Изучение влияния ионов алюминия на рост и развитие живых организмов
статья

Изучение влияния ионов алюминия на рост и развитие живых организмов

Маленко Артём Дмитриевич 

МБОУ СОШ № 14 г. Уссурийска,

Уссурийск, Россия

Обучающийся

E-mail: OMalenko@mail.ru

Шабля Иван Николаевич

МБОУ СОШ № 14 г. Уссурийска,

Уссурийск, Россия

Учитель химии, магистр педагогики

E-mail: shaaablia@mail.ru

АННОТАЦИЯ. В работе поднимается вопрос, связанный с использованием в быту изделий из алюминия. Проанализированы литературные источники, раскрывающие свойства алюминия как простого вещества и его соединений. Проведен лабораторный эксперимент, показывающий воздействие ионов алюминия на рост и развитие фасоли и плесневых грибов. Показано, что наличие ионов алюминия замедляет рост и развитие выбранных организмов, оказывая на них негативное воздействие. Проведен опрос среди старшеклассников, выявляющий уровень их осведомленности о правилах пользования алюминиевой посудой. Даны рекомендации по правильному использованию алюминиевой посуды и изделиями из алюминия в быту.    

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА. Алюминий. Ионы алюминия. Рост и развитие организмов.

Сегодня большое внимание уделяется экологическим проблемам, возникающим в ходе хозяйственной деятельности человека. Ученые изучают последствия выбросов различных химических соединений в почву, воздух, воду. Отдельно исследуется действие металлов на организм человека. Вместе с тем многие вещи, используемые нами в быту, часто ускользают от пристального внимания и изучения. Считается, что они безопасны, безвредны, не приносят вред для здоровья человека.

К числу таких вещей относится алюминиевая посуда и в целом изделия из алюминия. Эти изделия распространены в виде кухонной посуды, упаковки, обертки. Возникает вопрос – а безопасно ли это использование? Не наносит ли оно вред для здоровья человека?

Возникшие вопросы позволили сформулировать тему нашего исследования: «Изучение влияния ионов алюминия на рост и развитие живых организмов».

Сформулированная тема определила цель и задачи, которые решались в ходе исследования.

Цель: на основании анализа литературных источников и лабораторного эксперимента изучить влияние ионов алюминия на живые организмы. 

Задачи:

1. Изучить химические и физические свойства алюминия и его соединений.

2. Изучить влияние и возможное негативное воздействие на живые организмы ионов алюминия.

3. Провести опрос среди старших школьников об использовании в быту алюминиевой посуды.

Поставленная цель и задачи определили набор используемых при выполнении работы методов: анализ и синтез литературы; лабораторный эксперимент; опрос; обработка и интерпретация полученных данных.

 Основную часть нашей работы представим через раскрытие тех задач, которые были сформулированы выше.

1. Изучение литературы по теме исследования.

Изучение литературы предполагало ознакомление и поиск следующей информации:  

 - о строении атома алюминия;

 - о положении элемента алюминия в ПСХЭ Д.И. Менделеева;  

 - о физических свойствах алюминия как простого вещества;

 - о химических свойствах алюминия и его соединений;

 - о промышленных способах производства изделий из алюминия;

 -об использовании изделий из алюминия в быту;

 - о воздействии на организм человека алюминия и его соединений.

 В этом нам помогли классические учебные пособия, энциклопедии, справочники, изданные в разные периоды. К ним относятся «Химическая энциклопедия» [4, с. 116-123], «Справочные материалы» [3, с. 145-147], «Иллюстрированный школьный справочник» [2, с. 63], учебное пособие «Экология человека» [6, с. 100-116].

Полученные теоретические представления не только расширили наш кругозор, но и помогли понять, что благодаря своей мягкости алюминиевые изделия могут деформироваться и способствовать переходу алюминия в растворенную форму. Что, в свою очередь, является главным источником попадания ионов алюминия в пищу.

2.Изучение влияния ионов алюминия на живые организмы.

В рамках решения данной задачи мы проводили эксперимент, который позволил нам определить влияние ионов алюминия на рост и развитие живых организмов.  Эксперимент  проводился в лабораторных  условиях в  кабинете химии МБОУ СОШ № 14

г. Уссурийска. Большую роль в нашей работе сыграло учебное пособие «Экологический практикум» [5]. С его помощью мы смогли понять способы и специфику проведения лабораторного эксперимента.

Толчком к проведению эксперимента послужила информация, найденная нами в сети Интернет, касающаяся прямого запрета на использование алюминиевых столовых приборов (Постановление Главного санитарного врача Российской Федерации от 23 июля 2008г. № 45) [1]. Так как на использование такой посуды имеется запрет, то, скорее всего, она оказывает негативное влияние на организм человека. Обращение к учебному пособию «Экология человека» [6] подтвердило наше предположение: алюминий обладает способностью к накоплению в организме, вызывая ряд тяжелых заболеваний. Особенно подвержены негативному воздействию пожилые люди и дети. У детей избыток ионов алюминия вызывает повышенную возбудимость, нарушения моторных реакций, анемию, головные боли, заболевание почек, печени, колиты. У подростков может наблюдаться повышенная возбудимость и агрессивность, что негативно сказывается на учебном процессе. Данные результаты получены при проведении специализированных исследований учеными.

