Свинцовая угроза

Исследовательский проект

Свинцовая угроза

                Работу выполнил:

        Борт Виктор,

                (11 класс)

             Руководитель:

                Петрова С.В.

                учитель химии и

                                                                                     биологии

СОДЕРЖАНИЕ

ВСТУПЛЕНИЕ……………………………………………………………….3

РАЗДЕЛ 1 Общие сведения о свинце……………………………………….5

1.1 Использование свинца в разных сферах жизнедеятельности…………5

1.2 Скрытая опасность использования свинца……………………………..6

1.3 Мероприятия по уменьшению вероятности свинцового загрязнения и воздействия его на  живые организмы…………………………………………..8

РАЗДЕЛ 2 Негативное воздействие свинца на организм человека……...11

РАЗДЕЛ 3 Обнаружение свинца в образцах почвы и предметах обихода……………………………………………………………………………13

ВЫВОДЫ……………………………………………………………………16

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………….17

ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………………..18

ВСТУПЛЕНИЕ

Человек издавна добывает свинец и использует его в различных сферах хозяйственной деятельности. Давно известно и негативное воздействие свинца на организм человека: уже во II веке до н.э. в литературе описаны признаки сатурнизма – отравления свинцом.

Так что же такое свинец – универсальная защита от большинства агрессивных внешних воздействий, легко добываемая, легко перерабатываемая и потому дешевая, или же ужасный серый призрак, грозящий человечеству множеством бед – от неурожаев до врожденных болезней?

Во многих странах мира именно свинец считается наиболее опасным для здоровья и психологического развития детей младшего возраста токсическим веществом. Поэтому именно этот элемент  таблицы  Д.И. Менделеева был выбран в качестве объекта исследования в нашей работе.

Предмет исследования – содержание свинца в почве и  предметах обихода.

Объект исследования – сравнение количества содержания свинца в образцах почвы, определение источников опасности свинцового отравления в быту.

Цели работы: определение роли свинца в жизни человека, выявление содержания свинца в почве и  предметах обихода и его влияния на здоровье взрослого и подрастающего поколения.

Задачи, решение которых помогло нам реализовать цель работы:

1. Изучить литературные источники по вопросу использования свинца в разных сферах жизнедеятельности человека, а так же вредного воздействия свинцового загрязнения на биосферу в целом  и человеческий организм в частности.

2. Предложить способы, которые могут снизить вредное воздействие свинца на организм человека.

3. Определить содержание свинца в образцах почвы и  предметах быта.

Практическая направленность материалов работы – материалы работы можно использовать на уроках биологии, химии, экологии, основ здоровья, методику проведения эксперимента можно использовать в рамках практикумов по химии и экологии.

РАЗДЕЛ 1

Общие сведения о свинце

1.1 Использование свинца в разных сферах жизнедеятельности

Свинец – во многом идеальный металл, он обладает массой важных для промышленности достоинств. Наиболее очевидное из них - сравнительная легкость его получения из руд, которая объясняется низкой температурой плавления (всего 327°С). При обработке важнейшей свинцовой руды - галенита - металл легко отделяется от серы. Для этого галенит достаточно в смеси с углем обжечь на воздухе.

Из-за высокой пластичности свинец легко куется, прокатывается в листы и проволоку, что позволяет применять его в машиностроительной промышленности для изготовления различных сплавов с другими металлами. Широкой известностью пользуются так называемые баббиты (подшипниковые сплавы свинца с оловом, цинком и некоторыми другими металлами), типографские сплавы свинца с сурьмой и оловом, сплавы свинца с оловом для пайки различных металлов.

Металлический свинец - очень хорошая защита от всех видов радиоактивного излучения и рентгеновских лучей. Он введен в резину фартука и защитных рукавиц врача-рентгенолога, задерживая рентгеновские лучи и предохраняя организм от их губительного действия. Защищает от радиоактивного излучения и стекло, содержащее окислы свинца. Подобное свинцовое стекло позволяет управлять обработкой радиоактивных материалов с помощью "механической руки" - манипулятора.

