Исследовательская работа. Изучение содержания соединений свинца в окружающей среде п.Новоорловск

Научно-практическая конференция «Шаг в будущее»

Изучение содержания

соединений свинца

 в окружающей среде п.Новоорловск

Выполнила: Башурова Мария Викторовна

ученица 10 класса МОУ «Новоорловская средняя

общеобразовательная школа».

Руководитель: Гордеева Валентина Сергеевна

учитель химии МОУ «Новоорловская средняя

общеобразовательная школа».

Российская Федерация

Забайкальский край, Агинский район, пгт.Новоорловск

2010

Содержание.

Введение

Глава 1. Загрязнения окружающей среды соединениями свинца.

1.1 Характеристика и применение свинца и его соединений.

1.2 Источники загрязнения соединениями свинца.

1.3. Последствия поступления соединений свинца в организм человека.

Глава 2. Изучение содержания соединений свинца в окружающей среде п.Новоорловск.

2.1. Методики исследований.

2.2. Результаты исследований.

2.3. Выводы по результатам исследований.

Заключение.

Библиографический список.

Приложения.

«Изучение содержания соединений свинца в окружающей среде поселка Новоорловск»

Башурова Мария

Российская Федерация, Забайкальский край, Агинский район, пгт.Новоорловск

МОУ «Новоорловская средняя общеобразовательная школа», 10 класс

Введение.

Роль металлов в развитии и становлении технической культуры человечества исключительно велика. Исторически сложившиеся названия «Бронзовый век», «Железный век» говорят о сильном влиянии металлов и их сплавов на все направления развития производства. И в нашей повседневной практике мы ежеминутно сталкиваемся с металлами. И в нас самих есть металлы. Они используются для осуществления различных процессов в организме. Но не всегда металлы являются необходимыми. Многие из них даже являются для организма опасными. Так, например, некоторые металлы чрезвычайно  токсичны для  позвоночных уже в малых дозах (ртуть, свинец, кадмий, таллий), другие вызывают токсические эффекты в больших дозах, хотя и являются микроэлементами (например, медь, цинк). У беспозвоночных животных, имеющих твердые покровы, свинец в наибольшей степени концентрируется в них. У позвоночных животных свинец в наибольшей степени накапливается в костной ткани, у рыб - в гонадах, у птиц - в перьях, у млекопитающих - в головном мозге и печени. [9, 115с]

 Свинец -  металл, который при контактах с кожей и при попадании в организм вызывает наибольшее количество тяжелейших заболеваний, поэтому по степени воздействия на живые организмы свинец отнесен к классу высокоопасных веществ наряду с мышьяком, кадмием, ртутью, селеном, цинком, фтором и бензапреном (ГОСТ 3778-98). [14]

   Огромное влияние на загрязнение окружающей среды свинцом оказывают автомобили со свинцовыми аккумуляторами. Выхлопные газы являются важнейшим источником свинца. Увеличение свинца в почве, как правило, ведет к его накоплению растениями. Многие данные свидетельствуют о резком возрастании содержания свинца в растениях, выросших по краям автострад. Загрязнение вод свинцом вызывают сточные воды предприятий, содержащие в токсичных количествах соли свинца, а также свинцовые трубы. Токсические вещества, содержащиеся в водах, весьма опасны для человека, так как активно накапливаются в пищевых цепях.

По данным аналитического агентства «Автостат» в России в 2009г. приблизительно насчитывается 41,2 млн. автомобилей. Состав парка автомобилей по видам используемого топлива следующий: количество автомобилей, использующих газ в виде топлива, не превышает 2%. Остальные автомобили используют дизельное топливо – 37% или «освинцованный» бензин – 61%. [15]

Одной из важных проблем любого региона  является загрязнение  почвы, воды, воздуха тяжёлыми металлами.

При проведении данного исследования мы выдвинули гипотезу, что в окружающей среде п.Новоорловск присутствуют соединения свинца.

