авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство природных ресурсов Калужской области

Калужский областной эколого-биологический центр учащихся

Калужское региональное отделение Общероссийского детского

экологического

движения «Зеленая планета»

Материалы по дополнительному

экологическому

образованию учащихся

Выпуск III

Калуга

2007

ББК 28.0

М12

Рецензенты:

С.М. Заикин, кандидат педагогических наук, проректор по учебной работе КГПУ им. К.Э. Циолковского;

А.Б. Стрельцов, доктор биологических наук, директор лаборатории биоиндикации КГПУ им. К.Э.

Циолковского Издание осуществлено при финансовой поддержке министерства природных ресурсов Калужской области Материалы по дополнительному экологическому образованию учащихся (сборник статей). Вып. III / Под ред. М.Н. Сионовой и Э.А. Поляковой. – Калуга: Изд-во КГПУ им. К.Э. Циолковского.

2007. – 224 С.

Ответственный редактор С.К. Алексеев Художественный редактор Н.Е. Прохорова ISBN …… В сборник включены информационные дополнительные материалы к урокам по химии и экологии. Даются программы экологического воспитания художественными методами (биологический рисунок, фотография природы) и в экологическом лагере – «В союзе с природой». Приведены программы изучения биоразнообразия урбанизированных территорий.

ББК 28. © Калужский областной эколого-биологический центр учащихся, © Калужское региональное отделение Общероссийского детского экологического движения «Зеленая планета», От редколлегии Не смотря на очевидную необходимость воспитания нового «экологически грамотного» поколения, в соответствии с концепцией устойчивого развития общества, процесс «экологизации воспитания» в образовательных учреждениях не приобрел в настоящее время всеохватывающий и планомерный характер. Наоборот, во многих образовательных учреждениях наблюдается уменьшение количества часов занятий посвященных вопросам созологического (природоохранного) воспитания. В связи с чем все возрастающая роль в воспитании экологического императива у подрастающего поколения приходится на систему дополнительного образования.

Третий выпуск Материалов по дополнительному экологическому образованию учащихся, аналогично предыдущим выпускам, составлен с учетом потребностей региональной системы экологического образования и общественных экологических объединений. Очередной выпуск Материалов по дополнительному экологическому образованию учащихся включает статьи, направленные на расширение кругозора и экологической грамотности учащихся и учителей. Материалы настоящего выпуска проводят междисциплинарную связь такими предметами как экология, химия, фенология, изобразительное искусство и др.

В сборник вошли информационные материалы, посвящнные проблемам рекреации, фенологии, химическим основам экологии, изучения беспозвоночных жилых помещений, прямокрылообразных урбанизированных территорий. Включено несколько авторских программ элективных курсов и кружков, способствующих эстетическому и экологическому воспитанию учащихся.

Рекомендации по организации научно-исследовательской деятельности учащихся и проведения экологического лагеря для одарнных и увлеченных биологией и экологией детей, позволят не только повысить уровень научных исследований, проводимых школьниками, но и грамотно и эффективно организовать работу экологического лагеря, осуществить индивидуальный подход к обучению учащихся.

СОДЕРЖАНИЕ Стр.

Савиткин Н.И., Авдеев Я.Г Химические основы экологии …...... 5- Авдеев Я.Г., Савиткин Н.И Минеральная вода источник здоровья и долголетия (материалы для учителя и школьника) ……………………………………………………......... 43- Авдеев Я.Г., Савиткин Н.И. Каменная соль в жизни человека... 55- Кузьмичев В.Е. Рекреация и природные рекреационные ресурсы ………………………………………………………………. 71- Белов В.Н. Календарь сезонных явлений природы в г. Калуге 81- Сионова М.Н., Алексеев С.К. Некоторые формы организации дополнительного экологического образования учащихся (учебная программа для слушателей курсов повышения квалификации учителей) ………………………………………..…... 85- Беневольская Н.А. Экологическое воспитание младших школьников художественно-графическими средствами в системе дополнительного образования …………..………….….. 90- Прохорова Н.Е. Образовательная программа очно-заочной художественной студии «Биологический рисунок».……….….. 100- Алексеев С.К. Учебная программа «Студия фотографов натуралистов» ………………………………………………………. 117- Алексанов В.В. Изучения беспозвоночных жилых помещений 133- Алексанов В.В. Изучения прямокрылообразных урбанизиро ванных территорий ………………………………………………... 152- Алексанов В.В., Сионова М.Н. Изучения биоразнообразия садово-огородных и приусадебных участков 167- Сионова М.Н., Алексеев С.К. «В союзе с природой» – программа профильного лагеря для одаренных и увлеченных биологией и экологией детей ……………………………………... 194- ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ Н.И. Савиткин, Я.Г. Авдеев Калужский государственный педагогический университет им. К.Э. Циолковского Одним из недостатков современного экологического образования школьников является сильно выраженный перекос в сторону биологической проблематики при рассмотрении экологических вопросов. У такого подхода есть объективные причины.

Наиболее яркими последствиями экологических проблем являются изменения, происходящие в живом мире.

Живая природа, как наиболее сложная форма существования материи, легче всего отвечает на изменения, происходящие в окружающей среде. Отношение экологов к химии, как правило, негативное: «Химические вещества загрязняют окружающую среду». Под час не учитывают, что производство химических веществ это не самоцель, а лишь удовлетворение насущных проблем человека. При этом как-то забывается, что загрязняют окружающую среду все, а решением экологических проблем занимаются специалисты-химики.

Химия позволяет выявить загрязнители в природе, пронаблюдать пути их миграции, подобрать способы зашиты окружающей среды от этих воздействий или снизить последствия таких воздействий.

Представляется целесообразным познакомить учащихся средних школ с химическими основами экологии. С этой целью нами разработан модуль «Химия и экология» знакомящий учащихся с предлагаемой проблематикой. Модуль разработан в качестве дополнения к программе школьного курса химии О.С. Габриеляна, но также может использоваться в качестве предпрофильного химического или биологического курса.

Надеемся, что наш модуль будет полезен для учителей химии и биологии, увлеченных проблемами экологии.

Программа модуля «Химия и экология»

Основные понятия экологии: среда обитания, экологические факторы, биосфера и е основные элементы. Человек и биосфера. Уровни экологических проблем: локальный, региональный, глобальный.

Взаимосвязь экологии и химии. Связь понятий «химический элемент», «вещество», «химическая реакция» с экологическими понятиями.

Природные и антропогенные источники веществ – загрязнителей окружающей среды. Характер воздействия вредных веществ на человека:

общетоксическое, раздражающее, аллергическое, с отдалнными последствиями (канцерогенное, мутагенное). Нормирование загрязнений окружающей среды, понятия и критерии нормирования: ЛД 50 (летальная доза), ЛК50 (летальная концентрация), ПДК (предельно допустимая концентрация), ПДВ (предельно допустимые выбросы), ВДК (временная допустимая концентрация). Основные источники загрязнения атмосферы и современные способы очистки выбросов (абсорбция, адсорбция, конденсация, катализ). Источники загрязнения гидросферы и современные способы очистки сточных вод (физические, химические, биологические).

Источники загрязнения литосферы, проблема городских и промышленных свалок и пути е решения.

Химические элементы и их соединения в биосфере.

Биогеохимические циклы элементов. Биологическая роль и круговороты важнейших неметаллических элементов в биосфере: кислорода, серы, азота, фосфора, углерода. Биометаллы: магний, кальций, железо, калий, натрий – и их роль в жизнедеятельности организмов. Антропогенные источники тяжлых металлов: меди, ртути, свинца и др., их воздействие на организм и биологические циклы. Органические вещества в жизни растений, животных и человека, их хемокоммуникационная роль.

Взаимодействие растений и животных посредством органических веществ (красители, пахучие вещества, феромоны). Токсичность и пути воздействия некоторых органических веществ (спирты, фенолы, альдегиды, амины, полициклические углеводороды) на организм человека.

Нефть, уголь и охрана окружающей среды. Решение задач, упражнений с экологическим содержанием и контролирующих задач.

Демонстрации Образцы сточных вод различных предприятий, гальванических шлаков, твердых остатков в циклонах и электрофильтрах. Коллекция веществ – коагулянтов, катализаторов, обезвреживающих выбросы в атмосферу.

Опыты: а) влияние оксида серы (IV) на растения;

б) действие нефти и нефтепродуктов на растения;

в) влияние синтетических моющих веществ на водную экосистему.

Лабораторные опыты Извлечение меди из промывных вод гальванических ванн меднения методом цементации. Очистка воды от аммиака ионообменным способом.

Качественные реакции на нитрит- и фосфат-ионы. Обнаружение серы и азота в органических соединениях. Качественные реакции на ионы тяжлых металлов – свинца, цинка, меди и др.

Практикум 1. Воздействие табачного дыма на организм человека.

2.Моделирование процесса образования кислотных дождей.

3. Количественное определение остаточного хлора в воде.

4. Очистка воды от нефти и СМС или определение NO3- и NO2- в продуктах и воде.

Тематическое планирование модуля № Тема урока (занятия) Форма урока Основные понятия экологии, Лекция с элементами взаимодействие химии и экологии (химия беседы.

+ экология = ?) Химические элементы в биосфере. Лекция с элементами беседы.

Круговорот элементов – органогенов (P, Семинар.

N, S) в биосфере.

Вещества – загрязнители окружающей Лекция-беседа.

среды.

Воздействие табачного дыма на организм Практическая работа.

человека.

Нормирование загрязнений окружающей Лекция.

среды.

Атмосфера и человек. Лекция-беседа.

Моделирование природных явлений с Практическая работа.

оценкой их экологических последствий.

Химия и экология гидросферы. Лекция-беседа и лабораторная работа.

Определение остаточного хлора в воде.

Практическая работа.

Химико-экологические проблемы Лекция-беседа и литосферы. лабораторная работа.