При воздействии воздуха, воды и различных кислот свинец проявляет большую устойчивость. Это свойство позволяет широко использовать его в электротехнической промышленности, особенно для изготовления аккумуляторов и кабельных рубок. Последние находят широкое применение в авиа- и радиопромышленности. Устойчивость свинца позволяет использовать его и для предохранения от порчи медных проводов телеграфных и телефонных линий. Тонкими свинцовыми листами покрывают железные и медные детали, подвергающиеся химическому воздействию (ванны для электролиза меди, цинка и других металлов). [ 1]

Вообще, можно назвать множество областей применения свинца: обработка внутренней поверхности химической аппаратуры, трубы для перекачки кислот и сточные трубы химических лабораторий, производство электрических кабелей, свинцового стекла и хрусталя, глазурей (и это еще далеко не все). Книги, журналы, газеты печатаются не без помощи типографского металла, содержащего свинец. Из некоторых соединений этого металла изготавливают краски – например, белила. [ 3]

Природные соединения свинца (сурик, глет) обладают красивым устойчивым желтым, оранжевым и красным цветом и применяются как красители. Окись свинца используется в металлургии, стекольном деле и медицине. В поливинилхлоридной индустрии применение свинцовых стабилизаторов позволяет создавать оконные профили, устойчивые к деформациям, нагреванию и солнечному свету. [ 2]

Говоря о положительной стороне использования свинца надо упомянуть о цене свинца, отметить его относительную дешевизну.

1.2 Скрытая опасность использования свинца.

 Однако в любом, даже самом полезном деле, можно найти негативные стороны использования.

Несмотря на все свои достоинства, свинец вреден для здоровья человека, а его широкое применение в промышленности привело к тому, что свинцовое загрязнение можно обнаружить повсюду.

Органические соединения свинца поступают в организм человека через кожу и слизистые оболочки с пищей и водой, неорганические (например, содержащиеся в выхлопных газах) – через дыхательные пути и пищеварительный тракт.

Мы решили  рассмотреть важнейшие составляющие биосферы, такие как воздух, вода и почва, для того, чтобы выяснить причины свинцового загрязнения.

Атмосфера. С воздухом в организм человека поступает незначительное количество свинца – (всего 1-2 %), но при этом большая часть свинца усваивается. [3] Наибольшие выбросы свинца в атмосферу происходят в следующих отраслях производства:

- металлургическая промышленность;

- машиностроение (производство аккумуляторов);

- топливно-энергетический комплекс (производство этилированного бензина);

- химический комплекс (производство пигментов, смазок и др.);

- стекольные предприятия;

- консервное производство;

- деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность;

- предприятия оборонной промышленности.

Наиболее значимым источником загрязнения атмосферы свинцом является автомобильный транспорт, использующий этилированный бензин.

Гидросфера. В литературе приводятся данные, что повышение содержания свинца в питьевой воде обуславливает, как правило, увеличение его концентрации в крови. Значительное повышение содержания этого металла в поверхностных водах связано с его высокой концентрацией в сточных водах рудообогатительных комбинатов, некоторых металлургических заводов, шахт и т.д.

Литосфера. Из загрязненной почвы свинец поступает в сельскохозяйственные культуры, а вместе с пищей - и непосредственно в организм человека.  Активно накапливается данный металл в капусте и корнеплодах, причем именно в тех, которые повсеместно употребляются в пищу (например, в картофеле). Некоторые виды почв прочно связывают свинец, что предохраняет от загрязнения грунтовые и питьевые воды, растительную продукцию. Но тогда сама почва постепенно становится все более зараженной и в какой-то момент может произойти разрушение органического вещества почвы с выбросом свинца в почвенный раствор.

Таким образом, вследствие глобального загрязнения окружающей среды свинцом, он стал вездесущим компонентом любой растительной и животной пищи. В организм человека большая часть свинца поступает с продуктами питания - от 40 до 70% в разных странах. Растительные продукты в целом содержат больше свинца, чем животные.

Мы можем сделать вывод о том, что свинцовая угроза – результат неумеренного и недальновидного производства и использования свинца в течение минувших веков. Но сейчас на первый план выходит экологическая безопасность производств и технологических процессов, так что пришло время для тщательного анализа угроз окружающей среде и коренного пересмотра отношения к природе.

1.3 Мероприятия по уменьшению вероятности свинцового загрязнения и воздействия его на  живые организмы.

 Наиболее радикальной защитой окружающей среды от загрязнения свинцом является изменение технологии. Анализируя литературные источники, мы определили основные направления снижения свинцового загрязнения окружающей среды различными отраслями промышленности.

