ФАКУЛЬТАТИВ ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ

Факультатив

Химические основы экологии

Гогова Т.А.

Учитель химии МБОУ «Никольская СОШ» Лаишевского муниципального района Республики Тататрстан

Пояснительная записка

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 мною разработан факультатив «Химия и экология» знакомящий учащихся с предлагаемой проблематикой. Факультатив разработан в качестве дополнения к программе школьного курса химии О.С. Габриеляна, но также может использоваться в качестве предпрофильного химического или биологического курса. Надеюсь, что факультатив будет полезен для учителей химии и биологии, увлеченных проблемами экологии.

Программа факультатива «Химия и экология»

Основные понятия экологии: среда обитания, экологические факторы, биосфера и её 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 отдалёнными последствиями (канцерогенное, мутагенное). Нормирование загрязнений окружающей среды, понятия и критерии нормирования: ЛД₅₀ (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 её 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 тяжёлых 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 тяжёлых металлов - свинца, цинка, меди и др.

Практикум

1. Воздействие табачного дыма на организм человека.

2.Определение нитратов и нитритов в продуктах и воде.

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

Тематическое планирование

Занятие 1-2. Основные понятия экологии, взаимодействие химии и экологии (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 её ключевым фактором национального благосостояния. Но в последнее время нам всё 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 её 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 своём труде «Всеобщая морфология организмов», изданном в 1866 году, по-видимому, впервые ввёл 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 всё 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», введённое 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, объединённые 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 привёл 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 её 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 пчёл 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.).

Рис. 1. Роль химии в решении экологических проблем.

Взаимодействие экологии и химии отражается в том, что сегодня всё 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 её 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».

Занятие № 3-4 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 водоёмов 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 серьёзное 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 счёт 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.

Под загрязнением окружающей среды понимают поступление в природную среду любых веществ (газ, жидкость, твёрдое 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 счёт перемещений (миграции) (рис. 3).

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 неопределённого 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 25000 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 серьёзные 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 - ССl₃ (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 (SO₂ - 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 чём отличие полютантов от ксенобиотиков? Приведите примеры веществ, относящихся к каждой из этих групп.

3. При содержании оксида углерода (IV) в воздухе более 4% (объёмные доли) происходит раздражение дыхательных путей, наблюдается шум в ушах. Произойдёт 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 развёрнутый ответ.

Занятие № 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 её конец на лист белой бумаги и силой выдавите находящуюся в груше смесь. Бумага почернела (почему?). Не разжимая груши, вновь присоедините её 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). Извлечённую 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.

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.

Занятие № 6-7 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 чёрного 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, загрязнённая ионами свинца. Теперь вспомните, какие способы выражения состава раствора вы знаете. Кроме массовой доли (w), в химии применяют часто молярную концентрацию:

а иногда и массовую концентрацию:

г/л, мг/л.

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 определённую 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. Ещё 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. ПДК_р.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. ПДК_м.р. - максимальная разовая концентрация вредных веществ в воздухе населённых 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 населённых мест.

4. ВДК - временная допустимая концентрация химического вещества в воздухе рабочей зоны, установленная расчётным путём (мг/м³).

Показатели, используемые для санитарной

оценки водоёмов.

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

2. ПДК_в.р. - предельно допустимая концентрация загрязнителей в водоёме, используемом для разведения рыб.

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

4. ХПК - химическая потребность в кислороде, определённая 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. ПДК_п. - 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 ПДК_р.з.,

3) корректировка ПДК_р.з. путём анализа условий труда.

Обоснование ПДК_р.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.

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

Таблица 3. Величины ПДК_р.з. и ПДК воды

Вопросы и упражнения

1. Чем принципиально отличаются ПДК и ЛД₅₀? Что у них общего?

2. Какой объём бензола можно выставить на стол в лаборатории объёмом 50 м³ с учётом того, что если склянка разобьётся и бензол весь испарится, ПДК_р.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 проведён 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?

Занятие №8 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.