А влияет ли алюминий и его соединения на другие организмы? Этим вопросом мы задались при проведении нашего эксперимента.

В своем эксперименте для выяснения воздействия ионов алюминия на живые организмы мы выбрали два объекта: фасоль и плесневые грибы. Связано это с тем, что данные объекты позволяют поставить опыт в лабораторных условиях. Временные затраты на его проведение небольшие. Кроме того, существует запрет на проведение опытов с теплокровными животными в условиях школьной лаборатории, поэтому выбранные объекты – это грибы и высшие растения.

2.1. Опыты с плесневыми грибами.

Для проведения опыта с плесневыми грибами мы осуществляли следующие действия.

Брали три чашки Петри. Первая выступала как контрольная, две другие как экспериментальные. В контрольную чашку помещали кусочек хлеба, закрывали и наблюдали в течение недели за ростом и развитием колонии плесневых грибов. В обе экспериментальные чашки также был помещен кусочек хлеба, но в одну из них добавили 1 % раствор сахарозы, а во вторую 1% раствор сульфата алюминия. За происходящим в обеих экспериментальных чашках также наблюдали в течение недели.

Результаты наблюдений показали следующее:

1) Плесневые грибы в контрольной чашке появились через 3 дня и за период наблюдения хорошо разрослись, заполнив собой пространство чашки на 2/3.

2) В экспериментальной чашке с раствором сахарозы грибы появились на 2 день и за период наблюдения, колония полностью заполнила собой все пространство чашки.

3) В экспериментальной чашке с раствором сульфата алюминия плесневые грибы появились на 4 день, колония заполнила пространство чашки лишь на 1/2.

На основании проведенных наблюдений можно сделать вывод о том, что ионы алюминия замедляют рост и развитие плесневых грибов. Данные опыты проводили в трехкратной повторности. Во всех случаях результаты оставались неизменными.

2.2. Опыты с фасолью.

Опыты с фасолью представляли собой серию экспериментов, связанных с выяснением того, как повлияет раствор солей алюминия на семена растения и на сами растения в период роста и развития.  

В первой серии экспериментов мы брали две чашки Петри и замачивали в них семена на сутки. В одной чашке замачивание производилось с помощью дистиллированной воды, в другой с помощью 1% раствора сульфата алюминия. После этого семена высаживались в одинаковые ящики с одинаковым грунтом. Наблюдали следующее:

1) Всхожесть семян после помещения их в раствор сульфата алюминия составила 90%.

2) Сами всходы появились на 1-2 дня позже, чем всходы семян, не подвергавшихся воздействию солью алюминия.

3) Настоящие листья из семян, подвергшихся воздействию солью алюминия, появились на 3 дня позже. Сами листья были мельче, листовая пластинка недоразвита.

4) Цветы на растениях, подвергавшихся воздействию солью алюминия, появились на неделю позже. Цветов было меньше по количеству.

5) Обе группы растений дали плоды. Плоды на растениях, подвергавшихся воздействию солью алюминия, были мельче по размеру.

Вторая серия экспериментов производилась следующим образом. Семена фасоли высевались в одинаковые ящики с одинаковым грунтом. После того, как растения взошли и на них появлялся первый настоящий лист, один из ящиков (экспериментальный) начинали поливать 1% раствором сульфата алюминия, а второй ящик (контрольный) продолжали поливать обычной дистиллированной водой.

В результате наблюдали следующее:

1) Растения, подвергшиеся воздействию солью алюминия, стали незначительно отставать в росте по сравнению с контрольной группой.

2) Цветы на растениях, подвергавшихся воздействию солью алюминия, появились на 3 дня позже, их количество было меньше.

3) Обе группы растений дали плоды. Плоды на растениях, подвергавшихся воздействию солью алюминия, были мельче по размеру, но крупнее чем те, которые были получены в первой серии экспериментов.

В дальнейшем мы планируем проверить всхожесть полученных в обоих сериях экспериментов семян и пронаблюдать за ростом и развитием растений из них.

3. Проведение опроса среди старших школьников.

С целью узнать, насколько широко алюминиевая посуда используется в быту в наше время, а также известно ли пользователям о ее возможной опасности, нами был проведен опрос среди обучающихся старших классов МБОУ СОШ № 14 г. Уссурийска. В опросе приняли участие 100 человек.  

Участники опроса отвечали на вопросы заранее подготовленной анкеты. Она включала в себя 7 вопросов, содержащих открытые и закрытые варианты ответов. Ниже представлен анализ полученных ответов на каждый вопрос.  

1.Какую посуду Вы используете дома?