Объект исследования – загрязнения соединениями свинца окружающей среды.

Предмет исследования – автомобильная трасса и автомобили, проезжающие по ней; почва; снег; растения.

Цель исследования: изучить содержание соединений свинца, выбрасываемых в воздух; накапливаемых в почве, растениях, снеге.

Для реализации поставленной цели мы решали следующие задачи:

1. Изучить научную литературу и Интернет-сайты по поставленной цели исследования.

2. Провести качественный анализ проб почвы, снега и растений на содержание соединений свинца.

3. Выяснить уровень загрязнённости соединениями свинца окружающей среды данной местности.

4. Определить количество выбрасываемых соединений свинца автотранспортом.

5. Определить основные источники загрязнения  соединениями свинца на данной территории.

Научная новизна. В результате работы проведен качественный анализ на содержание соединений свинца проб почвы, снега и растений, взятых из окружающей среды поселка Новоорловск. Определено количество выбрасываемых соединений свинца автотранспортом. Определены основные источники загрязнения соединениями свинца на данной территории.
   Практическая значимость работы. Изучены методы выявления содержания соединений свинца в почве, снеге, растениях, которыми можно пользоваться. Установлено, что соединения свинца содержатся вблизи основных источников загрязнения. Определено в ходе исследований, что основными источниками загрязнения соединениями свинца является автотрасса, Центральная котельная, ЗАО «Новоорловский ГОК».

«Изучение содержания соединений свинца в окружающей среде поселка Новоорловск»

Башурова Мария

Российская Федерация, Забайкальский край, Агинский район, пгт.Новоорловск

МОУ «Новоорловская средняя общеобразовательная школа», 10 класс

Глава 1. Загрязнения окружающей среды соединениями свинца.

1.1. Характеристика и применение свинца и его соединений.

Свинец - Pb ( Plumbum), порядковый номер  82, атомный вес 207,21. Этот голубовато-серый металл знаком с незапамятных времен. Происхождение названия «свинец» - от слова «вино» - связано с применением этого металла при изготовлении сосудов для хранения вина. Ряд экспертов считает, что свинец сыграл решающую роль в падении Римской империи. В древние времена вода стекала с покрытых свинцом крыш по свинцовым желобам в покрытые свинцом бочки. При изготовлении вина пользовались свинцовыми котлами. В большинстве мазей, косметических средств и красок присутствовал свинец. Все это, возможно, привело к снижению рождаемости и появлению психических расстройств в среде аристократов.[4, 136с]

Он ковок, мягок. Даже ноготь оставляет на нём след. Плавится свинец при температуре 327,4 градуса. На воздухе он быстро покрывается слоем окиси. В наши дни свинец переживает « вторую молодость». Его главные потребители – кабельная и аккумуляторная промышленность, где он идёт на изготовление оболочек и пластин. Из него делают кожухи башен, змеевики холодильников и другую аппаратуру на сернокислых заводах. Он незаменим при изготовлении подшипников (баббит), типографского сплава (гарта) и некоторых сортов стекла.[7, 200с] Из соединений свинца наибольшее практическое значение имеют нитрат свинца Pb(NО3)2, который применяют в пиротехнике – при изготовлении осветительных, зажигательных, сигнальных и дымовых составов; дигидроксокарбонат свинца – Pb3(OH)2(CO3)2 – используется для приготовления высококачественной краски – свинцовых белил. Правда у неё есть небольшой изъян: под действием сероводорода она постепенно тускнеет. Поэтому-то такими тёмными становятся старинные картины, написанные масляными красками.[5, 166с]  В больших количествах выпускается сурик (Pb3O4) – вещество ярко-красного цвета, из которого получают обыкновенную масляную краску. Также для приготовления красок широко используется свинцовый пигмент хромат свинца PbCrO4 («желтый крон»). Исходным продуктом для получения соединений свинца является ацетат свинца Pb3(СН3COО)2. Хотя его соединение ядовито, но его 2%-ный раствор используют в медицине для примочек воспаленных поверхностях тела, так как он обладает вяжущими и болеутоляющими свойствами.[1, 56с] Самыми высоко токсичными свойствами обладают алкилированные соединения, в частности, тетраэтилсвинец (С2Н5)4Pb и  тетраметилсвинец (СН3)4Pb  – это  летучие ядовитые жидкие вещества. Тетраэтилсвинец (ТЭС) – антидетонатор для моторного топлива, поэтому его добавляют в бензин.[1, 75с]

1.2. Источники загрязнения соединениями свинца.