Определение нитратов и нитритов в Практическая работа.

продуктах и воде.

Мониторинг окружающей среды (ЦГСЭН – центр государственного санитарно Экскурсия.

эпидемиологического надзора – городской, районный, областной).

Заключительное занятие Конференция, итоговая «Состояние окружающей среды»

беседа.

(например, г. Калуги и т.д.).

Урок 1. Химия + экология = ?

Химия, как наука о веществах и их превращениях, на всех ступенях развития цивилизации играла важную роль. Основной проблемой химии является, с практической стороны, – получение веществ с заданными свойствами, а с теоретической – изучение зависимости различных свойств (физических, химических, биологических) от некоторых факторов (состава вещества, строения и т.д.).

Чудодейственные лекарства, сверхпрочные и жаростойкие материалы, полимеры, катализаторы, позволяющие не только получать множество нужных веществ, но и способствующие обезвреживанию вредных выбросов и отходов, – далеко не полный перечень основных достижений химиков и технологов.

Химия живо откликается на нужды человека, и это делает е ключевым фактором национального благосостояния. Но в последнее время нам вс чаще и чаще приходится слышать о хемофобии, как панической боязни химизации промышленности, сельского хозяйства, быта.

Хемофобия характерна не только для нашей страны. В большей или меньшей степени ей подвержены все промышленно развитые страны.

Однако такие государства, как США, Япония, хемофобию уже в значительной мере преодолели. Для предотвращения негативных экологических последствий химизации народного хозяйства необходим высокий уровень химических знаний инженеров, проектировщиков, экономистов, администраторов. Экологические беды и катастрофы – следствие низкого уровня знаний человека о природе и недостаточно глубокого понимания физической и биологической сущности процессов, протекающих в природе (внутри человека и вокруг него).

Одной из примет нашего времени становится осознание необходимости перемен в сложившихся отношениях человека и природы.

Для сохранения жизни на Земле нужно сделать так, чтобы каждый человек осознал, что он является не властелином природы, а е частью. Понять нерасторжимую связь с природой нам поможет наука экология. Слово «экология» образовано из двух греческих – «oikos» (ойкос) – дом, «logos»

(логос) – наука.

Немецкий естествоиспытатель Э. Геккель в свом труде «Всеобщая морфология организмов», изданном в 1866 году, по-видимому, впервые ввл в научный обиход термин «экология». «Под экологией, – писал Э.Геккель, мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим в широком смысле слова все условия существования».

Современная экология является весьма обширной областью знаний, в которую, как в море реки, впадают потоки знаний отдельных наук.

Поэтому каждый исследователь, желая быть современным, занимается экологией, но проблемы, которые интересуют биолога, по содержанию отличаются от проблем, рассматриваемых географом, юристом, социологом или экономистом. И вс же одним из лаконичных, но далеко не полных определений экологии может быть такое: экология изучает взаимоотношения организмов, в том числе и человека, с окружающей средой.

Изучение наук, как правило, начинается с ознакомления с объектом изучения, основными задачами и языком данной науки. Со многими понятиями химии вы уже знакомы. Важнейшими химическими понятиями являются: элемент, вещество (простое и сложное), химическая связь. Вы сами можете дополнить этот перечень, объединив все понятия в несколько групп.

Рассмотрим основные экологические понятия. В первую очередь, выделим понятие – «биосфера», введнное австрийским геологом Э. Зюссом (1875 г.) и означавшее – «жизнь живых существ на земле» (от греческих слов «биос» – жизнь, «сфера» – шар). Наиболее полное развитие учение о биосфере получило в трудах выдающегося русского геохимика, академика В.И. Вернадского (1924 г.). Сейчас под биосферой понимают нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы Земли, населенные живыми организмами. В.И. Вернадский писал: «Живое вещество в биосфере играет основную активную роль. По своей мощности ни с чем не сравнимо. В сущности, оно определяет все основные химические закономерности в биосфере».

Понятия, используемые в экологии Биота – исторически сложившийся комплекс живых организмов, обитающих на какой-то крупной территории, изолированной любыми барьерами.

Экосистема – любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединнные в единое функциональное целое, возникающее на основе причинно-следственных связей между отдельными экологическими комплексами.

Среда обитания – часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. На нашей планете можно выделить четыре основные среды обитания;

водную среду, наземно-воздушную, почву, сами живые организмы. Приспособление организмов к среде называют адаптацией.

Экологические факторы – отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы. Выделяют абиотические, биотические и антропогенные факторы. Абиотические факторы – температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, рельеф местности и другие характеристики неживой природы. Биотические факторы - формы воздействия живых существ друг на друга. Часто эти воздействия осуществляются химическими экорегуляторами или хемомедиаторами. Антропогенные факторы – формы деятельности человеческого общества, приводящее к изменению среды обитания и влияющие на существование живых организмов. Подчеркивая важность антропогенных факторов, иногда говорят о системе ЧИБ (человек и биосфера). Анализ влияния деятельности человека на биосферу в целом привл В.И. Вернадского к выводу о том, что в настоящее время человечество создало новую оболочку Земли, «разумную оболочку», названную им ноосферой.

В основе многих современных экологических проблем различных уровней (глобальный, региональный, локальный) лежат реальные химические процессы. Для решения экологической проблемы необходимо выявить химическую причину е возникновения. «Химизация»

экологических знаний связана и с использованием достижений химии при решении вопросов экологии. Именно химия позволила установить структуру «царского вещества» (9-оско-2-транс-деценовая кислота), которая вырабатывается пчелиной маткой и осуществляет регуляцию жизни пчл в улье (привлекает рабочих пчел к матке, подавляет у них развитие яичников и т.д.), а также решила множество других чисто экологических и природоохранных проблем. Частично взаимоотношение экологии и химии можно проиллюстрировать схемой (рис. 1.).

Решение Генезис Экологическая проблема Химическая Химический причина метод Рис. 1. Роль химии в решении экологических проблем.

Взаимодействие экологии и химии отражается в том, что сегодня вс чаще и чаще говорят о таких науках, как химическая экология и экологическая химия. Очень часто между ними ставят знак равенства.

Итак, экология химическая – комплексная дисциплина, исследующая всю совокупность химических связей в живой природе и химические взаимодействия, связанные с жизнью. А экологическую химию определяют как науку, изучающую химические основы экологических явлений. Можно сказать также, что химическая экология (или экологическая химия) наука о процессах, определяющий химический состав и свойства объектов окружающей среды (или наука о химических взаимодействиях между живыми организмами или между живой и неживой природой).

В поле зрения экологической химии лежат следующие экологические проблемы: а) прогнозирование поведения химических загрязнений в окружающей среде, б) разработка рекомендаций по снижению уровня химического загрязнения окружающей среды наиболее опасными веществами, в) постоянный контроль (мониторинг) за состоянием окружающей среды.

Вопросы и упражнения.

1. Что изучает экология? Почему е считают комплексной наукой?

2. Оцените роль живых организмов в создании биосферы, объясните вклад растений в создание современной атмосферы.

3. Назовите известные вам антропогенные факторы.

4. Прокомментируйте принцип, сформулированный Н.В. Тимофеевым-Ресовским (1900-1981 гг.) – «Биосфера и человек, а не человек и биосфера».

Урок 2-3. Химические элементы в биосфере Вс живое многообразие окружающей живой среды состоит из атомов сравнительно небольшого числа элементов. Всего лишь восемь элементов составляют по массе 99% земной коры, это O, Si, Al, Fe, Ca, K, Na, Mg, причм массовая доля кремния в земной коре 25%, а кислорода 50%. В состав живого, в основном, входят шесть элементов-органогенов (их называют ещ – основные макроэлементы): C, H, N, O, S, P. В целом организм человека содержит около 70 элементов. По потребности организмов в элементах различают макроэлементы – 100 мг/сутки (для человека) и микроэлементы – 5-10 мг/сутки. Основные макроэлементы для человека: C, H, N, O, S, P и другие макроэлементы;

Сa, Mg, Na, K, Cl.

Микроэлементы доказанные: Cu, Mn, Fe, Zn, Mo, F, I, Se и вероятные: Cr, Ni, V, Sr, Si. Пока не выяснена полностью роль каждого микроэлемента в жизнедеятельности человека. А для растений многое уже известно, так, микроэлементов можно распределить по трм группам.

1. Элементы, необходимые для фотосинтеза: Mg, Fe, Zn, V, Cl.

2. Элементы, необходимые для азотного обмена: Mo, Co, Fe, B.

3. Элементы, необходимые для других метаболических функций: B, Co, Cu, Mn, Si.

Биогенные элементы (все макро и микроэлементы в живом) перемешиваются в составе различных веществ, объединяя живые организмы (био) и неорганическое вещество земли (гео). Перемешивания эти цикличны, и гениальный русский естествоиспытатель В.И. Вернадский ввел понятие о биогеохимических циклах элементов. Все биогеохимические циклы взаимодействуют в природе и в совокупности формируют устойчивую структуру биосферы. Следствием неполной замкнутости биогеохимических циклов явилось накопление О2 и N2 в атмосфере и их соединений в литосфере. Длительность биосферных циклов от десятков до тысяч лет, а длительность геологического цикла – миллионы лет, поэтому для накопления элементов в атмосфере и литосфере нужно очень много времени. Ежегодный сброс углерода из биохимического цикла в геологический (отложение) около 130 т (10 -8 % от всей массы углерода в биосфере). Но за 600 млн. лет (в основном в палеозое) накопилось 1017 т отложений соединений углерода - известняк, уголь, нефть, битумы и т. д.

В каждом биохимическом цикле (для каждого элемента) выделяют два фонда: 1) резервный – большая масса медленно движущихся веществ, содержащих данный элемент, в основном, в составе абиотического компонента;

2) обменный – меньший по объму, но более активный (быстрый) обмен между организмами и окружающей средой. Между обоими фондами существует постоянный медленный обмен.