В первую очередь это  замена устаревших технологий и оборудования на современные ресурсосберегающие и экологически безопасные процессы, позволяющие существенно сократить объемы отходящих газов и обеспечить полное улавливание и утилизацию всех компонентов этих газов, включая соединения свинца.

Для уменьшения выбросов свинца в воздух и сбросов в водные объекты необходимо провести техническое перевооружение аккумуляторных заводов с изменением технологии и применением нового оборудования с встроенной системой очистки выбросов в воздух и отсутствием стоков (оборотное водоснабжение).

В целях уменьшения свинцового загрязнения целесообразно применять в автомобилях емкостные накопители энергии (так называемый "конденсаторный пуск двигателя") совместно с аккумулятором небольшой емкости. А также внедрять новейшие достижения в области разработки аккумуляторных батарей на основе электрохимической системы никель-цинк. [ 5]

Главной задачей в улучшении экологических характеристик бензинов является полный отказ от применения содержащих свинец антидетонаторов.

Альтернативными антидетонаторами являются присадки на основе марганца и железа, не дающих негативных экологических эффектов, поскольку фоновое содержание этих элементов соответственно на 2 и 3 порядка выше, чем у свинца. В производстве декоративных красок можно вполне отказаться от использования свинцовых пигментов, заменив их ферритами, титанатами, алюминатами.

В ряде стран (в России и др.) активно ведутся в инициативном порядке работы по воплощению идеи использования стальной дроби в охотничьих патронах во избежание загрязнения окружающей среды в процессе охотничьего промысла и любительской охоты. Для этого необходимо предусмотреть защиту ружейного ствола от стальной дроби, разработать новые типы гильзы и пороха для размещения большего по объему стального снаряда. [ 3]

В области переработки промышленных и бытовых отходов для снижения загрязнения окружающей среды и решения проблемы циркуляции свободного свинца необходимо, прежде всего, упорядочить систему сбора и переработки вторичного свинцового сырья (в первую очередь амортизированных аккумуляторов).

Изменения в конструкции автомобильных двигателей с целью замещения бензина альтернативными видами топлива (газ, спиртовые топлива, биогаз, водород и др.). Расширение использования для двигателей внутреннего сгорания автомобилей сжатого природного газа и сжиженного нефтяного газа.

В повседневной жизни, несмотря на то, что существуют специализированные лекарства, снижающие уровень свинца в организме, можно следовать простым правилам, которые обезопасят организм человека, особенно ребенка от попадания этого элемента в кровь.

• Поскольку вероятность поступления свинца в организм увеличивается на голодный желудок, то ребенку лучше обеспечить правильное и здоровое питание – то есть, кормить его часто и небольшими порциями (от 4 до 6 приемов пищи в день).
• Покупать безопасные игрушки в магазине от сертифицированных производителей.
• Достаточное содержание железа в крови поможет защитить малыша от отрицательного воздействия свинца. Много железа содержится в винограде, черносливе, сухофруктах.
• Кальций также снижает уровень свинца в крови. Богаты кальцием йогурт, сыр, шпинат, капуста, листовые салаты.

• Мыть овощи перед употреблением, потому что в литературе приводятся данные - при химическом анализе вымытых и невымытых плодов оказалось, что от 30 до 65% свинца удаляется путем обычной мойки.

РАЗДЕЛ 2

Негативное воздействие свинца на организм человека.

Свинец вызывает обширные патологические изменения в нервной системе, нарушает деятельность сердечно-сосудистой и репродуктивной систем.

Свинец особенно токсичен для детского организма. В то же время механизмы физиологического и токсического действия свинца остаются недостаточно исследованными по сравнению с таковыми других жизненно необходимых элементов. Кинетика свинца в живом организме изучена достаточно подробно. По литературным данным наиболее высокие концентрации свинца обнаружены в костной ткани, почках, печени, наименьшие - в головном мозге. Содержание свинца в крови отражает нагрузку на организм. Критическая концентрация свинца для взрослых в крови - 40 мкг/100 мл. Для детей этот порог значительно ниже и составляет 12 мкг/100 мл в крови и 8 мкг в волосах. Высокие концентрации свинца, угнетают процессы дыхания и активного транспорта, вызывают функциональные и морфологические изменения в митохондриях. [4]

При свинцовом токсикозе поражаются в первую очередь органы кроветворения, нервная система и почки.

