Исследовательский проект «Вторая жизнь батарейки»

Исследовательский проект «Вторая жизнь батарейки»

руководитель - Чилданова О.А.

Многие не задумываются, что маленькая батарейка, брошенная в мусорное ведро, может нанести большой вред окружающей среде. Эти батарейки есть в каждом доме, и возникает вопрос, а как в нашем городе происходит утилизация отработанных батареек. Все ли знают, что ядовитые вещества проникают в почву, в подземные воды, далее в водохранилище, а оттуда в городской водопровод. Мы пьём воду, готовим пищу и не задумываемся, что вредные вещества из этой отработанной батарейки не исчезают, а из мусорного ведра фактически попадают в наш организм.  Небольшие дозы этих ядовитых соединений несут человечеству онкологические и генетические заболевания. А еще отравления, замедленное развитие и слабое здоровье детей… [2]

Актуальность выбранной темы объясняется тем, не все осведомлены о том, как влияют отработанные батарейки на окружающую среду. Каждый из нас наверняка пользовался в своей жизни батарейками. Телефоны, пульты управления, часы, игрушки, масса других вещей — в доме всегда есть что-то, что работает на батарейках. А они имеют свойство вырабатывать свой ресурс [4]. Однако все ли знают, что делать с отработавшими батарейками? Выбрасывать в мусорное ведро вместе с остальным домашним мусором?

Объект исследования: щелочные и солевые батарейки.

Предмет исследования: химические вещества, входящие в состав отработанных батареек и их влияние на окружающую среду.

Цель нашей работы: рассмотреть экологические аспекты вредного воздействия отработанных батареек, и возможность использования её внутренних компонентов на уроках химии.

Для достижения своей цели нами были поставлены задачи:

1). Собрать необходимую информацию по данной теме.

2). Провести анкетирование среди школьников.

3). Изучить извлеченные вещества из батареек в школьной лаборатории на предмет использования на уроках химии.

4). Провести биотестирование на предмет выявления вредного воздействия отработанных батареек на окружающую среду.

Гипотеза:

Щелочные и солевые батарейки, попадая в почву, влияют на окружающую среду и живые организмы. Вещества, извлечённые из отработанных батареек, будут востребованы.

Методы исследования:

1). Анализ информации, полученной в процессе анкетирования.

2). Экспериментальное исследование влияния данных веществ на растения.

3). Экспериментальное изучение свойств полученных веществ.

4). Анализ школьного практикума по химии и выборка работ с

практическим использованием данных веществ.

Глава 1. Литературный обзор. 

Из литературных источников мы выяснили: гальванические элементы бывают первого и второго родов.

К элементам первого рода относятся одноразовые батареи, они вырабатывают электроэнергию за счет химических реакций. После этого батарейки попадают либо в мусорный ящик, либо в пункт приёма, это зависит от нашей экологической грамотности. Очень надеемся, что они попадут в переработку, а не на свалку. Элементы второго рода чаще называют аккумуляторами. Это значит, что они могут заряжаться, если к электродам подключить источник постоянного тока [8].

Батарейки бывают нескольких типов, но самые популярные и бюджетные батарейки это щелочные и солевые. По мощности солевые батарейки уступают щелочным, их используют в игрушках, в пультах управления телевизором и т.п.

Глава 2. Мониторинг экологической грамотности учащихся

2.1. Проблема утилизации.

Работая над темой исследовательского проекта, нам стало интересно узнать, насколько обучающиеся нашей школы осведомлены о том, какое влияние оказывают отработанные батарейки на окружающую среду. Мы провели небольшое анкетирование в школе среди обучающихся старших классов.

Нашей задачей было выяснить:

1). Какое количество батареек используете в год?

2). Знаете ли вы о вреде батареек на окружающую среду?

а) да; б) нет; в) частично

3). Знаете ли вы где находится пункт приёма батареек в нашем городе?

а) Да, знаю (укажите адрес); б) нет, не знаю;  

4). Как вы утилизируете использованные батарейки?

а) Выбрасываю; б) сдаю в пункт приема

В опросе приняли участие 128 обучающихся 8-10 классов.

Обработав полученные данные, мы получили следующие результаты: (см. Приложение №1, таблица№1)

1. В среднем семья использует около 6-7 батареек в год.