Нитраты в продуктах восстанавливаются цинком до нитрит-ионов, которые диазотируют риванол с образованием окрашенного соединения. Для того, чтобы по интенсивности окраски оценить содержание нитратов, допустим, что в продукте содержится предельно допустимая концентрация нитрата, и разбавим пробу так, чтобы концентрация нитрата в ней сравнялась с пределом обнаружения нитрата этим методом. Если концентрация нитратов превышена, то раствор окрашивается в бледно-розовый цвет. Во сколько раз следует разбавить пробу, легко рассчитать по формуле:

х =А_ГОСТ / МК +I, где х - число раз, в которое следует разбавить пробу, А_ГОСТ -допустимые нормы нитратов для исследуемых продуктов в соответствии с государственными стандартами на эти продукты, М - предел обнаружения этим методом, К - табличный коэффициент содержания влаги в продукте, I = 1; М = 20 мг/л, К для огурцов, томатов, редиса, салата, арбузов равно 0,9; для картофеля, фруктов - 0,8; для мяса - 0,5.

Проведение опыта

Определите содержание нитратов в овощах и фруктах следующим образом. Приготовьте солянокислый раствор риванола: одну таблетку риванола при нагревании растворите в 200 мл аптечной соляной кислоты. Приготовьте разбавленный сок исследуемого продукта, разбавление проведите по формуле (1). К 2 мл разведённого сока добавьте 1 мл солянокислого раствора риванола и цинковый порошок на кончике штапеля.

Наблюдайте окраску раствора: если в растворе содержится больше 20 мг/л нитратов, то жёлтая окраска раствора постепенно исчезает и сменяется розовой, это означает, что нормы нитратов в этом продукте превышены.

Таблица 7. Предельно допустимое содержание нитрат-ионов в овощах и фруктах (мг/кг)

Занятие № 9 Конференция (итоговая беседа)

«Состояние окружающей среды»

В качестве одного из вариантов заключительного занятия предлагается проведение научно-практической конференции «Состояние окружающей среды (в населённом пункте, области, городе и т.п.)». Доклады учащихся могут содержать как сведения о состоянии окружающей среды, так и экспериментальные данные, полученные учениками в процессе проведения практических занятий. В программу конференции можно включить и доклады по теоретическим проблемам экологической химии.

Примерный перечень тем для докладов учащихся

на научно-практической конференции

1. «Природоохранное законодательство и нормативное обеспечение деятельности в области охраны окружающей среды» (составляется на основе ежегодных докладов Государственного комитета по охране окружающей среды «О состоянии окружающей природной среды Калужской области»).

2. «Методы химического и физико-химического анализа в экологическом мониторинге» (по результатам экскурсии на ЦГСЭН).

3. «Состояние атмосферного воздуха в городе (населённом пункте)». Составляется на основе ежегодных докладов «О состоянии окружающей природной среды Калужской области».

4. «Состояние поверхностных и подземных вод в области (районе)». Составляется на основе ежегодных докладов «О состоянии окружающей природной среды Калужской области».

5. «Что нужно знать о продуктах, которые мы употребляем в пищу». Составляется на основе статей В.М. Назаренко в журнале «Химия в школе» за 1993-1997 гг. по данным ЦГСЭН.

6. Сообщения по результатам практических работ.

• Содержание остаточного хлора в воде (реки, источника …)

• Содержание нитратов в воде (реки, колодца).

Литература

1. Агесс П. Ключи к экологии. Л.: Гидрометиздат, 1982. 96 с.

2. Заиков Г.Е., Маслов С.А., Рубайло. Кислотные дожди и окружающая среда. - М.: Химия, 1991. - 140 с..

3. Кузьменок Н.М., Стрельцов Е.Н., Кумачёв А.И. Экология на уроках химии. - Минск: Красико-принт, 1996. - 205 с.

4. Назаренко В.М. Химия в школе (1993-1997 гг.) - статьи почти во всех номерах журнала за эти годы.

5. Никифорова Г.П., Жегин А.Ю. Экология и химия. - М.: Наука, 1994. - 78 с.

6. Пальгунов П.П., Сумароков М.В. Утилизация промышленных отходов. - М.: Стройиздат, 1990. - 347 с.

7. Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Мизити А. Введение в экологическую химию. - М.: Высшая школа, 1994. - 399 с.

8. Химия окружающей среды. - М.: Химия, 1982. - 670 с.