Сценарий внеклассного мероприятия Тяжелые металлы - друзья или враги?

Цели: создание здоровьесберегающих условий для:

- расширения сведений о металлах; формирования целостного естественнонаучного мировоззрения учащихся на основе межпредметных связей между химией и биологией;

- развития познавательного интереса к предмету; развититя речи, навыков публичных выступлений;

- воспитания экологической культуры, потребности в ведении здорового образа жизни.

План:

• Знакомство с проблемой;

• Источники загрязнения окружающей среды ртутью;

• Опасность ртути;

• Действие ртути на организм человека;

• Использование ртути в древности и на современном этапе;

• Источники загрязнения окружающей среды свинцом;

• Действие свинца на организм человека. Применение свинца;

• Биологическая роль цинка;

• Биологическая роль меди;

• Выводы;

• Опыт "Связывание ионов тяжелых металлов катехинами и дубильными веществами чая, молоком, белком куриного яйца";

• Рефлексия. Игра со зрителями.

Термин "тяжелые металлы" связан с их высокой относительной атомной массой. К ним относятся более 40 химическаких элементов периодической системы Д.И.Менделеева, масса которых составляет более 50. Эта характеристика обычно отождествляется с представлением о высокой токсичности. С другой стороны, эта группа элементов активно участвует в биологических процессах, входя в состав многих ферментов. Группа "тяжелые металлы" во многом совпадает с понятием "микроэлементы", куда входят свинец, цинк, кадмий, ртуть, молибден, хром, марганец, никель, олово, кобальт, титан, медь, ванадий. Двоякая роль тяжелых металлов и обусловила наш интерес к ним.

Источники поступления тяжелых металлов:

• природные (выветривание горных пород и минералов, эрозийные процессы, вулканическая деятельность);

• техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, движение транспорта, сельскохозяйственная деятельность). Пример: один котлоагрегат современной ТЭЦ, работающей на угле, за год выбрасывает в атмосферу в среднем 1-1,5 т паров ртути.

Пути попадания тяжелых металлов в окружающую среду:

• атмосферный. В виде аэрозолей органические и неорганические соединения тяжелых металлов присутствуют в воздухе, как результат сжигания дизельного топлива.

• водный. Сточные воды предприятий металлургической, химической, фармацевтической, горнодобывающей промышленности содержат соединения тяжелых металлов в форме взвешенных частиц, коллоидных частиц и растворимых соединений;

• через почву. К нему приводит использование удобрений из шламов, полученных из промышленных и канализационных сооружений.

Тяжелые металлы накапливаются в почве, особенно в верхних гумусовых слоях, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии почв. Период полуудаления составляет продолжительное время: для цинка 70-510 лет от начальной концентрации, для кадмия - 13-110 лет, для меди - 310-1500 лет, для свинца - 740- 5900 лет. Тяжелые металлы способны мигрировать. Так, например, ртуть может аккумулироваться в звеньях «пищевой цепи»: некоторые микроорганизмы почвы могут давать устойчивые к ртути популяции, которые превращают ртуть в токсические для высших организмов вещества. Некоторые водоросли, грибы и бактерии способны аккумулировать ртуть в клетках.

Ртуть и свинец входят в общий перечень наиболее важных загрязняющих веществ окружающей среды, согласованный странами, входящими в ООН. Остановимся подробнее на этих веществах.

Пути проникновения тяжелых металлов в организм человека:

• через легкие;

• через кожу;

• через желудочно-кишечный тракт.

Источники загрязнения окружающей среды ртутью:

1. Ртутные пары выделяются в воздух при об­жиге руд, содержащих медь, известняков, цементном производстве, сжигании угля. Установлено, что в некоторых сортах угля содер­жится от 0,012 до 33 частей ртути на миллион частей угля, причем в золе такого угля может оставаться до 10% ртути, а остальная ртуть улетучивается в атмосфе­ру. В небольшом количестве ртуть содержится и в де­реве, при сжигании которого она также поступает в воздух.

Среднегодовые концентрации ртути в воздушном про­странстве над территорией Беларуси в конце 80-х - начале 90-х гг. колебались в пределах от 5 до 17 нг/м³ (для сравнения - наиболее высокие концентрации ртути в этот период на территории бывшего СССР отмеча­лись в среднеазиатском регионе и составляли 24-41 нг/м³).

Глобальные выпадения ртути приводят к фоновому загрязнению почв, поверхностных вод и растительнос­ти. В дальнейшем через пищевые цепи ртуть может попадать в организм человека. Из растительности, спо­собностью концентрировать тяжелые металлы, в том числе и ртуть, отличаются мхи и лишайники. Поэтому в организме северных оленей содержится ртути в 10 - 100 раз больше, чем в организме оленей умеренных широт.