Свинец попадает в воду различными путями. В свинцовых трубах и других местах, где возможен контакт этого металла с водой и кислородом воздуха, протекают процессы окисления: 2Pb+O2+2H 2O→2Pb(OH)2.

В подщелоченной воде свинец может накапливаться в значительных концентрациях, образуя плюмбиты: Pb(OH)2+2OHֿ→PbO2²ֿ+2H 2O.

Если в воде присутствует СО2, то это приводит к образованию довольно хорошо растворимого гидрокарбоната свинца: 2Pb+O2→2PbO, PbO+CO2→Pb CO3, PbCO3+H 2O+CO2→Pb(HCO3)2. [11, 62с]

Также в воду свинец может попадать из загрязненных им почв, а также путем прямых сбросов  отходов в реки и моря. Существует проблема загрязнения питьевых вод в районах расположения плавильных заводов или мест складирования промышленных отходов с высоким содержанием свинца.

Наиболее высокие концентрации свинца обнаруживаются в почве вдоль автотрассы, а также где расположены металлургические предприятия или предприятия по производству свинецсодержащих аккумуляторов или стекла.

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.[2, 111с]

 В организм человека большая часть свинца поступает с продуктами питания. Наиболее высокие уровни содержания свинца отмечаются в консервах в жестяной таре, рыбе свежей и мороженной, пшеничных отрубях, желатине, моллюсках и ракообразных. Высокое содержание свинца наблюдается в корнеплодах и других растительных продуктах, выращенных на землях вблизи промышленных районов и вдоль дорог.[12, 83с]  Питьевая вода, атмосферный воздух, курение – тоже источники поступления соединений свинца в организм человека.

 1.3. Последствия поступления соединений свинца в организм человека.

В 1924 году в США, когда для производства бензина потребовался в больших количествах ТЭС, на заводах, где его синтезировали начались несчастные случаи. Было зарегистрировано 138 отравлений, из которых 13 кончились смертельным исходом. Это было первое зарегистрированное свинцовое отравление.[2, 57с]

Как и радиация, свинец является кумулятивным ядом. Попадая в тело, он накапливается в костях, печени и почках. Явными симптомами свинцового отравления являются: сильная слабость, спазмы в брюшной области и параличи. Бессимптомным, но также опасным является постоянное присутствие свинца в крови. Он влияет на образование гемоглобина и вызывает анемию. Возможно появление нарушений психики.[8, 30с]

В настоящее время свинец занимает первое место среди причин промышленных отравлений. Загрязнение свинцом атмосферного воздуха, почвы и воды в окрестности таких производств, а также вблизи крупных автомобильных дорог создает угрозу поражения свинцом населения, проживающего в этих районах, и прежде всего детей, которые более чувствительны к воздействию тяжелых металлов.

Отравление свинцом (сатурнизм) – представляет собой пример наиболее частого заболевания, обусловленного воздействием окружающей среды. В большинстве случаев речь идет о поглощении малых доз и накопление их в организме, пока его концентрация не достигнет критического уровня необходимого для токсического проявления.[8, 31с]
     Органами — мишенями при отравлении свинцом являются кроветворная и нервная системы, почки. Менее значительный ущерб сатурнизм наносит желудочно-кишечному тракту. Один из основных признаков болезни — анемия. На уровне нервной системы отмечается поражение головного мозга и периферических нервов. Интоксикация свинцом может быть, по большей части предупреждена, особенно у детей. Законы запрещают использовать краски на основе свинца, равно как и его присутствие в них. Соблюдение этих законов может хоть частично решить проблему этих “тихих эпидемий”.    Общепринятой является следующая классификация свинцовых отравлений, утвержденная МЗ РФ:

1. Носительство свинца (при наличии свинца в моче и отсутствии симптомов отравления).