Среди биогеохимических циклов выделяют два типа – газообразный (C, O, N) и осадочный (Fe, P, Ca). Это связано с тем, что C, O, N преимущественно находится в виде газообразных веществ (CO2, CH4, H2O, NO2, N2), а Fe, P, Ca в виде минералов, например, Ca3(PO4)2, Fe2O3, CaCO и др.

Механизмы, обеспечивающие восстановление равновесия в круговороте (возвращение элемента в цикл), во многих случаях основаны на биологических процессах и человек зачастую не в силах исправить нарушение равновесия. Хотя нарушается оно, как правило, по вине человека за счт вовлечения в циклы техногенных продуктов (полимеры, СМС, нефтепродукты, ионы тяжлых металлов). Усилия по охране природы направлены на возвращение веществ в природные круговороты и сохранение равновесия в природе.

В учебнике «Химия-9» (О.С. Габриеляна) приведены циклы (круговороты) таких элементов, как O, C, P, N. Подробнее, с учтом изложенного здесь материала, круговорот этих элементов-органогенов можно рассмотреть на семинаре, а мы рассмотрим круговорот ещ одного элемента-органогена – S.

Ко времени появления на земной поверхности жидкой воды почти вся сера была в виде сульфидов. Сульфиды и сероводород, образующийся при гидролизе, – исходный пункт круговорота серы (рис. 2):

Серная кислота и сульфаты 2 Сера Белок 1 Сероводород и сульфиды Рис. 2. Круговорот серы в природе.

1) под действием O2, CO2 и Н2О из сульфидов и сероводорода образуется сера.

СaS + CO2 + H2O = CaCO3 + H2S, 2H2S + O2 = 2H2O + 2S;

2) при недостатке О2, сера скапливалась в виде самородной серы, а при избытке О2 постепенно (часто в присутствии микроорганизмов) переводилась в серную кислоту и сульфаты:

2S + 3O2 + 2H2O = 2H2SO4 (суммарно), СaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O;

3) в глубоких слоях земли при повышенных температурах сульфаты реагировали с органическими веществами, образуя сероводород.

Например:

CaSO4 + CH4 CaS + CO2 + 2H2O CaCO3 + H2S + H2O 4) сульфаты, содержащиеся в почве, извлекаются растениями. В растениях сера из сульфатов переходит в аминокислоты, содержащие серу, например, цистеин:

O H-S-CH2-CH-C OH NH2, а затем и в белок. Растения поедаются животными, и сера переходит в белок животных организмов;

5) после отмирания животных и растительных организмов белковые вещества разлагаются с выделением сероводорода, в состав которого входит сера.

Человек вмешивается в этот круговорот, переводя природные сульфиды в сульфаты при производстве серной кислоты из пирита (FeS2), при выплавке металлов (Zn, Cu, Cd) из их сульфидов.

К основным круговоротам биогенных элементов примешиваются элементы, вводимые в окружающую среду человеком. Это радиоактивные элементы Sr-90, Cs-137. Стронций сходен с кальцием, а цезий с калием и поэтому они заменяют биогенные элементы Са (в костях) и К (в тканях), разрушая живые организмы. Примером элемента, загрязняющего окружающую среду исключительно с помощью человека, является ртуть (Hg). По сравнению с доиндустриальным периодом поток ртути в атмосферу вырос на 60%. Очень опасны содержащиеся в биосфере Сd, Pb.

Иногда, подчркивая губительность металлов для живого, говорят о металлизации планеты (точнее биосферы). Поэтому с каждым годом возрастает значение природоохранных мероприятий, направленных на сокращение выбросов и стоков, содержащих токсичные металлы.

Завершая повествование о биогеохимических циклах (БГЦ) элементов, сделаем основные выводы:

а) БГЦ элементов существует благодаря энергии Солнца и активной деятельности живого;

в) все БГЦ в природе взаимосвязаны, выключение БГЦ одного элемента возможно лишь умозрительно, например, круговорот воды – совокупный цикл атомов водорода и кислорода;

в) круговорот совершает элемент не в виде совокупности атомов, а в составе простых и сложных (неорганических и органических) веществ;

г) глобальная хозяйственная деятельность человека приводит к изменениям естественных циклов многих элементов и появлению циклов второстепенных, но токсичных элементов.

Вопросы и упражнения 1. Расскажите о роли в жизнедеятельности человека следующих элементов: Fe, Na, K, Ca, P, I, C.

2. Почему, по вашему мнению, основой жизни является углерод, а не кремний?

3. Составьте самостоятельно схему круговорота железа (без участия и с участием человека).

4. Какими уравнениями реакции можно отразить перемещение серы из цинковой обманки (ZnS) в гипс (CaSO4 2H2O)?

Урок 4. Вещества – загрязнители окружающей среды В ходе развития цивилизации значение антропогенных воздействий на весь живой мир Земли продолжает возрастать.

Можно выделить четыре главных фактора воздействия человека на окружающую среду:

1. Изменение структуры земной поверхности (около 10% суши преобразовано в связи со строительством городов), созданием искусственных водомов и т. д.

2. Изменения вносимые в живую природу путем истребления отдельных видов организмов;

перемещения организмов в новые места обитания.

3. Изменения энергетического (теплового) баланса отдельных регионов и планеты в целом, оказывающие серьзное влияние на климат.

4. Изменение химического состава окружающей среды, влияние на круговорот веществ в биосфере. Иногда всю совокупность химических веществ в биосфере (как природных, так и полученных человеком) называют хемосферой. Человеком синтезировано и выделено из природных источников свыше 18 млн. веществ. Эта цифра ежегодно возрастает на 5%. Изменения в хемосфере происходят за счт выброса различных веществ в атмосферу, добычи ископаемых, химизации сельского хозяйства и др. Ежегодные извлечения из биосферы и выбросы в окружающую среду рассмотрены в табл. 1.

Таблица 1. Масштабы антропогенных воздействий на биосферу.

Извлечения из биосферы, в Поступления в биосферу, в год год 100 тыс.

Химические вещества наименований Синтетические 60 млн. т материалы 100 млрд.

Ископаемые т Минеральные 500 млн. т удобрения Пестициды 5 млн. т Железо 50 млн. т 500 млрд. м Жидкий сток Твердый сток 17,4 млрд. т Металлы 800 млн. т Углекислый газ 20 млрд. т Сернистый газ 150 млн. т Под загрязнением окружающей среды понимают поступление в природную среду любых веществ (газ, жидкость, тврдое вещество), микроорганизмов или энергий (тепловая, звуковая, электромагнитная, радиационная) в количествах, вызывающих изменение состава и свойств компонентов природы и оказывающих вредное воздействие на человека, флору, фауну.

Остановимся подробнее на загрязнении окружающей среды химическими веществами. Химические вещества – загрязнители характеризуются следующими особенностями:

1) попадают в биосферу в процессе человеческой деятельности (антропогенное происхождение), 2) нарушают баланс веществ в экосистеме (образуются с большой скоростью, чем уничтожаются), 3) делают среду обитания для человека и живых организмов благоприятной, 4) попав первоначально в один из компонентов окружающей среды, загрязняют и остальные компоненты за счт перемещений (миграции) (рис. 3).

Вещества Атмосфера загрязнители ЧЕЛОВЕК Продукты питания Животные Гидробионты Растения Почва Гидросфера Рис. 3. Пути миграции веществ-загрязнителей в биосфере (наиболее мощные и значимые потоки выделены жирными стрелками).

При изучении химии вы познакомились с различными веществами, которые подвергаются классификации по различным признакам.

Вспомните известные вам критерии классификации веществ в химии. В экологии вещества классифицируют по их воздействию на человека и другие живые объекты. Все вещества, составляющие хемосферу, можно условно разделить на четыре группы.

1. Безвредные для человека.

2. Действующие на человека опосредовано, делая менее благоприятной среду его обитания.

3. Действует на человека и живые организмы, отравляя их токсиканты) или поражая каким-либо другим способом (например, радиоактивные вещества посредством излучения).

4. Вещества неопределнного характера действия. Для многих из них нет достаточно полных сведений о токсичности, поведении в биосфере.

Из веществ 2-й и 3-й групп особенно следует выделить канцерогенные (вызывающие рак), мутагенные (влияющие на генный аппарат и порождающие мутации), тератогенные (вызывающие уродства).

Так, потенциальными канцерогенами признано сейчас около соединений.

Для обозначения веществ-загрязнителей в экологической литературе используют такие термины, как полютанты (от лат. поллюции – марание) – химические вещества, загрязняющие среду обитания (синоним – загрязнители), ксенобиотики (от греч. ксенос – чужой, биос – жизнь) – вещества чужеродные по отношению к живым организмам и не входящие в естественные биогеохимические циклы, экотоксиканты (греч. йокос – дом, токсион – яд) – ядовитые вещества, появление которых вызывает серьзные нарушения в структурах экосистем.

Вещества-загрязнители (полютанты), а также ксенобиотики и экотоксиканты, попадая в экосистемы, претерпевают изменения (трансформируются) под действием абиотических факторов (температура, радиация, вода (гидролиз)) или биотических (превращение внутри живых организмов под действием ферментов). В результате трансформации полютантов их токсичность может как понизиться, так и усилиться.

Например, при попадании пентахлорфенола C6Cl5OH (гербицид, инсектицид) в растение происходит взаимодействие его с глюкозой (С6Н12О6) и получаемое вещество (C12H11O6Cl5) почти безвредно.

Пентахлорфенол (ПДК = 0,1 мг/м3) вызывает дерматиты, раздражает дыхательные пути. Тетрахлорметан (ССl4), обладающий канцерогенным действием, в организмах млекопитающих превращается в радикал – ССl (трихлорметил), который инициирует (начинает) реакции, поражающие печень.