Диапазон содержания тяжелых металлов в тканях жи­вотных довольно велик и это определяется не только различным загрязнением среды, но спецификой эко­логических связей этих животных, в частности типом питания. Увеличение концентрации тяжелых металлов в тканях животных, как правило, возрастает в ряду растительноядные - всеядные - плотоядные. Наиболь­шие уровни загрязнения ртутью встречаются у рыбо­ядных животных.

2. Загрязнение почвы и поверхностных вод ртутью во многих случаях связано не только с ее глобальными выпадениями, но и с использованием в сельском хо­зяйстве ртутноорганических пестицидов (гранозан, меркуран и др.), сбросом сточных вод химических и других производств. Например, представляет опасность загряз­нение окружающей среды ртутью, содержащейся в сточ­ных водах электролитических ванн получения хлора и гидроксида натрия (в этом крупнотоннажном произ­водстве ртуть используется в качестве катода), при про­изводстве синтетической уксусной кислоты (катализатор - соли НgS), сточных водах в химико-фармацевтичес­кой промышленности, выпускающей ртутьсодержащие препараты. Установлено, что около 80% ртути, посту­пающей в природные водоемы находится в растворен­ной форме, что в конечном итоге способствует ее распространению на большие расстояния вместе с по­токами воды. Накопление ртути наблюдается в донных отложениях, особенно в устьях рек.

3. Очень часто отравления ртутью происходят в поме­щениях при неправильной эксплуатации различных приборов и устройств, содержащих металлическую ртуть (термометры, барометры, манометры, диффузионные вакуум-насосы, люминесцентные и ртутно-кварцевые лампы и т.д.). При наличии открытой поверхности ме­таллической ртути, возможно попадание ее паров в воз­дух помещения, поскольку ртуть заметно летуча уже при комнатной температуре и в 1 см³ воздуха, насыщенно­го парами ртути, содержится 0,014 г металла. Серьез­ную опасность здоровью людей представляют пары ртути в жилых помещениях, образующиеся при раз­герметизации легко бьющихся стеклянных термомет­ров. При попадании на пол ртуть может скапливаться в щелях полов, под линолеумом, карнизами, причем, медленно испаряясь, она будет постоянно отравлять воз­дух в помещении. Ртуть аккумулируется в организме, поэтому при продолжительном воздействии даже в не­значительных количествах, она может вызвать тяжелое отравление. Характерными признаками ртутного отрав­ления являются слюнотечение, вялость, бессонница, ос­лабление памяти, может возникать общее подавленное состояние и нервное расстройство. Однако на опасность отравления парами ртути в жилых помещениях часто обращают мало внимания. Вследствие массового про­изводства легкобьющихся стеклянных ртутных термо­метров в биосферу поступает значительное количество ртути. Так, в Беларуси в настоящее время насчитывается около 3 млн. семей. Как правило, в каждой семье имеется несколько ртутных термометров. При разгер­метизации одного термометра выделяется в среднем около 2 г ртути. Поэтому, если в каждой семье разо­бьется хотя бы один термометр, общее количество рту­ти, поступившей в биосферу, составит около 6 т.

4. Экологическую опасность представляют отработан­ные первичные элементы - химические источники тока одноразового использования (в быту называемые «ба­тарейками»). Во всех первичных элементах с цинко­вым анодом (марганцево-цинковых, медно-цинковых, серебряно-цинковых и др.) применяют ртуть как ин­гибитор коррозии. Ежегодно в Беларусь поступают миллионы таких первичных элементов. Вышедшие из строя первичные элементы никто не собирает. В ре­зультате тысячи тонн диоксида марганца, цинка и рту­ти, а также огромное количество других химических веществ ежегодно попадают на свалки и прилегающие к ним территории, тогда как во многих западных стра­нах организованы сбор и захоронение ртутьсодержащих элементов в специальных хранилищах.

5. В последние годы санитарная служба города Минска бьет тревогу: напряженная ситуация в Беларуси сло­жилась и с утилизацией ртутьсодержаших люминесцен­тных ламп. В связи с изменившимися экономическими условиями созданные ранее предприятия не в состоя­нии обеспечить их сбор и переработку. А ведь эти лам­пы могут вносить существенный вклад в загрязнение окружающей среды Минска ртутью.

