Химический анализ почвы

Оглавление

1. Введение                                                                                                          2       стр.

2. Основная часть                                                                                                2-10  стр.

  2.1 Деятельность витаминкомбината на территории станицы                       3-4      стр.

2.2 Влияние загрязняющих веществ на растительность и организм человека  4   стр.

2.3   Химический анализ почвы                                                                              4  стр.

2.4  Качественное определение химических элементов в почве                          5  стр.

2.5   Обнаружение нитратов в растительных объектах                                           6 стр.

2.6   Вредное   воздействие   нитратов  на организм человека                            6-7 стр.

2.7   Опрос населения                                                                                                   7стр.

2.8   Рекомендации  по данной тематике                                                                7-9 стр.

3. Заключение                                                                                                            10  стр.

4. Список используемой литературы и источников                                             11     стр.

5. Приложения к научно исследовательской работе                               12-19   стр.

Введение

Со вступлением человечества в эпоху научно-технического прогресса и  стремительным ростом техносферы частота и масштабы ущерба от технологических катастроф стали сопоставимы с аналогичными показателями стихийных бедствий. Потенциально наиболее опасными считаются атомные объекты, химическая и нефтеперерабатывающая промышленности, транспорт. Ежедневно происходят и «тихие» технологические катастрофы, порождаемые выбросами в атмосферу и водоемы. Их коварность заключается в постепенном и незаметном накоплении вредных веществ, которые неотвратимо грозят природе и человеку в будущем.

Для ликвидации технологических катастроф требуется скорейшая организация системы технологической безопасности. Но, прежде всего, необходимы качественные сдвиги в самом производстве, которые сделали бы его экологически безопасным для природы и человека.

Основная часть

На территории нашей станицы Нововеличковской 10 лет назад был незаконно построен мини витаминкомбинат. Предприятие занималось изготовлением премиксов. Всех жителей волновал вопрос о загрязнении воздуха заводом, так как  по утрам  стоял туман с неприятным запахом.                                                                                                                            На протяжении 10 лет производство витаминкомбината получало сильнодействующие вещества, такие как хлористый йод, хлор. Вдыхание хлора вместе с воздухом вызывает раздражение слизистых оболочек дыхательных путей, которое может закончиться отеком легких и смертью. Важно отметить содержание газообразных веществ в приземном слое атмосферы, которые приведены в приложении [1]. На производстве добавляли в наполнители порошкообразный цинк (который самостоятельно дробили) и  соли тяжелых металлов. Из 100 кг цинка 5-6 кг  цинковой  пыли оседало на близлежащих домах. Цинк подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, вследствие чего нарушаются процессы образования органического вещества в почвах. Избыток цинка в почвенном покрове затрудняет ферментативное разложение целлюлозы, дыхание, действие уреазы.  Тяжелые металлы, поступая из почвы в растения, передаются по цепям питания и оказывают токсическое действие на животных и человека.                                                                                                                             Отравление оксидом  цинка  может произойти при вдыхании паров этого вещества. В этом случае симптомы  избытка   цинка  проявляются в сладком вкусе в ротовой полости, в потере или снижении аппетита, нередко в сопровождении сильной жажды. Далее появляется чувство усталости и разбитости, давящая боль в грудине, сухой кашель. Возникает ощущение холода в ногах, потом резко – озноб на час-полтора с небольшим повышением температуры. Затем температура также резко понижается с проливным потоотделением. Возникает ощущение ломоты во всех частях тела, мышечная и головная боль, сопровождаемая шумом в ушах. Наблюдаются сухость в ротовой полости и глотке, тошнота, иногда до рвоты. Цинковое отравление приводит к фиброзному перерождению поджелудочной железы. Постоянный  избыток   цинка  в  организме  замедляет рост костей, нарушая их минерализацию. Повышенное содержание соединений  цинка  в крови приводит к ослаблению сухожильных рефлексов и прогрессирующей слабости.

Необходимо отметить тот факт, что витаминкомбинату не разрешили осуществлять свою деятельность в городе Краснодаре, так как экологи оценили его работу  как опасную угрозу  всем жителям.

Поэтому цель моей работы:  

1. Оценить  степень загрязнения почвы витаминкомбинатом;
2. Провести сравнительную характеристику состояния здоровья людей, проживающих рядом с данным предприятием;
3. Разработать конкретные советы и рекомендации  по данной тематике.

Экспериментальная (практическая) часть работы. Химический анализ почвы.