По размеру охватываемые территории загрязнения подразделяют на глобальные (фоново-биосферные, так называемые газы – CO2, CH4, хлорфторуглеводороды, разрушающие озоновый слой);

региональные (SO – в районах с развитой металлургической промышленностью);

локальные (стоки животноводческих ферм, в которых содержится избыток аммиака).

По источникам возникновения загрязнители разделяют на промышленные (SO2 и др.), транспортные (СО и др.), сельскохозяйственные (пестициды), коммунально-бытовые (СМС).

Конкретные примеры воздействия полютантов на состояние атмосферы, гидросферы, а также источников веществ-загрязнителей и способы их обезвреживания мы рассмотрим на следующем уроке.

Вопросы и упражнения 1. Назовите основные химические вещества, входящие в окружающую Вас хемосферу, и приведите их химическую и экологическую классификацию.

2. В чм отличие полютантов от ксенобиотиков? Приведите примеры веществ, относящихся к каждой из этих групп.

3. При содержании оксида углерода (IV) в воздухе более 4% (объмные доли) происходит раздражение дыхательных путей, наблюдается шум в ушах. Произойдт ли ухудшение самочувствия при лабораторной работе в химическом кабинете вместимостью 288 м3, если на каждом из 18 столов сгорает 2,3 г этанола (в спиртовках)?

4. В печени человека этанол сначала окисляется (в присутствии фермента алкогольдегидрогеназы) в этаналь, вызывающей поражение печени, а затем в уксусную кислоту. Напишите уравнение этих реакций.

5. Каким образом нефть и продукты сжигания нефти и угля загрязняют окружающую среду? Дайте разврнутый ответ.

Урок 5. Практическая работа «Воздействие табачного дыма на организм человека»

Оборудование и реактивы: стакан химический, стеклянная палочка, пробирки, хлоркальциевая трубка, резиновая груша, резиновая пробка, газоотводная трубка, резиновый шланг, вата, сигарета с фильтром, раствор KMnO4 (0,5 моль/л), дистиллированная вода.

1. Зарисуйте в тетради и соберите прибор по рис. 4.

2. Для анализа результатов опыта приготовьте лист белой бумаги, кусок ваты, две пробирки с KMnO4.

Одной рукой выдавите из груши (5) воздух, другой зажгите сигарету (7), медленно набирайте в грушу смесь воздуха и дыма (имитация процесса курения). При этом наблюдайте появление дыма в хлоркальцевой трубке (1) и потемнение ваты (2). Выполняйте это в течение 1-3 минут.

Отсоединив грушу (5) от газоотводной трубки (4), поместите е конец на лист белой бумаги и силой выдавите находящуюся в груше смесь. Бумага почернела (почему?). Не разжимая груши, вновь присоедините е к прибору и повторите операцию, «курите» 2-3 раза. Загасите сигарету (7), отсоедините пробку (3) вместе с газоотводной трубкой (4) и с помощью стеклянной палочки извлеките вату (2). Извлечнную вату поместите в заранее приготовленный стакан с дистиллированной водой и интенсивно перемешивайте содержимое стеклянной палочкой 2-3 минуты. Перелейте порцию полученного раствора в пробирку с перманганатом калия, зафиксируйте обесцвечивание раствора (почему это происходит?).

Аналогичную операцию проделайте с куском ваты, который не использовался в опыте.

4 Рис. 4. Схема прибора для получения и исследования табачного дыма.

1 – хлоркальциевая трубка, 2 – вата, 3 – пробка, 4 – газоотводная трубка, 5 – резиновая груша, 6 – резиновый шланг, 7 – сигарета.

Урок 6.Определение загрязнителей окружающей среды Говоря о роли химии в охране окружающей среды, мы должны выделить несколько основных направлений, по которым реализуются усилия химиков и технологов при решении экологических проблем.

1. Изучение источников веществ-загрязнителей, путей их перемещения (миграции) и превращения (трансформации).

2. С первым направлением тесно связана работа химиков по обнаружению вредных и токсичных веществ. При этом важно не просто доказать, что например, в воде содержится конкретное токсичное вещество, т.е. провести качественный анализ, но и определить количественное содержание этого вещества (количественный анализ). В курсе «Химии-8» вы знакомились с таблицей 11, где приведены качественные реакции на различные ионы (повторите этот материал).

Весьма опасными и токсичными являются соединения, содержащие Рb.

Они вызывают заболевание мозга, почечную недостаточность, анемию.

При взаимодействии соединений содержащих Pb с растворимыми сульфидами образуется PbS – нерастворимый осадок чрного цвета.

Проведите лабораторную работу. Вам даны 2 пробирки с водой. В первой пробирке содержится растворимая соль свинца, в другой пробирке – чистая вода. Используя в качестве реагента раствор сульфида натрия, определите, в какой пробирке содержится вода, загрязннная ионами свинца. Теперь вспомните, какие способы выражения состава раствора вы знаете. Кроме массовой доли (), в химии применяют часто молярную концентрацию:

n( Х ) с( Х ), V ( раствора) а иногда и массовую концентрацию:

m( Х ) (Х ), г/л, мг/л.

V ( раствора) Используя различные химические методы и физические приборы, специалисты могут провести количественный анализ полютанта в воздухе, воде и почве. Раздел химии, позволяющий установить количественный и качественный состав вещества, называется аналитической химией. На предприятиях имеются экологические лаборатории, в которых работают химики-аналитики.

3. Известно, что многие вещества в малых дозах почти безвредны, иногда и полезны, например, NaCl, I2, Fe3+, а в больших дозах вредны и даже токсичны. Токсичность – свойство вещества вызывать отравление (интоксикацию) организма. Она характеризуется дозой вещества, вызывающей определнную степень отравления. Поэтому химикам, врачам, биологам, экологам необходимо установить такой предел содержания вещества – загрязнителя в окружающей среде, при котором человек и живые организмы находятся в безопасности.

Экологические стандарты устанавливают нормы, пределы содержания полютантов в окружающей среде, обеспечивающие безопасность человека. В разработке экологических стандартов наряду с биологами и врачами активное участие принимают химики. Наиболее важным показателем экологического стандарта является предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязняющих веществ.

4. Ещ одно направление приложения возможностей (знаний и методов) химии к решению экологических проблем связано с переработкой (утилизацией) токсичных отходов, созданием малоотходных и безотходных технологий, разработкой фильтров, катализаторов, адсорбентов (что это такое, узнаем позже).

Рассмотрим более подробно показатели, наиболее часто применяемые в экологических стандартах, нормирующих загрязнения воздушной среды (атмосферы), водной среды (гидросферы) и почвы.

Показатели, используемые для санитарной оценки воздушной среды 1. ПДКр.з. – предельно допустимая концентрация химического вещества в воздухе рабочей зоны (измеряется в мг/м3). Это максимально допустимое нормативными документами количество вещества, накапливаемое в помещении в течение всего периода работы, которое не должно вызывать заболеваний и отклонений в состоянии здоровья работающих. Рабочая зона – высота 2 м, площадь равна площади рабочего места.

2. ПДКм.р. – максимальная разовая концентрация вредных веществ в воздухе населнных пунктов. Вдыхание этого количества загрязнителей в течение 30 минут не должно вызывать рефлекторных реакций в организме человека (мг/м3).

3. ПДВ – предельно допустимый выброс, при котором обеспечивается соблюдение гигиенических нормативов в воздухе населнных мест.

4. ВДК – временная допустимая концентрация химического вещества в воздухе рабочей зоны, установленная расчтным путм (мг/м3).

Показатели, используемые для санитарной оценки водомов.

1. ПДКв. – концентрация загрязняющих веществ в воде (мг/л), которые не оказывают прямого или косвенного воздействия на организм человека.

2. ПДКв.р. – предельно допустимая концентрация загрязнителей в водоме, используемом для разведения рыб.

3. Биохимическая потребность в кислороде (БПК) – количество кислорода (мг/л), необходимого для окисления органических веществ за определнное время.

4. ХПК – химическая потребность в кислороде, определнная бихроматным методом (количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех веществ, находящихся в воде (мг О2/мг вещества).

5. ЛК50 – летальная концентрация, вызывающая гибель более 50% животных при дыхании (мг/л воды).

6. ЛД50 (мг/кг веса животных) – летальная доза химического вещества, вызывающая гибель 50% животных при попадании в организм.

Показатели, используемые для санитарной оценки пахотного слоя почвы 1. ПДКп. – предельно допустимая концентрация вещества в почве.

Она не должна оказывать отрицательного воздействия на здоровье человека (мг/кг почвы).

Гигиеническое регламентирование химических соединений в воздухе рабочей зоны проводится в три этапа:

1) обоснование ВДК, 2) обоснование ПДКр.з., 3) корректировка ПДКр.з. путм анализа условий труда.

Обоснование ПДКр.з. должно предшествовать проектированию производства. Приводится обследование – экологическая экспертиза, при этом необходимы следующие сведения:

1) условия производства и применения вещества;

2) химическое строение, физико-химические свойства вещества;

3) токсичность и характер воздействия (сначала проводят опыты на мышах и кроликах – устанавливают ЛК и ЛД.

В зависимости от величины ПДК и других показателей все химические соединения делят на четыре класса опасности (табл. 2).

Таблица 2. Классы опасности веществ.

Показатели Чрезвычайно Высоко Умеренно Мало опасно опасно опасно опасно ПДКр.з., мг/м 0,1 0,1 - 1 1 -10 ЛД50, мг/кг 15 – 15 150 -1500 ЛК50, мг/л 0,5 – 5 5 – 0,5 По токсичности элементы можно разделить на четыре группы:

низкая – Cu, Fe, Mn, Zn, Ge, Sr, Rb, Cs;

средняя – Сr, Al, Ag;

высокая – Sb, As, Ba, Se;

очень высокая – Be, Cd, Pb, Hg, Te.