2. Легкое свинцовое отравление.

3. Свинцовые отравления средней тяжести: а) анемия (гемоглобин ниже 60 % —до 50 %); б) нерезко выраженная свинцовая колика; в) токсический гепатит.

4. Тяжелое свинцовое отравление: а) анемия (гемоглобин ниже 50%); б) свинцовая колика (выраженная форма); в) свинцовые параличи.[12, 100с]

При лечении свинцовых отравлений используют такие препараты, как тетацин и пентацин. (Приложение 1) Также необходимы профилактические меры. (Приложение 2)

Глава 2. Изучение содержания соединений свинца в окружающей среде п.Новоорловск

2.1. Методики исследований.

Для расчета количества вредных выбросов автотранспортом за 1 час мы использовали методику, утвержденную приказом Госкомэкологии России № 66 от 16 февраля 1999 года [13].         

1. На автомобильной трассе определить  участок дороги протяженностью в  100м.

2. Подсчитать  число  единиц  автотранспорта,  проходящего  по  участку  за  20 мин. Умножив  полученное  число  на 3,  вы  узнаете   их  численность за час (N).

1. Рассчитайте общий путь (S), пройденный всеми машинами за 1 час: S = N*100м.
2. Взяв измерения выбросов автомобилями на 1 км, вычислить сколько выбросов соединений свинца дали автомобили за 1 час.
3. Рассчитайте примерное количество соединений свинца, выбрасываемых за 1 час на общем пройденном пути.

Для определения содержания соединений свинца на поверхности земли ( в  снеге) мы использовали методику из школьного практикума [3, 58с].

1. Для  взятия пробы потребуется посуда ёмкостью не менее 250 мл.
2. Ёмкость погружается в снег с открытым концом, стараясь достичь его нижнего слоя.
3. Проба вынимается и доставляется в лабораторию для растаивания.
4. От каждой пробы отливается по 100 мл жидкости и фильтруется.
5. В опытные пробирки отливается по 1 мл талой воды из каждой пробы и добавляется по 1 мл раствора КI и 1 мл 6% HNO3.
6. Определяются изменения в пробирках.

      Для определения содержания соединений свинца в почве мы использовали методику из школьного практикума [3, 59с]:

1. Делается забор проб почвы.
2. Почва подсушивается в течении 5 дней.
3. Из каждой пробы делаются навески по 10 мг и  помещаются в пробирки.
4. В каждую пробирку добавляется по 10 мл дистиллированной воды.
5. Содержимое пробирок в течении 10 минут перемешивать и оставить на сутки.

6.  Через сутки в опытные пробирки добавить по 1 мл  KI  и  HNO3  и отметить изменения.

     Для определения содержания соединений свинца в растениях мы использовали методику из школьного практикума [3, 61с]:

1. Отбирается по 50 штук листьев или 50 г травы.
2. Растительный материал подсушивается и измельчается.
3. Растительная масса помещается в пробирки,  заливается 20 мл дистиллированной воды и оставляется на сутки.

4. Через сутки добавляется по 1 мл KI  и  HNO3 

5. Отметить изменения.

2.2. Результаты исследований.

Исследования проводились в летнее и осеннее время 2010 года.

Для расчета количества вредных выбросов автотранспортом за 1 час была выбрана автомобильная трасса, проходящая в центре поселка Новоорловск. В результате этих расчетов мы получили, что за 1 час выбрасывается 0,644г соединений свинца в воздух (Приложение 3).