Определенный вклад в накопление свинца в организме вносит  курение: у курильщиков концентрации свинца в крови больше, чем у некурящих.

В настоящее время практически все пищевые продукты, вода и другие объекты окружающей среды загрязнены свинцом. Концентрация свинца в молоке является предметом особого беспокойства, поскольку молоко представляет собой главный продукт питания грудных детей. Дети раннего возраста наиболее чувствительны к токсическому действию свинца, которое проявляется в изменении физического и психического развития - отставании в росте, агрессии, гиперактивности, снижении способности к обучению. [4]

Данные литературы свидетельствуют о значительном влиянии токсических и фоновых уровней свинца на организм женщин и детей, которое выражается в нарушении репродуктивной функции женщин, развитии патологического течения беременности, наступлении досрочных родов, нарушениях состояния плода и новорожденного. Свинец проникает через плацентарный барьер и в концентрации 15-20 мкг/мл способствует угнетению развития ЦНС плода. [4]

Последствием токсического действия свинца на репродуктивную функцию у мужчин являются функциональные половые расстройства вплоть до бесплодия.

       Итак, можно сделать вывод, что свинец – опасное химическое вещество (металл), которое при попадании в человеческий организм действует как нейротоксин. Свинец не только нарушает нормальное развитие плода, отрицательно сказывается на здоровье и поведении  маленьких детей, но и изменяет работу мозга и нервной системы взрослых. Большая концентрация свинца в теле человека приводит к хроническому повреждению почек, нарушает работу репродуктивных органов, повышает кровяное давление, вызывает тошноту и рвоту. У детей наличие свинца в крови может ухудшать способность к обучению и вызывать приступы агрессии.  

РАЗДЕЛ 3

Обнаружение свинца в образцах почвы и предметах обихода.

Основным источником загрязнения почвы являются продукты сгорания топлива автотранспорта. Вблизи нашего населенного пункта проходит трасса междугороднего назначения -   Евпаторийское шоссе. Приусадебные  участки жителей  села практически вплотную прилегают к трассе. Часть нашего исследования заключалась в том, чтобы рассмотреть количество содержания свинца в образцах почвы взятых на расстоянии 1 метра, 100 метров, 200 метров от трассы.

Методика опыта (описана в Journal of Chemical Education, 1996 г, №7)

Мы использовали  метод обнаружения свинца, который основан на реакции, в результате которой образуется осадок йодида свинца (II) жёлтого цвета. А степень загрязнения оценивалась по количеству осадка.

Анализируемый образец предварительно выдерживали в уксусной эссенции, чтобы перевести содержащийся в них свинец в растворимую форму. Затем к полученному раствору ацетата свинца (II) добавляли йодид калия. Если в ходе реакции выпадал жёлтый осадок, значит, образец содержит свинец:

                               Pb(CH3COO)2  + 2KI →  PbI2 + 2 CH3COOK

Чувствительность метода – 0,1 мг Pb2+ в 5 мл раствора.

Описание опыта: взяты одинаковые по объему (1 ст. ложка) пробы почвы на разном удалении от трассы (1 метр, 100 метров, 200 метров). Пробы помещали в химические стаканы и заливали 25 мл уксусной эссенции, равномерно помешивали в течении 20 минут, после чего  раствор фильтровали. Каждого фильтрата брали по 5 мл и добавляли одинаковое количество йодида свинца (II). Осадок ацетата свинца (II) отстаивали и сравнивали его количество (высота осажденной массы в см) в разных пробах.

Итоги опыта следующие:

Проба №1 – 1 метр от трассы – наибольшее содержание свинца, высота осажденной массы 1,6 см

Проба № 2 – 100 метров от трассы – высота осажденной массы составила 0,8 см

Проба № 3 – 200 метров от трассы – высота осажденной массы – 0,3 см

В результате опыта мы можем сделать вывод, что наибольшее загрязнение почвы в пробе, которую взяли на расстоянии от трассы 1 метр, то есть большая проходимость автомобильного транспорта, особенно в летний период, играет важную роль в загрязнении окружающей среды. Удаление от автомагистрали ведет к снижению свинцового загрязнения, но не исключает его полностью. Родниковский УВК находится от трассы на расстоянии 120 метров, поэтому свинец, содержащийся в почве и  соответственно в воде, может оказывать негативное воздействие на учащихся УВК.