Величины ПДКр.з. и ПДК воды для некоторых веществ приведены в табл. 3.

Таблица 3. Величины ПДКр.з. и ПДК воды Наименование веществ Показатели Этано О=СH Pb Hg NH3 C6H л ПДКр.з., г/м3 0,01 0,01 0 5 1000 0, ПДКв., мг/л 510-3 110- 2 0,5 0, - Вопросы и упражнения 1. Чем принципиально отличаются ПДК и ЛД50? Что у них общего?

2. Какой объм бензола можно выставить на стол в лаборатории объмом 50 м3 с учтом того, что если склянка разобьтся и бензол весь испарится, ПДКр.з. не должно быть достигнуто?

3. Рассчитайте массу диоксида азота в 1 м3 воздуха, если в классе размером 10 х 5 х 3 м без соблюдения правил техники безопасности проведн химический опыт, который можно выразить следующим уравнением реакции:

Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 +2NO2 + H2O Будет ли превышена в результате опыта предельно допустимая концентрация (ПДК) диоксида азота, которая составляет 0,810 г/м3, если в реакцию вступила медь массой 3 г?

Урок 7. Атмосфера и человек Атмосфера – газовая оболочка Земли, имеющая массу около 5, т и верхнюю границу по высоте примерно 100 км. В приземном слое толщиной 5,5 км сосредоточенно 50%, в слое толщиной 40 км – 99% массы всей атмосферы. Самая нижняя часть атмосферы (толщина у экватора – км, а на полюсах – 10 км) называется тропосферой (80% всей атмосферы по массе). Температура тропосферы уменьшается с высотой (примерно С на 1 км). Химический состав тропосферы (, %): N2 – 78,08;

O2 – 20,95;

Ar – 0,92;

CO2 – 0,03 и другие газы (Н2, Ne, He, Kr, Xe, Rn, I, CH4, CS2) 0,02 (в сумме). В результате процессов происходящих в природе (вулканы, песчаные бури, пожары и т.д.), а также техногенеза (производственной деятельности человека) в тропосферу поступают газообразные полютанты (табл. 4).

Таблица 4. Соотношение природных и антропогенных источников некоторых газополютантов, поступающих в тропосферу ежегодно.

Тврдые Газ - полютант CO SOx NOx CxHy частицы Природные 70 55 80 - 90 85 источники, % Антропогенные 20 -30 45 10 - 20 15 источники, % Природные источники газов, поступающих в атмосферу, составляют большую долю, т.к. природные процессы являются частью биохимических циклов элементов. Но именно производственная деятельность человека на протяжении многих веков (и особенно в последнее столетие), сопровождается выбросами в атмосферу, различных веществ (NOx, SOx, CO), углеводородов, хлорфторуглеводородов (CFCl3, CF2Cl2) и др., привела к необратимым изменениям в составе атмосферы.

Последствия изменений 1. Накопление в атмосфере кислотных оксидов и гидроксидов и выпадение их на землю в виде осадков – «кислотных дождей». Следствием кислотных дождей является более интенсивное протекание коррозии металлов на открытом воздухе.

2. Разрушение озонового слоя, защищающего земную жизнь от ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца (длина волн УФ () 400 нм).

3. Потепление климата, вызванное накоплением в атмосфере газов, поглощающих тепловое инфракрасное излучение ( 700 нм) и препятствующих его рассеянию – «парниковый эффект».

Рассмотрим вышеперечисленные явления подробнее. Широко известный ныне термин «кислотные дожди» появился в 1872 году. Его ввл в практику английский инженер Р. Смит, опубликовавший книгу «Воздух и дождь: начала химической климатологии». Как же образуются кислотные дожди? Они возникают в том случае, если в атмосфере в достаточном количестве присутствуют так называемые предшественники кислотных дождей – оксиды серы (SO2, SO3), оксиды азота (NO, NO2), CO2. Основными источниками этих газообразных оксидов являются:

транспорт, тепловые электростанции, металлургия, химическая промышленность. Одним из промышленных процессов, приводящих к очень высокому содержанию SO2 в атмосфере, является обжиг сульфидных руд при получении металлов. Например, 2ZnS(т) + О2(г) = 2ZnO(т) + 2SO2(г).

В атмосфере SO2 частично растворяется в капельках влаги, образуя сернистую кислоту, которую относят к средним, а иногда к слабым кислотам. Другая часть SO2 окисляется кислородом (легко озоном) воздуха в SO3 (эта реакция ускоряется в присутствии оксидов азота), который, растворяясь в капельках воды, образует сильную серную кислоту. Оксид азота (II) легко окисляется кислородом до оксида азота (IV), который, растворяясь в воде в присутствии кислорода, образует азотную кислоту.

Напишите уравнения реакций, лежащих в основе образования кислотных дождей.

Какой вред наносят кислотные дожди? Во-первых, они могут вызвать гибель лесов и понижают урожайность некоторых сельскохозяйственных культур (пшеницы, картофеля, овощей). Во-вторых, кислотные дожди, попадая в водомы, угнетают жизнь их обитателей (моллюски, ракообразные). В-третьих, кислотные дожди разрушают сооружения: вызывают более интенсивную коррозию металлов, разъедают мраморные статуи, памятники архитектуры, здания.

Каким же образом определить, какой дождь прошл: кислый или не очень? Для этого лучше воспользоваться индикаторной бумагой, позволяющей оценить величину водородного показателя (рН). Для сравнения – рН химически чистой воды при 25 С должен быть равен 7.

Чем кислее раствор, тем меньше рН.

Величина рН воды кислотных дождей меньше 4, а иногда бывает равной 3 или 2,8. Имейте в виду, что уменьшение рН на единицу означает увеличение кислотности в 10 раз, на две единицы – в 100 раз и т.д.

Очевидно, для того, чтобы на Землю пролилось как можно меньше кислотных дождей, необходимо снижать выбросы в атмосферу оксидов серы и азота.

В отличие от пагубного влияния оксидов серы и оксидов азота на состояние биосферы роль озона (О3) в атмосфере нельзя оценить однозначно. С одной стороны, он непосредственно влияет на глаза и легкие человека, является главным компонентом фотохимического смога (видимое загрязнение воздуха) и вредит зелным насаждениям. С другой стороны, озон образует в верхней части атмосферы – стратосфере (примерно 40 км) озоновый слой, препятствующий проникновению мощного УФ-излучения Солнца на Землю и тем самым ослабляющий его разрушительное действие. УФ-излучение хотя и необходимо для здоровья, но в больших количествах опасно (может вызвать ожоги, инициировать раковые заболевания). Взаимодействие озона с УФ-излучением можно представить схемой:

O3 h O2 O, O O O2, 2О3 h 3O2 (hv – квант УФ-излучения).

итого Концентрация О3 в стратосфере настолько мала, что если бы весь озон собрался у поверхности Земли, толщина его слоя составила бы всего 3 мм. Деятельность человека приводит к разрушению озонового слоя и появлению озоновой дыры. Главными виновниками разрушения «озонового щита» являются фреоны – CF2Cl2, CFCl3 (используются в холодильниках и аэрозольных баллончиках), а также NO. Фреоны на высоте 30 км распадаются с образованием атомов Сl, которые разрушают О3, выполняя роль катализатора:

Cl + O3 ClO + O2 – один атом хлора может уничтожить до молекул О3, СlO + O Cl + O2, O3 + O 2O2 – атомы О образуются при диссоциации кислорода под действием УФ-излучения.

Аналогичные реакции протекают и в присутствии NO (он тоже здесь катализатор). Источником NO на этих высотах являются сверхзвуковые транспортные самолты, в их двигателях развивается высокая температура, при которой инертный азот окисляется кислородом до NO.

Для спасения «озонового щита» необходимо ограничить применение фреонов или заменить их и сократить число полтов сверхзвуковых самолтов.

За каждые 100 лет температура на планете повышается на -8 С.

Причиной этого является «парниковый эффект» (впервые исследовался уже в 1861 году Тиндалем) – отражение теплового излучения (ИК излучение) Земли так называемыми парниковыми газами (CO2, CH4, NOx, фреоны, О3). Главную роль здесь играет СО2, образующийся в основном при сжигании топлива. Ежегодно в атмосферу выбрасывается примерно млрд. т СО2. Антропогенное поступление СО2 в атмосферу уже в 100- раз превышает естественное. Истребление лесов на Земле также способствует увеличению содержания СО2 в атмосфере. Как вы думаете почему?

Газы-полютанты, содержащиеся а атмосфере, представляют при концентрациях выше ПДК непосредственную угрозу здоровью человека.

Так, SO2 – особенно опасен для людей, страдающих заболеванием дыхательных путей. Установлена зависимость между концентрацией SO2 в воздухе (х, в мг/м3) и заболеваниями бронхитом (у, в %): у =14,5х – 1,3.

Вам, наверное, известно отравляющее действие оксида углерода (II), состоящее в способности СО связываться с гемоглобином крови. Воздух, содержащий 0,06% (по объему) угарного газа ядовит. Образуется СО при неполном сгорании топлива, при курении (чем больше человек курит, тем больше в крови связанного с СО гемоглобина - карбоксигемоглобина) и при работе автомобилей (1 автомобиль ежегодно выбрасывает 800 кг СО, 40 кг NOx и поглощает 4 т О2).


Для защиты атмосферы от газов-полютантов используют разнообразные методы. Например, применяют адсорбцию газов.

Адсорбция – накопление (концентрирование) различных веществ, в том числе и газов, на поверхности адсорбентов (тврдых пористых веществ с развитой поверхность 100 м2 и более на 1 г адсорбента). Широко применяемым адсорбентом является активированный уголь.