Для определения содержания соединений свинца в окружающей среде мы брали по пять проб на поверхности почвы (в снеге), в почве, в растениях на определенных участках: 1. Дорога возле школы 2. Центральная котельная 3. ЗАО «Новоорловский ГОК» 4. Лес 5. Дорога вдоль дачного кооператива. Мы оценивали уровень загрязненности соединениями свинца по степени окрашенности осадка: интенсивный желтый – сильный уровень загрязненности; желтоватый – средний уровень; нет желтого осадка – слабый уровень.

В ходе изучения содержания соединений свинца на поверхности почвы (в снеге) было установлено, что на обочине дороги возле школы, Центральной котельной и ЗАО «Новоорловский ГОК» самый высокий уровень  соединений свинца. Это видно по ярко жёлтому осадку, который был получен в ходе эксперимента и являлся качественным показателем содержания свинца. (Приложение 4)

При изучении содержания соединений свинца в почве выяснилось, что высокий уровень загрязненности соединениями свинца на обочине дороги возле школы и  ЗАО «Новоорловский ГОК». (Приложение 5)

Анализ растительной массы показал, что растения, растущие возле Центральной котельной, ЗАО «Новоорловский ГОК» и дороги вдоль дачного кооператива, накапливают в своих тканях наибольшее количество соединений свинца. (Приложение 6)

Самый низкий показатель уровня загрязненности соединениями свинца поверхности почвы (снега), почвы и растений мы получили в пробах, взятых в лесу.

Все полученные нами результаты были доведены до населения в виде бюллетеней и листовок об опасности загрязнений соединениями свинца. (Приложение 7,8)

2.3. Выводы.

1. Экспериментальные данные подтвердили, что источником соединений свинца в нашем поселке является центральная автомобильная дорога, а также ЗАО «Новоорловский ГОК» и котельная.
2. Соединения свинца обнаружены на поверхности почвы (снеге), в почве и в растениях.

3. В результате расчетов количества вредных выбросов автотранспортом мы получили, что за 1 час выбрасывается 0,644г соединений свинца в воздух.

4. Соединения свинца для человека – причина многих серьезных заболеваний.

«Изучение содержания соединений свинца в окружающей среде поселка Новоорловск»

Башурова Мария

Российская Федерация, Забайкальский край, Агинский район, пгт.Новоорловск

МОУ «Новоорловская средняя общеобразовательная школа», 10 класс

Заключение.

Данная работа показывает, что автомобильная трасса и машины проезжающие по ней могут стать довольно сильным источником тяжелых металлов в окружающей среде. Свинец из бензина попадает в выхлопные газы, а затем в атмосферу. Уровень загрязнённости будет зависеть и от транспортной нагрузки автодороги. Так как почва и растения возле дороги сильно загрязнены свинцом, то использовать землю под выращивание сельскохозяйственной продукции и выпаса скота нельзя, а растения - для корма  сельскохозяйственных животных.

В результате работы проведен качественный анализ на содержание соединений свинца проб почвы, снега и растений, взятых из окружающей среды поселка Новоорловск. Определено количество выбрасываемых соединений свинца автотранспортом.

Необходима просветительская работа среди местного населения, особенно владельцев дачных участков, вплотную подходящих к трассе.

Нами были разработаны информационные бюллетени и листовки, в которых даны рекомендации по уменьшению воздействия трассы на огороды:

1. По возможности удалить свой участок от источника загрязнения путём не использования земли непосредственно прилегающей к трассе.
2. Не использовать землю на участке засадить растениями высотой более 1 метра (кукуруза, укроп и т. п.)
3. В дальнейшем эти растения убрать с огорода, не используя их.

Список используемых источников:

1. Вишневский Л.Д. Под знаком углерода: Элементы IV группы периодической системы Д.И. Менделеева. М.: Просвещение, 1983.-176с.

2. Лебедев Ю.А. Второе дыхание марафонца (О свинце). М.: Металлургия, 1984 – 120с.