Цель работы: Определить актуальную кислотность почвы и содержание в ней нитратов и тяжёлых металлов.

Оборудование: Лопата, ножик, набор сит, чашки, стеклянные воронки, колбы, пробирки, беззольный бумажный фильтр, полоски индикаторной бумаги, пипетка.

Реактивы: Дифениламин, серная кислота, раствор красной кровяной соли K3[Fe(CN)6)], 10%-ый раствор роданида калия KSCN.

Ход работы:

1. Пробоотбор и подготовка образцов к химическому анализу.                                                   1) Провела пробоотбор. При этом почва изымалась с глубины 10-20 см. Брала пробы на разных территориях.                                                                                                                         2)  Высушила и измельчила почву. При этом удаляла посторонние примеси и частицы при помощи набора сит с отверстиями разного диаметра от 5 до 1 мм. Для сокращения пробы использовала метод квартования.

2.  Приготовление водной вытяжки.                                                                                                1) Взяла 20 г воздушно-сухой  просеянной почвы и поместила в колбу на 100 мл;                                                                                             2) Добавила 50 мл дистиллированной воды;                                                                                  3) Взболтала в течение 10 минут;                                                                                                       4) Профильтровала через беззольный бумажный фильтр в стеклянной воронке.   

3. Определение актуальной кислотности почвы.                                                                               Связь между кислотностью почвы и величиной рН приведена в Приложениях в табл. [2].                                                                     1) Поместила в пробирку 2 г почвы;                                                                                             2) Добавила 10 мл дистиллированной воды;                                                                                   3) Полученную суспензию 1:5 хорошо встряхнула и дала отстояться осадку;                                                                                                      4) Осуществила декантацию;                                                                                                             5) В слитую (надосадочную) жидкость внесла полоску индикаторной бумаги и,

сравнив её цвет с цветной таблицей, сделала вывод о величине pH почвы. [табл.3]                                           В результате, я определила, что почва вблизи витаминкомбината имеет кислую среду.

По величине кислотности почвы можно предсказать наличие тех или иных микроэлементов в почве, а также оценить их подвижность [табл.4]. В  кислых  почвах     (pH 4.0–5.5) тяжелые металлы  обладают наибольшей подвижностью, поскольку в  кислой среде слаборастворимые окислы металлов и фосфаты переходят в ионную форму, легко  усваиваемую растениями. Т.е. в кислых почвах  концентрация тяжёлых металлов достигает токсического уровня.

4. Качественное определение химических элементов в почве.

4.1. Нитрат-ионы.

1) Приготовила раствор дифениламина в серной кислоте: 1 г дифениламина  растворила в 100 мг крепкой серной  кислоты;                                                                                                  2) К 5 мл фильтрата по каплям прибавила раствор дифениламина в серной кислоте;           3) Раствор окрасился в синий цвет, что доказывает наличие нитратов и нитритов.

4.2.  Железо (II и III).                                                                                                                            1) В две пробирки внесла по 3мл вытяжки;                                                                                     2) В первую пробирку прилила несколько капель раствора красной кровяной соли K3[Fe(CN)6)], а во вторую – несколько капель 10%-го раствора роданида калия KSCN;                  3) В первой пробирке появилось синее окрашивание, что свидетельствует о наличии в почве соединений железа (II), а во второй пробирке появилось красное окрашивание, что свидетельствует о наличии в почве соединений железа (III):

3Fe²+ + 2[Fe(CN)6]³¯ = Fe3[Fe(CN)6]2↓

Fe³+ + 3CNS¯  Fe(CNS)3

4.3 Цинк

1) Внесла вытяжку в пробирку;

2) Добавила по каплям раствор щёлочи NaOH;

3) Образовался осадок белого цвета: Zn²+ + OH¯ = Zn(OH)2↓

Белый осадок образуется при взаимодействии щелочи с солями цинка и алюминия. Гидроксид цинка и гидроксид алюминия растворяются в кислотах и щелочах, но Al(OH)3 в отличии от Zn(OH)2, не растворяется в NH4OH

4) К полученному раствору прилила гидроксид аммония, при этом осадок растворился, что говорит о возможном наличии цинка в почве:

Zn(OH)2 + NH4OH => [Zn(NH3)4](OH)2 + H2O

Затем провела данные опыты с остальными образцами почвы и занесла полученные результаты в таблицу [5].