Воздушные выбросы, образующиеся при производстве цветных металлов и других веществ, содержат до 4-10% SO2, что вполне достаточно для получения серной кислоты. Напишите уравнение реакций, лежащие в основе этого производства. Но если выбросы содержат не более 2% SO2, то перед поступлением в атмосферу газ, содержащий SO2, пропускают через негашную известь или оксид магния:

CaO + SO2 + 1/2O2 CaSO MgO + SO2 MgSO3.

Учные в настоящее время успешно разрабатывают каталитические процессы, позволяющие превратить газы-полютанты в полезные продукты или, по крайней мере, в безвредные вещества.

При очистке дымовых газов, содержащих NO, к ним добавляют отходящие газы, имеющие в свом составе NH3, а затем смесь пропускают через катализатор (Cu/Al2O3 или V2O5/TiO2). В результате реакции получаются безвредные вещества Н2О и N2:

NO + 4NH3 5N2 + 6H2O.

Kat Сейчас разрабатываются катализаторы, позволяющие преобразовать избыточный СО2 в формальдегид и метанол (вещества небезопасные, но необходимые при производстве полимеров и другой продукции химической промышленности):

Kat Н2С=О + Н2О, 2Н2 + СО 3Н2 + СО2 Н3СОН + Н2О.

Kat Введение этих процессов позволит снизить содержание СО2 в атмосфере, а значит уменьшить влияние парникового эффекта.

В настоящее время все автомобили, выпускаемые в США (около млн. шт. в год), в обязательном порядке снабжаются каталитическими нейтрализаторами, устанавливаемыми в выхлопную систему и зачастую выполняющими функции глушителя. Катализаторами являются сплавы: Pt, Pd, Rh, Ru на носителях Al2O3 или Al (Pt-Rh/Al, Pt-Rh-CeO2/Al2O3, Pd/Al2O3) и другие катализаторы. Процесс, протекающий в нейтрализаторе, можно представить схемой:

CO + СхНy + NOz N2 + CO2 + H2O.

Рис. 5. Нейтрализатор (каталитический газоочиститель) выхлопных газов автомобиля.

1 – поток газа из выхлопной трубы, 2 – воздух, 3 – катализатор, 4 – очищенный газ.

Вопросы и упражнения 1. Приведите примеры веществ – загрязнителей атмосферы, укажите источники поступления их в атмосферу. К какому классу веществ относится большинство загрязнителей?

2. Почему в последние десятилетия происходит массовые заморы рыб, уничтожение лесов, гибель материальной культуры? Что будет способствовать предотвращению этих бедствий?

3. Учные утверждают, что «озоновому щиту» грозит опасность со стороны таких второстепенных компонентов атмосферы, как NO2, N2O, ClO. Докажите, что это утверждение небеспочвенно. Приведите уравнения соответствующих реакций.

4. Какие массы и объм оксида углерода (II) в расчте на нормальные условия выделятся в атмосферу при плохой регулировке двигателя внутреннего сгорания в течение 8 часов его работы, если он сжигает в час 10 л бензина, неполное сгорание которого составляет 5%.

Расчт вести по уравнению реакции:

2C7H16 + 15O2 = 14CO + 16H2O.

Плотность гептана принять равной 0,8 г/см3.

Урок 8. Практическая работа «Моделирование природных явлений с оценкой их экологических последствий»

Цель занятия: углубить представление учащихся о химических механизмах некоторых природных явлений, сформировать умение моделировать эти явления в лабораторных условиях и оценить их влияние на экологическую обстановку.

Вопросы для обсуждения.

1. Источники антропогенного загрязнения окружающей среды.

2. Основные группы веществ, загрязняющих окружающую среду.

3. Меры борьбы с некоторыми видами загрязнителей.

Серия опытов «Атмосферные газы и кислотный дождь»

Задача учащихся при проведении данной серии опытов заключается в оценке влияния различных газов на кислотность атмосферных осадков.

Оборудование и реактивы: склянка с обрезным дном, 2000 см3 – 1шт.;

стаканы химические, 50 см3 – 3 шт;

пипетки на 2 и 5 мл – 2 шт;

хлоркальциевая трубка с активированным углем – 1 шт;

лакмус (водный раствор соляной кислоты (1:1), гидрокарбонат натрия (крист.), хлорид гипохлорид кальция (крист.), азотная кислота (1:1), сульфит натрия (крист.), серная кислота (конц.), раствор аммиака в воде (25%), дистиллированная вода.

Проведение опытов 1. Зарисуйте в тетради и соберите прибор, изображнный на рис. 6.

1 Рис. 6. Схема прибора для демонстрации опыта «Атмосферные газы и кислотный дождь».

1 – химический стакан («источник»), 2 – химический стакан («дождевые капли»), 3 – химический стакан (контроль), 4 – склянка с обрезанным дном, 5 – пробка резиновая, 6 – хлоркальциевая трубка с активированным углем.

2. Проведите опыт «Получение углекислого газа и его влияние на кислотность воды», для чего проделайте следующее:

в стакан (1) – «источник» внесите 1 г гидрокарбоната натрия, в стаканы (2) и (3) внесите 10-15 мл дистиллированной воды, добавив в не фиолетовый раствор лакмуса, приоткрыв пробку (5), быстро внесите в стакан (1) 1 мл соляной кислоты (1:1), наблюдайте протекание реакции (какой при этом выделится газ?), наблюдайте, происходит ли изменение окраски воды с раствором лакмуса в стаканах (2) и (3).

3. Аналогичным образом с использованием описанного прибора проведите опыт «Получения оксида азота (IV) и его влияние на кислотность воды», для чего в стакан (1) поместите 1 г хлорной извести (хлорид гипохлорит кальция) и 2 мл азотной кислоты (1:1).

4. Аналогичным образом проведите опыт «Получение оксидов серы и их влияние на кислотность воды», для чего в стакан (1) поместите 1 г сульфита натрия и 2 мл концентрированной серной кислоты.

5. Разберите прибор. Для нейтрализации скопившихся над склянкой (4) газов, приоткрыв пробку (5), быстро внесите в один из стаканов 5 мл водного раствора аммиака (25%), вымойте посуду (только после прекращения реакции).

6. Опишите явления, происходившие при проведении опытов.

Запишите уравнения соответствующих реакций. Дайте ответы на следующие вопросы:

объясните назначение первого, второго и третьего стаканов и хлоркальцевой трубки в применнной схеме приборов;

какие природные явления моделируют данные опыты?

в результате чего в атмосфере накапливаются оксиды углерода, азота, серы?

сделайте выводы о влиянии оксидов серы, углерода, азота на кислотность осадков.

Пояснение: при получении оксида азота (IV) и оксида серы (IV) в стакане (2) происходит изменение окраски (среда становится кислой, рН меньше 7), при получении углекислого газа изменение окраски в стакане (2) не наблюдается, углекислый газ не накапливается в атмосфере в больших количествах и не влияет в значительной степени на кислотность осадков.

Примечание: данную серию опытов легко осуществить, не имея специального химического оборудования, то есть в домашних условиях или в условиях начальной школы. Для этого необходимы следующие реактивы и оборудование: прозрачный полиэтиленовый флакон с обрезанным дном из-под воды или других жидкостей, 300-500 м3;

прозрачные ячейки из-под лекарственных препаратов диаметр 0,7-1,4 см – 3 шт.;

шприц;

черничная вода (раствор черничного варенья в воде);

столовый уксус (6-9%);

хлорид гипохлорид кальция (хлорная известь – кристаллическая);

азотная кислота (1:1);

тиосульфат натрия (фиксаж, применяемый в фотографии – кристаллический);

серная кислота аккумуляторная;

10%-й водный раствор аммиака (нашатырный спирт);

дистиллированная вода;

резиновый шланг или пластилин.

Для проведения опыта собирается прибор, схема которого изображена на рис. 7.

1 2 Рис. 7. Схема прибора для проведения опыта «Атмосферные газы и кислотный дождь» в домашних условиях.

1, 2, 3 – полимерные прозрачные ячейки из под лекарственных препаратов, которые так же выполняют функции, что и стаканы 1, 2, 3 («источник», «дождевые капли», контроль), 4 – пластиковый прозрачный флакон с обрезанным дном, 5 – крышка флакона, 6 – уплотнение из резинового шланга или пластилина.

Опыт проводится аналогично описанному выше, только вместо лакмуса в ячейки (2) и (3) заливают дистиллированную воду, подкрашенную черничным вареньем.

Урок 9. Химия и экология гидросферы Вода присутствует во всей биосфере, не только в водомах, но и в воздухе и почве, и во всех живых существах. Массовая доля воды в биомассе составляет 80-90%.

Общее количество природной воды на Земле – 1836 млн. км3. В основном (свыше 97,5%) это солные воды. Количество пресной воды – млн. км3. Вода на Земле находится в постоянном движении, образуя круговорот воды (гидрологический цикл), состоящий в основном из трх этапов:

1) испарения с поверхности водомов и транспирация физиологическое испарение воды растениями (в основном через устьица листьев);

2) влагоперенос, который осуществляется как в атмосфере (движение облаков), так и за счт грунтовых (подземных) вод;

3) возвращение воды из атмосферы в виде осадков (дождя, снега).

В процессе своего естественного круговорота вода соприкасается с большим числом различных минералов, органических соединений и газов, поэтому даже в природной (относительно чистой) воде содержатся различные вещества. Компоненты химического состава природных вод делят на шесть групп:

1. Главные ионы (макрокомпоненты), поступающие в природные воды из горных пород, минералов, почвы, в результате производственной деятельности человека: K+, Na+, Mg2+, Cl-, SO42-, HCO3- (CO32-). Назовите соли, которые можно выделить из воды, рассмотрите их растворимость, способность к гидролизу.


2. Растворенные газы (О2, СО2, СН4, N2 и др.).

3. Микроэлементы (Cu2+, Mn2+, другие катионы, кроме главных), а также анионы (F-, Br-, I-), встречающиеся в природных водомах в очень малых концентрациях.

