилла. Кроме того, происходит угнетение роста, задержка развития. Медь, как и любой другой биогенный элемент, входящий в состав живых организмов, образует биогенный цикл. Биогенная миграция меди в окружающей среде формируется под влиянием геохимических факторов и идёт в основном по биогеохимическим пищевым цепям. Источником меди служат почвообразующие породы, почва, природные воды, атмосферный воздух. Под биогеохимической цепью понимают стабильную систему, показывающую пути приспособительных изменений живых организмов при изменении состава почвообразующих пород, почв, экологических сообществ почвенной микрофлору, растительных и животных организмов. Среднее количество доступной для живых организмов меди (в виде комплексов) колеблется от 0,5 до 5,4 мг / кг почвы. Это составляет 1 % от общего количества. Уровень содержания доступных для растений форм меди изменяется в зависимости от типа почв: торфяные почвы и черноземы необратимо связывают её, глиноземы и кремнеземы адсорбируют, на карбонатных почвах редко наблюдается медная недостаточность. Неравномерность распределения и содержания микроэлементов — одна из существенных закономерностей природы. Существуют биогеохимические провинции с избыточным содержанием меди (районы медных месторождений), недостатком меди (таёжная лесная, нечерноземная зоны). В связи с развитием промышленности и сельского хозяйства постоянно возрастает насыщение биосферы тяжелыми металлами, в том числе медью. Годовая промышленная добыча меди составляет 360 г/ га, при этом природная миграция составляет 114 г / га (ежегодный вынос рек, захват растительностью). Масса добычи меди в 3 раза превышает массу меди, участвующей в водной и биогенной миграции. Если источником загрязнения являются различные области промышленной деятельности человека, то данную зону называют аномалией. Эти аномалии характеризуются как техногенные или антропогенные. Основными антропогенными источниками меди и других тяжелых металлов считают добывающую промышленность (с 1975 по 1995 г. в мире только за счет потерь цветных металлов было рассеяно 600 000 т меди), металлургию (из тонны пыли, выбрасываемой в атмосферу при плавке медных руд, можно извлечь до 100 кг меди), сжигание топлива (ежегодно в мире сжигается более 3 млрд. т угля, содержащего в качестве примесей большое количество тяжелых металлов, включая медь), автотранспорт. Аномальные зоны загрязнения тяжелыми металлами образуются вокруг различных промышленных источников. Их концентрация в почвах сильно возрастает, а соответственно, она увеличивается и в растениях, и в водной среде. Так, в пятисотметровой зоне от завода концентрация меди и цинка может составлять 2 000% от нормы, в трехкилометровой — 50%. В компостах бытового мусора крупных промышленных городов суммарно содержится от 250 до 1 000 мг / кг тяжелых металлов, что во много раз превышает фоновые значения. Причем на долю меди приходится от 100 до 535 мг / кг сухой массы. Системы организма, регулирующие гомеостаз, не могут одинаково эффективно работать при любых концентрациях меди, поступающей в организм. Существует диапазон концентраций меди в окружающей среде, в пределах которых организм может нормально функционировать (верхняя и нижняя пороговые концентрации). Пороговые концентрации микроэлементов для каждого организма — характеристики индивидуальные. В пределах одной популяции они близки, но для различных популяций, а тем более для популяций различных видов, образующих один биоценоз, разница в пороговых концентрациях существенна. В связи с этим важное значение имеет установление предельно допустимых концентраций (ПДК). ПДК меди в водоёмах, используемых для рыбохозяйственных целей, — 0,001 мг / л, для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых целей — 1,0 мг / л. Установлено, что при концентрации ионов , равной 0,018 мг/ л, задерживаются процессы самоочищения воды.Место и время выполнения Работа производилась учениками 10 класса Гальчинской средней общеобразовательной школы Васильевой Ириной и Лебедевой Викторией. Изучив литературу по данной теме, было произведено взятие пробы снега и воды на территории леса (в районе родника), школы и около центральной автодороги, также проба водопроводной воды. Пробы были взяты 20 января 2011 года с 12 до 15 часов. Краткое описание методики с ссылками на авторы Методика определения: 1. При добавлении малых количеств раствора аммиака к растворам солей меди (II) выпадает зеленый осадок основной соли, растворимой в избытке аммиака с образованием ионов Cu(NH3)4 , окрашенных в интенсивно-синий цвет. 2. Ионы Cu 2+ образуют с раствором гексацианоферрета (II) калия (желтая кровяная соль) кирпично-красный осадок гексацианоферрата (II) меди. 3. Иодид-ионы образуют с ионами Cu2+ иодид меди (II), который сразу претерпевает внутримолекулярное окисление-восстановление, образуя белый осадок CuI и свободный иод: 2Cu2+ + 4I- = 2CuI + I2. Иод маскирует белый осадка, потому что он окрашен в желтый цвет. 4. Голубой раствор солей меди (II) обесцвечивается при добавлении к нему раствора тиосульфата натрия Na2S2O3, а образующийся при этом малодиссоциирующий тиосульфат меди (I) разлагается при кипячении раствора, выделяя черный осадок Cu2S. Практическую часть работы мы проделали, ссылаясь на методическое пособие М. А. Шляховой, Г. Д. Казаковой, Г. З. Казиева “Аналитическое химия. Методы обнаружения и разделения катионов и анионов”. Систематические результаты Результаты работы отражены в таблице:
Обсуждение На уроках химии мы продемонстрировали ученикам 8-10 классов пробы снега и воды и сообщили о полученных результатах и сделали следующие выводы:
Социальная значимость проекта:
Гальчинской средней общеобразовательной школы, а также главу администрации Лобановского сельского округа Никифорова Н.В. о состоянии объектов исследования (леса и родника).
обратиться в отдел охраны окружающей среды Домодедовского района для решения вопроса о чистоте леса, так как в лесу много мусора и твердых бытовых отходов. Приложение №1: Отбор проб снега. А) В районе родника    Б) В лесу    В) на школьной территории    Г) около автодороги    Приложение №2: Фильтрование.   Литература 1. Алтунин В.С., БелавцеваТ. М. Контроль качества воды: Справочник. М.: Колос, 1993 г. 2. Биологическая роль микроэлементов. Сб. статей. М.: Наука, 1983 г. 3. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов 1-4 групп.Л.: Химия, 1988 г. 4. Ионы металлов в биологических системах. М.: Мир, 1975 г. 5. Ковальский В.Н. Геохимическая экология. М.: Знание, 1973 г. 6.Коренман И.М. Аналитическая химия малых концентраций. М.: Химия, 1967 г. 7. Мецлер Д.Биохимия . М.: Мир, 1980 г. 8. Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический справочник. М. 1995 г. 9. Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность. М.: Академия,2002г. 10.Энциклопедический словарь юного химика. М.: Педагогика,1990 г. |