5. Обнаружение нитратов в растительных объектах.                                                                 Кусочек растительного объекта растёрла пестиком в ступке. Каплю полученного растительного сока с помощью пипетки поместила на предметное стекло и добавила несколько капель дифениламина. Содержание нитратов оценила таким образом: в отсутствие нитратов сок не изменяет цвет; при небольшом количестве нитратов, сок приобретает светло-голубую окраску; при большом количестве - темно-синюю. Полученные результаты занесла в таблицу [6].

Вывод: В ходе химического анализа я определила, что почва имеет кислую среду и в ней содержатся нитраты и тяжёлые металлы.

Вредное   воздействие   нитратов  на организм человека:                                                             1)  Нитраты  под  воздействием  фермента нитратредуктазы восстанавливаются до нитратов , которые взаимодействуют с гемоглобином крови и окисляют в нём 2-х валентное железо в 3-х валентное. В результате образуется вещество метгемоглобин, который уже не способен переносить кислород. Поэтому нарушается нормальное дыхание клеток и тканей организма (тканевая гипоксия), в результате чего накапливается молочная кислота, холестерин, и резко падает  количество  белка.                                                           2) При длительном поступлении  нитратов  в организм человека уменьшается количество йода, что приводит  к  увеличению  щитовидной  железы.                                                       3) Установлено, что  нитраты  сильно влияют на возникновение раковых опухолей в желудочно-кишечном тракте у человека.

Вредное воздействие избытка железа на организм человека.                                                        При избытке железа в организме у человека могут возникнуть следующие заболевания: ишемическая болезнь сердца; артрит; болезни Паркинсона и Альцгеймера; рак печени, желудка, кишечника.

Опрос населения.

       Я провела опрос среди жителей, чьи дома расположены рядом с витаминкомбинатом и среди тех, кто раньше работал на этом заводе. Один мужчина, проживающий рядом, рассказал, что заметил у себя ухудшения со стороны сердечно-сосудистой системы. Таже он стал наблюдать чрезмерный и очень быстрый рост ногтей (в течении 2-х дней), хотя нормальным ростом ногтей принято считать всего лишь 0.5 – 1.2 мм в неделю.               Другой мужчина рассказал, что когда он работал на витаминкомбинате, у членов его семьи появились аллергические реакции.                                                                                          Также выяснилось, что было выявлено три летальных исхода. Один мужчина (удалось узнать лишь его фамилию – Монастырный) работал на витаминкомбинате и дробил цинк, вследствие чего пыль попала ему в лёгкие и он скончался на рабочем месте. У него не было семьи. О его смерти узнали лишь очень узкий круг людей, которые между собой называют данное предприятие в честь этого мужчины «Завод Монастырного». Остальные две смерти связаны с онкологическими заболеваниями (РАКОМ).                              Большинство населения станицы работали на этом витаминкомбинате, так как их привлекала высокая заработная плата. Но, замечая ухудшения со стороны здоровья, люди уходили с работы. Это лишь та информация, которую удалось узнать мне. Не исключено, что тяжёлых заболеваний и смертельных случаев было больше. По эти данным я составила диграмму [7].

Советы и рекомендации  по данной тематике.

Известкование

Людям, проживающим рядом с витаминкомбинатом предлагаю осуществить известкование почвы в своём огороде: внос солей кальция. На слабокислых 1–2 т. на гектар пашни, причем надо следить за тем, чтобы соль была хорошо измельчена и тщательно перемешана с почвой. Известкование действует на почву многосторонне: улучшает деятельность клубеньковых и азотфиксирующих бактерий, повышает коагулирующую способность почвенных коллоидов, а потому на 30–40% повышает эффективность минеральных удобрений; улучшает структуру почв, их водный и воздушный режим; способствуют развитию корневой системы растений. Основное известковое удобрение – молотый известняк СаСО3. Нерастворимый в воде карбонат кальция под действием углекислого газа (продукта жизнедеятельности микроорганизмов) и воды превращается в растворимый гидрокарбонат кальция:                                                  СаСО3 + Н2О + СО2 –> Са(НСО3)2
НСО–3 + Н2О –> Н2СО3 + ОН–

Образующийся гидроксид–анион ОН– и нейтрализует избыток катионов водорода Н+ в кислых почвах. Кроме известняков применяют, в качестве известковых удобрений применяют другие карбонатные минералы: известковый туф, мергель, доломит, мел.
Нужно вносить в них также минеральные удобрения: соединения калия, фосфора и особенно азота. Очень важно удобрять их навозом, что создает условия для энергичной деятельности микроорганизмов. Мало в почве азота – поселяют в них азотобактерии, мало фосфора – фосфоробактерии. Без них и навоз, и другие удобрения могут пролежать в почве без пользы для растений. Огромную роль в снабжении растений азотом играют различные бактерии, которые превращают аммиак в азотную кислоту. Она образует в почве различные соли, при усвоении которых растения получают азот.
NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + 663.6 Кдж
2HNO2 + O2 = 2HNO3 + 176,4 Дж

Улавливание газообразных примесей из технологических газов.