Мы решили изучить есть ли опасность свинцового загрязнения в стенах УВК.

Основными источниками свинцового загрязнения в быту по литературным данным  являются:

• бытовые краски (мы исследовали образцы окрашенного слоя со стен);
• глазурь на керамических изделиях;
• изделия из хрусталя;
• красящие пигменты на игрушках,
• красящие пигменты на пластиковой таре и др.

Мы использовали тот же метод обнаружения свинца,  основанный на реакции образования йодида свинца (II).

Описание опыта.

Образцы окрашенного слоя со стен поместили в стакан на 30 мл, добавили 25 мл эссенции и поместили в печь.

Фрагмент детской игрушки, содержащий краситель поместили в стакан такого же объема, добавили 25 мл эссенции, выждали 10 минут для растворения красящих пигментов, удалили пластик из стакана и поместили его в сушильную печь.

Использовали сушильную печь  для удаления остатков уксусной кислоты из раствора, так как она обладает маскирующим действием, то есть катализирует окисление иодида калия кислородом воздуха, в результате чего образуется йод, также дающий жёлтое окрашивание.

Выпаривание проводили в течение 1 часа при температуре 180-200 0C. После окончания выпаривания дали образцам остыть и только потом добавили по 5 мл дистиллированной воды, получили раствор ацетата свинца.

К каждому образцу добавили немного кристаллического иодида калия и помешивали до полного его растворения.

В этой части опыта мы оценивали  только наличие свинца в образце.

Итоги опыта.

Образец № 1 – окрашенный слой стен – осадок йодида свинца (II) образовался, т.е. стены окрашены красителями на основе свинца.

Образец № 2 – фрагмент детской игрушки (производство - Китай) из игровой комнаты для первоклассников – выпал осадок желтого цвета, поэтому можно сделать предположение о содержании свинца в красящих пигментах игрушки, с которой контактируют учащиеся ежедневно.

Этот этап исследования позволяет нам делать вывод, что опасность свинцового отравления существует и в стенах нашей школы, не говоря об источниках опасности дома.

ВЫВОДЫ

1. Свинцовая угроза – результат неумеренного и недальновидного производства и использования свинца в течение многого времени. Сейчас на первый план выходит экологическая безопасность производств и технологических процессов.
2. Главным загрязнителем  является автомобильный транспорт, концентрация свинца в почве больше, чем ближе оживленные автомагистрали, на удалении концентрация уменьшается, но не исключается наличие вещества.
3. В быту и в стенах УВК опасность  свинцового загрязнения несут: бытовые краски, глазурь на керамических изделиях, изделия из хрусталя, красящие пигменты на игрушках, пластиковой таре и др.
4. Наиболее радикальной защитой окружающей среды от загрязнения свинцом является изменение промышленных технологий.
5. В повседневной жизни, чтобы избежать или снизить риск свинцового отравления необходимо знать и придерживаться правил уменьшения концентрации свинца в продуктах и предметах быта.
6. Свинец – опасное химическое вещество (металл), которое при попадании в человеческий организм действует как нейротоксин. Свинец нарушает нормальное развитие плода, отрицательно сказывается на здоровье и поведении  маленьких детей, изменяет работу мозга и нервной системы взрослых.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2-х т. Т. 1,2. Пер. с англ.- М.: Мир, 1993. – 398 с., ил

2. Орлов Д.С. Тяжелые металлы.  Москва “Металлургия” ,  1990. – 309 с

3. Ревель П., Ревель Ч. Среда нашего обитания: В 4-х книгах. Кн. 2. Загрязнения воды и воздуха: Пер с англ. - М.: Мир, 1995. - с., ил.

4. Билык В.Г. Физиология человека. Учебное пособие. – К.: Грамота, 2008. – 298 с., ил.

5.  Экологическая химия: Пер. с нем. / Под ред. Ф. Корте. — М.: Мир, 1996. — 396 с., ил.

6. Куленцик Г.Н. Свинцовая опасность.// «Кабели и провода» - 2001 - №5 -  с 20

7. Исследовательский экологический практикум// «Химия в школе» -  1999 - №9 – с 17

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис 1  Определение содержания свинца в разных образцах почвы (образование осадка йодида свинца (II))

Рис 2  Определение содержания свинца в разных образцах почвы (после отстаивания осадка йодида свинца (II))