2. 65 респондентов не знают о вреде батареек на окружающую среду, что составляет 59%

3. 85 человек не знают, где находится пункт приёма, что составляет 66%

4. 82 человек выбрасывают (64%), 39 человек сдают (30%)

Токсичные вещества в виде различных металлов и химикатов при разрушении корпусов батареек, попадают в природную среду [5]. При производстве элементов питания используются: свинец, никель, кадмий, цинк, ртуть, оксид серебра, кобальт, литий. Миллионы отработанных батареек, хранящихся на свалках бытовых отходов, могут быть отнесены к наиболее токсичным компонентам бытового мусора [4].

Вывод. Необходимо проводить пропаганду утилизации отработанных батареек и аккумуляторов.

Глава 3. Экспериментальная часть

3.1. Выделение индивидуальных веществ и изучение их свойств.

Содержимое батареек можно использовать на уроках химии как источник химических веществ при выполнении практических работ, для кружковой и проектно-исследовательской деятельности [1,7]. Лучше брать солевые батарейки, они более безопасны.

Мы устроили акцию по сбору батареек с целью их утилизации в школе. Большая часть собранных батареек оказались щелочными. Для своих экспериментов в целях безопасности мы взяли солевые батарейки. Мы вскрыли 5 солевых батареек и извлекли следующие вещества: 5 угольных электродов (20 г), цинковые корпуса батареек (36 г), смесь оксида марганца и угля (51 г), стальные заклепки (20 г). (См. приложение №2)

Провели ряд экспериментов с извлечённым материалом, в процессе которых определили возможность использования веществ из батарейки на уроках химии [8].

1.Получение водорода. Несколько кусочков цинка (цинкового корпуса батарейки) мы поместили в пробирку с соляной кислотой, объёмом 4 мл (5% раствор). В ходе опыта мы наблюдали выделение пузырьков газа. Наличие водорода мы проверили зажжённой спичкой. Аналогичные результаты мы наблюдали с разбавленной серной кислотой. Реакция цинка с уксусной кислотой проходила медленнее.

Zn+2HCl→ ZnCl2+H2; Zn+H2SO4→ZnSO4+H2;

Zn+2CH3COOH→(CH3COO)2Zn+H2

2. Испытали цинк раствором сульфата меди (II), реакция идёт очень быстро. Медь из раствора вытесняется цинком и осаждается красным налетом. CuSO4+Zn→ZnSO4+Cu

А вот взаимодействие стальной заклёпки с раствором медного купороса, реакция проходит достаточно медленно. Но при нарушении целостности стальной заклёпки, реакция протекает быстрее, так как увеличилась площадь соприкосновения реагентов. Таким образом, можно сделать вывод, что опыт с цинковым корпусом можно использовать на уроках химии.

3.Взаимодействие цинка с раствором щелочи. Кусочки цинка опустили в раствор гидроксида натрия. Мы наблюдали выделение пузырьков газа. При нагревании реакция протекает быстрее. Выделившийся газ горит с характерным хлопком: Zn+2NaOH+2H2O→Na2[Zn(OH)4] +H2 такой звук даёт водород. Данный эксперимент можно использовать во время изучения понятия «амфотерность» на примере свойств цинка и его соединений.

4.Горение углерода. Кусочки раскалённого угольного электрода ярко загораются в токе кислорода, предварительно полученного разложением перманганата калия: C+O2→CO2 

В ходе эксперимента пришли к выводу, что для изучения химических свойств углерода или для изучения свойств кислорода можно использовать угольные электроды.

5.Получение кислорода. Для получения опыта мы использовали перекись водорода (3%). В этой реакции для ускорения процесса разложения нами использовался катализатор диоксид марганца. Однако в составе батарейки он идёт в смеси с углем. Когда мы использовали эту смесь, реакцию выделения кислорода не удалось наблюдать. Поэтому мы решили выделить чистый оксид. Первым делом мы эту смесь диоксида марганца с углеродом промыли в воде несколько раз, а затем прокалили его в чашке для выпаривания, для того чтобы дать выгореть оставшемуся углю. После проведения повторного опыта, мы убедились в выделении диоксида марганца в чистом виде. Реакция протекала быстро. Нам удалось сразу наблюдать выделение пузырьков кислорода. Его наличие мы проверили тлеющей лучиной. Она загорелась в кислороде: 2H2O2→2H2O+O2 Вывод: данное вещество диоксид марганца подходит для использования его в качестве катализатора.