Улавливание газообразных примесей преследует две цели: санитарную очистку газов; использование улавливаемых компонентов для получения удобрений, кислот, серы и других ценных химических продуктов.                                                                                  Основные методы  очистки  воздуха  от  газообразных примесей:                                                        - метод абсорбции;                                                                                                                                                                       - метод адсорбции;                                                                                                                                      - метод термической нейтрализации.                                                                                         Удаление  из  технологических  и  дымовых  выбросов  содержащихся  в них газообразных компонентов проводится химической очисткой газов методами абсорбции и адсорбции.   Абсорбция - поглощение газов или паров из газовых или парогазовых смесей  жидкими  поглотителями,  называемыми  абсорбентами.                                                                   Поглощение  газа  может  происходить  либо  за  счет  его  растворения  в абсорбенте,  либо  в  результате  его  химического  взаимодействия  с  абсорбентом.  В  первом  случае  процесс  называют  физической  абсорбцией,  а  во втором случае - хемосорбцией.    Хемосорбция основана  на  поглощении  газов  и  паров  твердыми или жидкими поглотителями, в результате чего образуются малолетучие и малорастворимые  соединения.  Хемосорбция  заключается  в  промывке  очищаемого  газа  растворами,  вступающими  в  химические  реакции  с  содержащимися  в  газе  отдельными  газообразными  компонентами,  что  позволяет  извлечь  их  или  обезвредить. Абсорбентами хлора Сl2  являются следующие растворы: LiOH, Са(ОН)2 (известковое молоко), Li2CO3, Na2S2O3; тетрахлоридметан CCl4 и др.

Выделяющийся на аноде хлор отдувают воздухом и улавливают водным раствором гидроксида лития. При этом протекают процессы, описываемые уравнениями: Cl2+2LiOH→LiCl+LiOCl+H2O; 2LiOCl→2LiCl+O2; 3LiOCl→LiClO3+2LiCl.                              В связи с отсутствием на отечественном рынке товарного LiOH ∙ H2O можно заменить его на более дешевый и доступный Li2CO3, в виду того что последний, как и LiOH, может улавливать хлор. Процесс описывается совокупностью следующих химических реакций: Li2CO3+H2O→LiOH+LiHCO3; ½Cl2+LiOH→½LiCl+½LiOCl+½H2O;  ½Cl2+LiHCO3→½LiCl+½LiOCl+½H2O+CO2↑, которые в конечном итоге могут быть представлены суммарной реакцией: Сl2(г) + Li2CO3(тв)  LiCl(p) + LiOCl(p) + CO2(г)↑. Поскольку растворимость Li2CO3 почти на порядок ниже растворимости LiOH.H2O, для обеспечения высокой степени улавливания хлора в качестве абсорбента целесообразно использовать пульпу карбоната лития в присутствии карбамида: 3Li2CO3(т)+3Сl2(г)+(NH2)2CO(p)→6LiCl(p)+N2(г)+СО2(г)+2H2O(ж).                             

Процесс улавливания хлора водным раствором карбамида:                                                      3Cl2(г) + H2O(ж) + (NH2)2CO(p)  6HCl(p) + N2(г)↑ + СO2(г)↑.                                                     

Процесс улавливания хлора водным раствором тиосульфата натрия:                                      Na2S2O3 + 4Cl2 + 5H2O = 2H2SO4 + 2NaCl + 6HСl.                                                                         

Очистка происходит в специальных устройствах – абсорберах [Приложения, рис.1]

Адсорбция.                                                                                                                                  

Метод адсорбции основан на селективном (избирательном) поглощении вредных газов и паров твердыми адсорбентами, имеющими развитую микропористую структуру. Адсорбция  позволяет  почти  полностью  извлечь  из  газовой  смеси  загрязняющие  компоненты,  она  дает  возможность  осуществлять  глубокую очистку  газов.                       Для  очистки  газов  используют  адсорберы  периодического [Приложения, рис. 1.2], и  непрерывного  действия.                                                                                                                     В адсорберах очищаемый газовый поток пронизывает снизу вверх слой адсорбента, который состоит из зернистого материала. При этом вредные примеси газа связываются адсорбентом и впоследствии могут быть выделены из него.