При ответе на этот вопрос были получены следующие результаты:

68 % опрошенных указали, что используют в быту эмалированную посуду, 32 % -алюминиевую. Но  при этом в комментариях опрашиваемые писали, что, несмотря на наличие в большинстве своем эмалированной посуды, встречается еще посуда из алюминия и чугуна. Поэтому к процентному отношению 70/30 необходимо относиться критически.

2. Знаете ли Вы о недостатках алюминиевой посуды?

Ответ на этот вопрос показал следующие результаты: большинство опрашиваемых (95%) указали, что о недостатках алюминиевых кастрюль не знают и не слышали. Всего лишь 5% указали, что имеют представление о недостатках кастрюль. Но, судя по комментариям, можно предположить, что, скорее всего, имеющиеся знания о недостатках алюминиевой посуды относят к ее использованию (пригорает, покрывается налетом, царапается).

3. Можно ли использовать алюминиевую посуду для приготовления пищи?

Ответ на этот вопрос был однозначным – все опрошенные (100%) указали, что да. Этот вопрос вызвал недоумение у ребят, участвующих в опросе. В комментариях к этому вопросу писали следующее:   - Она же есть, значит можно;  - А что, разве нельзя?

 - Почему нельзя, мы же используем…. 

4. Знаете ли Вы, какую пищу можно готовить в алюминиевой посуде без вреда для человека?

Ответы на этот вопрос показали, что никто из участников опроса ранее не задумывался об использовании алюминиевой посуды в быту. Все опрошенные указали, что не знают, какую пищу можно/нельзя готовить в алюминиевой посуде. В комментариях встречалось: - А какая разница; - Всякую;  - Если она продается и используется, то значит любую.

5. Можно ли, по Вашему мнению, готовить в алюминиевой посуде молочную кашу?

Ответ на этот вопрос показал следующие результаты: 80% отметили, что не знают; 15% указали, что нельзя; 5% указали, что можно.

6. Можно ли, по Вашему мнению, в алюминиевой посуде варить морс, компот, борщ?

Ответ на этот вопрос был аналогичен с ответом на вопрос № 5, хотя и разнился немного в результатах. 78% отметили, что не знают; 16% указали, что нельзя; 6% указали, что можно.

7. Знаете ли Вы, что алюминиевая посуда запрещена к использованию в детских садах и школах?

Ответ на этот вопрос был однозначным. Никто из опрошенных не знал о существовании такого запрета.

Полученные в ходе опроса данные говорят о том, что обучающиеся старших классов не знают о химических процессах, происходящих с предметами и веществами в быту. Они не задумываются о правильности использования того или иного изделия, в частности, алюминиевой посуды, не знают о негативном последствии ионов алюминия на живые организмы.

По результатам проведенного опроса и изучения литературных источников можно сформулировать некоторые рекомендации, с которыми мы предлагаем ознакомить старшеклассников.

1. Нельзя царапать алюминиевую посуду, так как это нарушает целостность поверхности и, как следствие, ведет к окислительным процессам, а также приводит к попаданию ионов алюминия в приготовленную пищу.

2. Нельзя готовить в алюминиевой посуде пищу с повышенной кислотностью, так как ионы алюминия будут переходить в раствор.

3. Молочная продукция в алюминиевой посуде быстро окисляется и становится не пригодной в пищу.

4. Мыть алюминиевую посуду лучше всего мягкой губкой.

4.Выводы и обобщения по результатам работы.

В ходе работы по изучению воздействия ионов алюминия на живые организмы были получены следующие результаты:

1. Изучена и проанализирована литература, отражающая физико-химические свойства алюминия и его соединений.  

2. Изучена и проанализирована литература, в которой рассматриваются вопросы воздействия алюминия и его соединений на живые организмы в целом и человека в частности.

3. Проведено лабораторное изучение воздействия ионов алюминия на выбранные живые организмы.

4. Проведен письменный опрос среди обучающихся старших классов МБОУ СОШ № 14 г. Уссурийска, который показал, что алюминиевая посуда все еще используется в быту; школьники не всегда знают о правилах ее использования и о возможных вредных последствиях.

5. Сформулированы рекомендации по правильному использованию алюминиевой посуды в быту.

ЛИТЕРАТУРА

1. Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 23 июля 2008 г. N 45. Режим доступа: https://rg.ru/2008/08/19/sanpin-pitanie-dok.html/ (дата обращения 24 января 2020г.)

2. Химия: иллюстрированный школьный справочник. – М.: Издательство «РОСМЭН», 1995. – 128 с.

3. Химия: справочные материалы / Под ред. Ю.Д. Третьякова. – М.: Просвещение, 1993. – 287 с.

4. Химическая энциклопедия: В 5 Т.: Т. 1. – М.: Сов. энциклопедия, 1988. – 623 с.

5. Экологический практикум: учебное пособие с комплектом карт-инструкций / Под ред. А.Г. Муравьева. – СПб.: Крисмас+, 2019. – 176 с.

6. Экология человека: учебное пособие. – М.: Изд-во МНЭПУ, 2001. – 440 с.