4. Растворимые органические вещества (РОВ) – органические спирты, альдегиды, карбоновые кислоты, сложные эфиры (жиры), углеводы и т.д. Часть органических веществ, растворнных в воде, является продуктами биохимического распада остатков организма, а другие РОВ поступают в воду с поверхностными стоками атмосферными осадками. Средний элементный состав РОВ соответствует формуле С13Н17О12.

5. Биогенные вещества, главным образом, соединения азота, фосфора, кремния и железа. Их содержание измеряется в широких пределах от следов до 10 мг/л. Поступают эти вещества со сточными и атмосферными водами.

6. Токсичные загрязняющие вещества – тяжлые металлы (Pb, Hg, Zn, Cd), фенолы, хлорорганические вещества, нефтепродукты, синтетические моющие средства (СМС).

Кроме ионов и отдельных молекул, минеральные и органические вещества, плохо растворимые в воде, образуют тврдые частички и жидкие капельки размером 10-7-10-4 м. такие же размеры имеют вирусы, бактерии, микроводоросли, содержащиеся в природных водах. Значит, природная вода является не гомогенной (однородной), а гетерогенной (микрогетерогенной) системой, такие системы химики называют дисперсными и коллоидными.

Вода неотъемная часть живого. Жизнь на Земле зародилась в воде.

При обезвоживании организмы погибают (происходит плазмолиз клеток).

В больших городах за сутки 1 человек расходует 200-300 л (а временами даже 600 л) воды. Поэтому нужно знать, каким требованиям должна соответствовать хозяйственно-питьевая вода. В курсе химии вы проводили практическую работу по определению прозрачности и интенсивности запаха воды. Вспомните, как вы это делали.

Итак, общие требования к составу и свойствам хозяйственно питьевой воды. Вода не должна иметь посторонних запахов и привкусов, на поверхности воды не должно быть плнок, масляных пятен и скоплений других примесей, в столбике 20 см не должна обнаруживаться окраска, сухой остаток минеральных веществ (после выпаривания) не должен превышать 100 мг/л, содержание кислорода не должно быть менее 4 мг/л.

При рассмотрении стандартов качества окружающей среды (урок данного модуля) мы обращали ваше внимание на такую характеристику, как БПК (вспомните, что это такое) БПК хозяйственно-питьевой воды не должно превышать 3 мг/л, а для водомов, где можно купаться, БПК не должно превышать 6 мг/л. Основной причиной ухудшения качества питьевой воды являются антропогенные источники различных загрязнений, но антропогенные загрязнения нарушают также равновесие в водных экосистемах. По продуктивности водомы делят на две группы:

олиготрофные (олигос – греч. немного) – «малокормные» - глубокие с прозрачной чистой водой, содержат много кислорода и менее богаты питательными элементами и эутотрофные (греч. эутрофис – хорошее питание) – «многокормовые» – мелководные, бедные кислородом и богатые питательными элементами. Процесс перехода олиготрофных в эутоорофные (эуторификация) происходит в естественных условиях (продолжается тысячи и миллионы лет), но хозяйственная деятельность человека резко ускоряет эуторификацию тех водомов, куда попадают сточные воды, удобрения, содержащие много N и Р и стимулирующие «рост жизни» (размножение и рост водорослей, планктона).

Эуторификация на первых стадиях проявляется в интенсивном «цветении»

вод, а затем постепенно озра превращаются в болота.

Мы уже отмечали (урок 6), что осадки, особенно кислотные дожди, ухудшают состояние водомов. Но атмосферные стоки по своей токсичности уступают сточным водам, т.е. тем, которые были использованы промышленностью, сельским и коммунальным хозяйством и населением в быту. Бытовые сточные воды (БСВ) содержат 46,5-53 мг/л аммонийного азота (NH4+), 53-60 мг/л хлоридов, 10-12 мг/л фосфатов, мг/л калия и 33,5-46,5 мг/л органических веществ. Производственные сточные воды (ПСВ) содержат различные вещества от ионов тяжлых металлов до сложных органических веществ в зависимости от характера производства, поэтому дать конкретную характеристику ПСВ очень трудно. Только после соответствующей очистки сточные воды можно сбрасывать в водомы. Степень очистки воды и состояние водомов постоянно контролируется службами охраны природы, центрами санитарного надзора (ЦСЭН, раньше их называли СЭС), учреждениями метрологической службы. Эти службы контролируют качество воды, определяя постоянно до 40 показателей (цвет, запах, рН, БПК, ХПК и соответствие содержания веществ их ПДКв.).

Кроме использования воды на хозяйственные нужды (гигиена) и пить, она в больших объмах потребляется промышленными предприятиями (табл. 5).

Таблица 5. Расход воды в производстве некоторых видов продукции.

Алюминий Аммиак Капрон Никель Бумага Сахар Сталь Производимый продукт, 1т Объм потребляемой воды, м3. 1100 100 150 250 500 700 Более 70% мирового промышленного водопотребления приходится на долю воды для охлаждения, так называемые воды водооборотных систем. Эта вода характеризуется следующими параметрами: t =20-40 С, рН = 7,2-8,5, запах – 3 балла (см. «Химия-8», глава 5, практическая работа №3), жесткость 7 ммоль/л (содержание Са2+ и Mg2+ в воде, вызывающее образование накипи и солевых отложений), хлориды – 150-300 мг/л.

Рассмотрим способы очистки сточных и поверхностных вод (вода из водомов) перед их использованием.

Очистка сточных вод включает три стадии обработки – первичную, вторичную и третичную.

Первичная обработка заключается в фильтрации сточных вод с последующим их отстаиванием. При этом удаляется крупный мусор и большие частицы. Если сточные воды не направляются на вторичную обработку, то здесь же проводят хлорирование. После первичной обработки БПК снижается на 35%.

Вторичная обработка характеризуется применением биологических методов – разложение органических загрязнителей с помощью аэробных бактерий, а также химических (хлорирование, озонирование, окисление кислородом органических веществ). Масса, содержащая аэробные бактерии, которые интенсивно размножаются при продувке воздуха, называется активным илом.

Третичная (специальная) обработка нацелена на удаление каких либо отдельных загрязнителей особыми методами. Например, ионы меди из промышленных вод гальванических цехов извлекают, добавляя в эти сточные воды железные стружки. Протекает реакция:

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu, которая обеспечивает удаление ионов меди (вернее, замену токсичных Cu2+ на гораздо менее токсичные Fe2+).

Проведм лабораторный опыт. К раствору голубого цвета (к 100 мл дистиллированной воды добавим 2-5 кристаллов медного купороса) в пробирке (стаканчике) поместим железные стружки (малые гвозди, кнопки, скрепки). Через некоторое время раствор станет бесцветным, а на железных предметах образуется красноватый слой меди.

Существует множество специальных методов очистки сточных и поверхностных вод: адсорбция примесей активированным углем и другими адсорбентами, нейтрализация кислых сточных вод добавлением соды, каустика, фильтрование через доломит (CaCO3, MgCO3) и другие нейтрализующие материалы, замена токсичных и вредных катионов и анионов пропусканием воды через иониты.

Лабораторный опыт. Добавим к дистиллированной воде несколько капель аммиака и 1-2 капли фенолфталеина (для его обнаружения). Цвет раствора – розовый. Затем пропустим полученный раствор через колонку, заполненную катионитами (КУ-2, сульфоуголь и т.д.). Если нет колонки, то в колбу с исходным раствором добавим немного катионита (1-2 г). В обоих случаях окраска исчезает. Для того, чтобы убедиться, что из раствора «ушли» катионы NH4+, а не фенолфталеин, добавим 1-2 капли аммиака, раствор опять станет розовым.

Вопросы и упражнения 1. Проведите анализ состояния знакомых вам водомов. Выявите проблемы эти водомов и установите, чем они обусловлены.

2. Было выпарено 2,5 л воды, при этом получилось 2,9 г сухого остатка. Можно считать данную воду питьевой?

3. Как влияет на БПК и процесс эуторификации озера сброс в него тплой воды из охлаждающей системы завода?

4. Определите БПК в воде объмом 3106 л при попадании в не 30 г мочевины, если е окисление выражается уравнением:

OC(NH2)2 + 4O2 = H2O + CO2 + 2HNO3.

Урок 10. Практическая работа «Определение остаточного хлора в воде»

Вам известно, что для понижения содержания сравнительно легко окисляемых органических и неорганических веществ хозяйственно питьевую воду хлорируют, после чего в воде остатся свободный хлор. В водопроводной воде согласно ГОСТ Р 51232-98 после 30 минутного контакта хлора с водой остаточного хлора не должно быть более 0,5 мг/л и менее 0,3 мг/л. Понятие «активный хлор» охватывает, кроме растворнного молекулярного хлора, и другие соединения хлора – гипохлориты, хлорамины. Если содержание остаточного хлора превышает 0,1 мг/л, то его можно обнаружить качественной реакцией, для чего в одну коническую колбу наливают 200 мл исследуемой воды, а в другую столько же дистиллированной воды. Далее в каждую колбу вносят по 2 мл 2 н серной кислоты и по 0,1 мл 0,2% раствора метилового оранжевого. Если в исследуемой воде остаточного хлора более 0,1 мл/г, то окраска будет слабее по сравнению с окраской в той колбе, где была дистиллированная вода.

Для количественного определения остаточного хлора требуется 0,005 н раствор тиосульфата натрия, 10% раствор иодида калия, 1% раствор крахмала, а также буферная смесь, приготовленная смешиванием равных объмов 1 н растворов уксусной кислоты и ацетата натрия.