Газообразный хлор хорошо поглощается твердыми органическими соединениями,  такими  как:  лигнин,  лигносульфонат  кальция,  представляющие собой отходы процессов химической переработки древесины и растительного сырья.

Заключение.

Практическая значимость данного проекта, по моему мнению, достаточно  велика. Во-первых, я привлекла внимание широких масс к проблеме сохранения здоровья. Во-вторых, наметила провести школьные эксперименты по исследованию степени загрязнения. В-третьих привлечь к ответственности администрацию, допустившую такую катастрофу на территории станицы.

К сожалению, мы очень редко думаем о других. И руководители витаминкомбината - не исключение. Они, как и все остальные, в первую очередь думают только о себе, о том, как прокормить свою семью и жить, ни в чём не нуждаясь. Разве они будут ради здоровья безразличным им людей закрывать завод, тем самым лишаясь дела, которым зарабатывают себе на жизнь? Конечно же нет! Да, быть может это звучит ужасно, но такова реальность. И это не единственный завод, таких заводов очень много и многие из них гораздо более опасны, чем этот. Но прежде чем кого-то обвинять, необходимо начать с самого себя, провести здоровую самокритику. Каждому из нас следует задуматься, задать самому себе вопрос: «А чиста ли моя совесть по отношению к природе? Бросаю ли я бумажки и бутылки, не донося их до урны, убираю ли за собой мусор после отдыха на природе?» Если ответ: «Да», - то надо начать заниматься самовоспитанием в этом плане:

1. Никогда не поступать так, как написано выше;
2. Проводить программы очищения и озеленения территорий
3. И, самое главное – не опускать руки и не отчаиваться. Не придумывать отговорки, что от стараний одного человека, общая экологическая картина нашей страны не изменится. Да, безусловно, если каждый будет так думать, то и действительно ничего не изменится. Но ведь и море состоит из капель… Поэтому, если хотя бы немногие из нас всерьёз задумается о состоянии окружающей среды и начнут предпринимать какие-то меры, то это уже будет огромным шагом вперед, а если задумается и начнёт действовать каждый из нас, то медленно, но верно природа будет процветать, а экология и наше здоровье значительно улучшаться!

                                                 Список используемой литературы и источников

1. Комар И.В. Рациональное использование природных ресурсов и ресурсные циклы. М.: Наука, 1975. - 212 с.

2. Корте Ф., Бахадир М. И др. Экологическая химия: Пер. с нем. Под ред. Ф.Корте. - М.: Мир, 1997. - 396 с.

3. Лосев К.С. Экологические проблемы и перспективы устойчивого развития России в XXI веке. - М.: Космосинформ, 2001. - 400с

4. Малов Ю.С. Здоровье и болезни. - СПб., - 1996. - 84 с.                                                                   5. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты газоочистки. Учебное пособие. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2006.                                                                                                                                             6. Рябцев А.Д., Серикова Л.А., Мамылова Е.В., Немков Н.М., Менжерес Л.Т. Хлорирование пульпы карбоната лития в присутствии карбамида. // Химия в интересах устойчивого развития. 2001. Вып. 9. С. 71-78.                                                                                    7. Плющев В.Е., Степин В.Д. Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия. − М.: Химия, 1970. − 399 с.                                                                                                                        8. Материалы интернета

                                                                    Приложения

Таблица 1

Фоновые концентрации газов в естественных условиях

Таблица 2

Зависимость кислотности почвы от рН

Таблица 3

Полученные результаты рН почвы

Таблица 4

Подвижность микроэлементов в зависимости от кислотности почвы

ПН – практически неподвижные; СП – слабоподвижные; П - подвижные

Таблица 5

Результаты химического анализа почвенной вытяжки

Таблица 6

Результаты определения нитратов в растениях

Таблица 7

Диаграмма

Результаты опроса населения.

Состояние здоровья людей, проживающих рядом с витаминкомбинатом и раньше работающих на нём.

Рис. 1. Схема абсорбера.                                                            Рис.1.2.  Схема адсорбера

1-абсорбент;                                                                1 – Сетка;

2-очищенный поток;                                                   2 – Адсорбент;                                      

3-насадки;                                                                    3 – Очищенный поток;

4-сетка;                                                                        4 – Загрязнённый поток

5-загрязненный поток;

6-отвод на регенерацию или рециркуляцию