3.2. Определение влияния содержимого батареек на жизнь растений.

В 6 эксперименте мы смоделировали «жизнь» батарейки после попадания в почву. Мы приготовили три стакана с водой: первый стакан с водой оставили для контроля, во второй - разобранную батарейку, а в третий стакан положили целую батарейку. Во втором стакане вода сразу помутнела, а в третьем стакане вода помутнела через девять дней.

Вывод: металлическая оболочка батарейки под действием воды разрушается, а вредные вещества, находящиеся в батарейке, попадают в воду.

В 7 эксперименте мы решили проверить влияние загрязненной воды на окружающую среду на примере растений. Для опыта мы взяли отростки комнатного растения «Традесканция». В первом стакане с чистой водой для контроля поместили первый отросток, два отростка поместили в стаканы с помутневшей водой, в которых находились разобранная батарейка и целая батарейка соответственно. Через три дня мы увидели, что листья, стоящих в стаканах с загрязненной водой, завяли, а отросток, стоящий в стакане с чистой водой, не изменился и остался в прежнем состоянии. Следовательно, можно сделать вывод, что вода, загрязненная вредными веществами батарейки, отрицательно влияет на растения. (см. приложение №3.)

Заключение

Наши теоретические и экспериментальные исследования показывают, что наша гипотеза подтвердилась. Батарейки действительно содержат химические вещества, которые пагубно влияют на окружающую среду. Под воздействием воды, воздействием кислой, щелочной среды почв, нарушается целостность корпуса батарейки и содержащиеся в ней вредные элементы попадают в почву, подземные воды, и естественно, в организм человека и животных. Составные части солевой батарейки можно успешно использовать в качестве химических реактивов в школьной лаборатории на уроках химии [2,5].

Встретились с работниками организации «Питон», где ремонтируют аккумуляторы, элементы. У них лежат отработанные аккумуляторы, также требующие грамотной утилизации. Работники на наш вопрос, знают ли какая организация занимается утилизацией, ответили, что не знают. Вторая встреча состоялась с представителем АТК, у них получили адреса, где стоят специальные ёмкости для сбора. Данная организация занимается сбором и вывозом отработанных батареек.

Вывод

1. Батарейка – полезный продукт, в тоже время представляют угрозу для окружающей среды. Для защиты экологии необходимо создавать все больше и больше пунктов приема отработанных гальванических элементов, частью которых являются батарейки.

2. Более 64% респондентов нашей школы не пользуются пунктом приёма и утилизации батареек. Выбрасывают отработанные элементы вместе с бытовым мусором, не задумываясь, что своим действием наносят вред нашей природе. Если сдать батарейку на утилизацию, можно сохранить окружающую среду и здоровье человечества в лучшем виде.

3. Из числа опрошенных о вреде батареек осведомлены обучающиеся 10-х классов. Меньше всего об этом знают ученики 8-х классов. Батарейки подлежат замене по мере необходимости. Над правильной утилизацией батареек задумываются не все опрошенные.

4. С этой целю мы создали буклеты и презентацию с адресами пункта приёма батареек (см. приложение «Буклет»).

Результаты нашей работы будут использованы для проведения классных часов и акции «Сдай батарейку. Сохрани природу». Необходимо с раннего детства проводить просветительскую работу об экологической безопасности.

Список литературы:

1. Алексеев С.В. «Практикум по экологии». – Москва, 1996г.

2. Бабич Л.В. Практикум по неорганической химии. Учебное пособие для студентов биолог.-хим.-биолог. Фак. Пединститутов. Изд. 2-е перераб. М., «Просвещение», 1983.  

3. Габриелян О.С., Химия 9 класс: учебник для общеобразовательных учреждений – М.: Дрофа 2015г.

4. Гринин А. С. Новиков В. Н. «Промышленные и бытовые отходы: хранение, утилизация, переработка». - Москва, «ФАИР-ПРЕСС», 2002г

5. Касьян А. А. «Современные проблемы экологии» - Москва, 2001 г.

6. Кувыкин Н. А. Бубнов А. Г. Гриневич В. И. «Опасные промышленные отходы» - Иваново 2004г.

7. Н.А. Орлин «Извлечение оксида цинка из отработанных химических источников тока» Научный журнал «Современные наукоемкие технологии» №12 2007г

8. Классификация батареек по химическому составу (Электронный ресурс)