Анализ начинают, приливая 100 мл исследуемой воды в коническую колбу на 200 мл. Затем добавляют 5 мл 10%-го раствора йодида калия, мл ацетатной буферной смеси и 1 мл раствора крахмала. Появляется синяя окраска. Раствор титруется 0,005 н тиосульфатом натрия до исчезновения синей окраски раствора. Содержание активного хлора – в мг/л определяем по формуле:

V1 N1 E В, V где V1 – объм раствора тиосульфата, пошедшего на титрование;

N1 – нормальность раствора тиосульфата;

Е – эквивалент хлора (35,45);

V2 – объм исследуемой воды.

Урок 11. Химико-экологические проблемы литосферы Литосфера – внешняя сфера «тврдой части» Земли. Условно можно выделить три химико-экологические проблемы, связанные с литосферой:

1) состояние земных ресурсов (руда, уголь, нефть) и их сбережение;

2) почвенные экосистемы и их загрязнение;

3) утилизация и переработка тврдых отходов.

Все ресурсы Земли, используемые человеком, делят на три группы:

1. Топливные и энергетические ресурсы (энергоносители): уголь, торф, сланцы, нефть, природный газ, ядерное топливо (урановые и ториевые руды), геотермальные воды.

2. Ресурсы металлов.

3. Ресурсы неметаллов.

Для человечества очень важным является знание о запасах, резервах и скорости истощения ресурсов. Запасы – общий предполагаемый объм залежей данного ресурса в недрах Земли. Резервы – объмы ресурса, которые можно эффективно извлечь средствами современной технологии.

Запасы и резервы можно оценить числом лет полного истощения при современных объмах потребления (таблица 6).

Таблица 6. Предположительный срок до полного истощения на Земле некоторых ресурсов (таблица составлена в конце 80-х годов в США).

Платиновые каменный металлы Нефть Уголь Мо Сu Co Ресурсы Аl Ni Время истощения запасов, годы 805 277 429 163 256 413 3226 Время истощения резервов, годы 256 41 109 66 67 225 206 По скорости истощения выделяют две группы ресурсов: первая группа – вещества с высокой скоростью истощения (нефть, цветные и благородные металлы Au, Hg, Sn, Ag, Pb, W, U, Cu, Sb);

вторая группа – вещества с низкой скоростью истощения – каменный уголь, фосфорные руды и металлы (Al, Mo, Mn, Co, Ni, Fe, Ti, Cr). Перед химиками, технологами встат проблема – снизить скорость истощения ресурсов, беречь их. Каковы пути решения этой важнейшей проблемы? Первый путь – это рециркуляция – возвращение «полезной формы» элемента в цикл из малодоступной формы, например, рециркуляция чрных и цветных металлов. При их выделении к первичному источнику (руда) добавляют вторичный (вторсырь) – частично окисленный металл. Рециркуляция не всегда экономически оправдана. В циклах получения металлов использование вторичных ресурсов применяется пока слабо. Другой путь – ресурсосберегающие технологии, при использовании которых отходов практически нет. Раньше при получении цветных металлов из сульфидных руд (после их обжига) оксид серы (IV) выбрасывали в атмосферу, сейчас его используют для получения серной кислоты. Третий путь ресурсосбережения – использование альтернативных материалов.

Например, в электрооборудовании вместо меди используют алюминий (объясните, почему это выгодно), в качестве заменителей металлов применяют пластмассы и т.д.

Поверхность литосферы является областью развития экосистем суши в частности, минерального скелета почвы. Почва – связующее звено между атмосферой, гидросферой, живыми организмами, она играет важную роль в процессах обмена веществом и энергией между компонентами биосферы. В почве постоянно и одновременно протекают физические (испарение конденсация влаги, размельчение), химические (гидролиз солей, окисление веществ) и биологические процессы (в почве живут черви, грибы, бактерии). Многие химические реакции в почве являются биохимическими, т.к. протекают при участии различных бактерий. Например, при участии железоокисляющих бактерий (распространены в заболоченных почвах) происходит окисление солей Fe(II):

4FeCO3 + O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3 + 4CO2.

Именно почвенным микроорганизмам принадлежит важнейшая роль в формировании плодородия почвы, под которым понимают свойство почвы удовлетворять потребности растений в элементах питания и воде.

Плодородие почвы определяется содержанием в них гумусовых веществ, которые, являясь органическими веществами, содержат функциональные группы:

-ОН, С=О, -СООН (как называются классы органических веществ, содержащих эти группы?).

Снижение плодородия почв происходит в результате эрозии и антропогенных загрязнений. Эрозия – явление разрушения и сноса почв и рыхлых пород потоками воды (водная эрозия) и ветром (ветровая эрозия).

Эрозия уносит с полей P, K, Ca, Mg, N гораздо больше, чем их вносится с удобрениями, и разрушает структуру почвы. В результате эрозии продуктивность почв снижается на 35-70%.

Важным фактором антропогенного воздействия на почвенные системы является применение минеральных удобрений. Из всех минеральных удобрений (о них см. «Химия-9», гл. 4, практическая работа №14) наиболее опасно избыточное (несбалансированное) применение азотных удобрений в нитратной форме (NH4NO3, KNO3, NaNO3 и др.).

Избыточное содержание азотных удобрений отрицательно действует на растения, и избыточный азот накапливается в почве в нитратной форме (NO3-). 20-40% нитратного азота легко вымывается из почвы, попадает в водомы и вызывает нарушение равновесия в водных экосистемах (урок данного модуля). Нитрат-ионы могут накапливаться в растениях, а при попадании в организм человека превращаются в нитриты (NO2-), которые, попадая в кровь, дезактивируют дыхательные ферменты и приводят к снижению гемоглобина. Присутствие NO3- в продуктах и в воде можно обнаружить с помощью коричневой кольцевой пробы.

Лабораторный опыт. Исследуемую воду или сок фруктов и овощей приливают к раствору сульфата железа (II) (5-10% раствор) в соотношении 1:1. Затем осторожно, по каплям добавляют концентрированную серную кислоту так, чтобы образовалось два слоя. Если исследуемая проба содержит NO3-, то образуется коричневое кольцо.

Опасными загрязнителями почвы являются пестициды (лат. пестис – зараза + цидо – убиваю). Из почвы пестициды попадают в воду, растения и организм человека. Пестициды (общепринятое собирательное название химических средств защиты растений) классифицируют на инсектициды (уничтожение насекомых), гербициды (против сорняков), фунгициды (для борьбы с грибковыми заболеваниями) и т.д. Сохраняя 18-20% урожая, пестициды – сильнодействующие биологически активные вещества – представляют собой серьзную опасность для человека и биосферы. Особо опасны хлорорганические пестициды – инсектициды ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан), которые, накапливаясь в организмах, отравляют их. ДДТ найден даже в организмах пингвинов. Применение ДДТ в большинстве стран запрещено законом (ДДТ очень медленно разлагается). Гербицид 2,4,5-Т (2,4,5-трихлорфеноксиуксусная кислота) способен также накапливаться в организме, вызывая повреждение печени и изменения генного аппарата. Химики ищут безвредные (или почти безвредные) пестициды и находят. Инсектициды нового поколения – пиретроиды (первоначально выделены из природного материала – ромашки). Например, «децис» (против колорадского жука), синтезирован в 1973 году:

CH H3C O H O C HC H H2C=CH O C N Перед химиками и экологами стоит проблема разработки комплексной системы защиты растений, которая включает: применение экологически безопасных пестицидов, использование биологических методов защиты, разработку и внедрение новых интенсивных технологий возделывания тех или иных культур.

В результате производственной деятельности человека и в быту возникают тврдые отходы: отходы производства и отходы потребления (бытовые отходы), которые так же, как удобрения и пестициды, загрязняют литосферу. Бытовые коммунальные отходы (тара, бумага, обувь, одежда) свозятся на свалки (в Москве ежегодно на свалки вывозятся несколько миллионов тонн тврдых отходов). Городские коммунальные отходы имеют следующий состав (в среднем): бумага – 50%, пищевые отходы – 14%, пластмассы – 10%, металлы – 9%, древесина, зола, грязь – 8%. Поскольку городские свалки представляют заметную опасность для окружающей среды, необходима утилизация отходов.

Отходы в специальных печах при высоких температурах или биологическим способом превращают в органоминеральное удобрения (компостирование). Проектируются и строятся специальные заводы, для переработки бытовых отходов, включающие мусоросжигающие печи (иногда вырабатывающие электроэнергию), установки для компостирования и пиролиза (разложение отходов без доступа воздуха).

Для повышения экологической безопасности отходы предлагается сначала сортировать на фракции: органическую (15-50%), инертную (металлы, керамика 1,5-40%), воду (25-60%). Задача химиков, технологов – разработка новых высоко эффективных химико-технологических процессов переработки бытовых отходов.

Вопросы и упражнения 1. Всем известны слова Д.И. Менделеева «Нефть это не топливо, топить можно и ассигнациями». Прокомментируйте это высказывание как химик-эколог.

2. Процессы нитрофикации, протекающие в почве под влиянием аэробных бактерий, проходят две стадии: окисление аммиака кислородом до азотистой кислоты и окисление азотистой кислоты до азотной.

Напишите уравнения этих реакций и суммарное уравнение реакции.

Рассмотрите их с позиции окислительно- восстановительных процессов.

3. Какие вещества называются пестицидами? Назовите наиболее опасный пестицид, содержащий хлор и широко применяемый в 60-е годы.

4. В качестве нематоцида (вещества для борьбы с паразитическими червями, прежде всего нематодами) можно применять 1,2-дибромэтан.

Напишите формулу и предложите лабораторный способ получения его из этанола.

Урок 12. Практическая работа «Определение нитратов и нитритов в продуктах и воде»

Оборудование и реактивы: риванол, соляная кислота аптечная, цинк (порошок), оксафенамид, растворимый стрептоцид, гидрокарбонат натрия, физиологический раствор, водный раствор бихромата калия (1%), пробирки, стаканы, пипетки, колба коническая.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.