3. Мансурова С.Е. Школьный практикум «Следим за окружающей средой нашего города». М.: Владос, 2001.-111с.

4. Некрасов Б.В. Основы общей химии. Том 2. М.: Издательство «Химия», 1969 – 400с.

5. Никитин М.К. Химия в реставрации. Л.: Химия, 1990. – 304с.

6. Николаев Л.А. Металлы в живых организмах. М.: Просвещение, 1986. – 127с.

7. Петряков-Соколов И.В. Популярная библиотека химических элементов. Том 2. М.: Издательство «Наука», 1983. – 574с.

8. Рувинова Э.И. Загрязнения среды свинцом и здоровье детей. «Биология», 1998 №8 (февраль).

9. Сумаков Ю.Г. Живые приборы. М.: Знание, 1986. – 176с.

10. Сударкина А.А. Химия в сельском хозяйстве. М.: Просвещение, 1986. – 144с.

11. Шалимов А.И. Набат тревоги нашей: экологические размышления. Л.: Лениздат, 1988. – 175с.

12. Шеннон С. Питание в атомном веке, или как уберечь себе от малых доз радиации. Минск: Издательство «Беларусь», 1991. – 170с.

13. www.cоmplexdоc.ru

14. www.CAKGОST. ru

15. www.Avtоstat.ru

Приложение 1.

Лечение свинцовых отравлений. При острых отравлениях используются комплексообразователи, среди которых наиболее эффективны тетацин и пентацин при внутривенном введении (6 г препарата на курс лечения в виде 5 % раствора). Применяются также средства, стимулирующие кроветворение: препараты железа, камполон, цианокобаламин, аскорбиновая кислота. Для уменьшения боли при колике рекомендуются теплые ванны, 0,1 % раствор атропина сульфата, 10 % раствор натрия бромида, 0,5 % раствор новокаина, молочная диета. Для уменьшения вегетативно-астенических явлений можно применять внутривенно глюкозу с тиамином и аскорбиновой кислотой, бром, кофеин, хвойные ванны, гальванический воротник. При энцефалопатиях назначают дегидратирующие средства (25 % раствор магния сульфата, 2,4 % раствор эуфиллина, 40 % раствор глюкозы); при полинейропатиях — тиамин, антихолинэстеразные средства, четырехкамерные ванны, массаж, лечебную физкультуру.

Для выведения свинца из депо применяют диатермию печени, внутривенное введение 20 % раствора натрия гипосульфита.

Рекомендуется санаторно-курортное лечение (Пятигорск, Хмельник, Мироновка и др.).

   Защитные средства: витамины группы В, витамин С, витамин D, кальций, магний, цинк, пектиновые соединения, альгинат натрия, различные сорта капусты. [12]

Приложение 2.

Профилактика свинцовых отравлений. Основным мероприятием по предупреждению отравлений свинцом является замена его другими, менее токсичными веществами на тех производствах, где он применяется. Например, свинцовые белила заменяют титаново-цинковыми, вместо свинцовых прокладок для насечки напильников применяются прокладки из сплава олова с цинком, свинцовые пасты для отделки кузовов легковых автомобилей заменяются пастой из пластических материалов. При технологических процессах, а также при транспортировке свинца и содержащих свинец материалов обязательно герметичное укрытие источников пылевыделения, оборудование мощной аспирационной вентиляции с очисткой загрязненного пылью и парами свинца воздуха перед выбросом его в атмосферу. Запрещается использование труда женщин и подростков в процессах плавки свинца. Необходимо соблюдение таких мер личной гигиены, как санация полости рта, мытье рук 1 % раствором уксусной кислоты, использование специальной одежды и респираторов, лечебно-профилактическое питание. [12]

Приложение 3.

Результаты проведенной методики  

определения выбросов соединений свинца автотранспортом.

Приложение 4.

Содержание соединений свинца на поверхности почвы (в снеге).

Приложение 5.

Содержание соединений свинца в почве.

Приложение 6.

Содержание соединений свинца в растениях.