Опасность ртути

Из всех соединений ртути особенно опасны легкорастворимые и легко диссоциирующие ее соли, например НgС1₂ - сулема; ее смертельная доза при попадании в желудок составляет от 0,2 до 0,5 г. Но так ли опасна металлическая ртуть? Ведь в некоторых книгах пишут даже, что раньше ее использовали для лечения... заворота кишок. Действительно, металлическая ртуть - малоак­тивный металл, с желудочным соком не реагирует и выводится из желудка и кишечника почти полностью. В чем же ее опас­ность? Оказывается, ртуть легко испаряется, а ее пары, попадая в легкие, полностью задерживаются там и вызывают впоследст­вии отравление организма, хотя и не такое быстрое, как соли ртути. При этом происходят специфические биохимические ре­акции, окисляющие ртуть и превращающие ее в растворимые ядовитые соединения. Ионы ртути прежде всего реагируют с SН-группами белковых молекул, среди которых - важнейшие для организма белки-катализаторы - ферменты. Могут ионы Нg²⁺ также реагировать с белковыми группами - -СООН, -NН₂ с образованием прочных комплексов - металлопротеидов. Более того, циркулирующие в крови «свободные» атомы ртути, попав­шие туда из легких, также образуют соединения с белковыми мо­лекулами. Нарушение нормальной работы белков-ферментов приводит к глубоким нарушениям в организме, и прежде всего - в центральной нервной системе, а также в почках.

Другой возможный источник отравления - органические производные ртути, в которых ее атомы связаны с метильными радикалами -СНз. Эти чрезвычайно ядовитые и легколетучие про­изводные образуются в результате так называемого биологичес­кого метилирования. Оно происходит под действием микроорга­низмов, например плесени, и характерно не только для ртути, но я для мышьяка, селена, теллура. Если при неосторожной работе соединения этих элементов случайно попадут внутрь, они начнут выделяться, в том числе при дыхании, в виде зловонных газооб­разных диметилпроизводных, так что соседство с таким химиком будет трудно выносимым! Но это, оказывается, не самая большая неприятность, которую может причинить биологическое метили­рование ртути. Ртуть и ее неорганические соединения широко ис­пользуются на многих производствах, например при электроли­тическом получении хлора и гидроксида натрия. Эти вещества со сточными водами попадают на дно водоемов. Обитающие там микроорганизмы превращают их в диметилртуть (СН₃)₂Нg, кото­рая относится к числу наиболее ядовитых веществ. Диметил­ртуть далее легко переходит в водорастворимый катион НgСНз⁺ Оба вещества поглощаются водными организмами и попадают в пищевую цепочку - сначала они накапливаются в растениях и мельчайших организмах, затем - в рыбах. Метилированная ртуть очень медленно выводится из организма - месяцами у людей и годами у рыб. Поэтому концентрация ртути вдоль био­логической цепочки непрерывно увеличивается и в рыбах-хищ­никах, которые питаются другими рыбами, ртути может оказать­ся в тысячи раз больше, чем в воде, из которой она выловлена. Именно этим объясняется так называемая «болезнь Минамата» - по названию приморского города в Японии, в котором за несколько лет от отравления ртутью умерло 50 человек и многие Родившиеся дети имели врожденные уродства. Опасность оказа­лась настолько велика, что в некоторых водоемах пришлось при­остановить лов рыбы - настолько она оказалась «нашпигован­ной» ртутью. Страдают от поедания отравленной рыбы не только люди, но и рыбы, тюлени.

Действие ртути на организм человека

Содержание ртути в организме человека оценивается от 2,0*10^-7 до 5,0*10^-6 (% от сырой массы), т.е. 0,14 - 3,5 мг (от средней массы человека 70 кг). Ртуть обнаруживается в головном мозге, крови, мышцах, печени, почках щитовидной железе.

Для ртутного отравления, в том числе и парами, характерны головная боль, покраснение и набухание десен и появление на них характерной темной каймы сульфида ртути, набухание лим­фатических и слюнных желез, расстройства пищеварения. При легком отравлении через 2-3 недели нарушенные функции ор­ганизма восстанавливаются по мере выведения ртути из организ­ма (эту работу выполняют в основном почки, железы толстых кишок и слюнные железы).

Если поступление ртути в организм происходит очень малыми дозами, но в течение длительного времени, наступает хроническое отравление. Для него характерны прежде всего повышенная утом­ляемость, слабость, сонливость, апатия, головные боли и голово­кружения. Как видно, эти симптомы очень легко спутать с прояв­лением других заболеваний или даже с недостатком витаминов. Поэтому распознать такое отравление непросто. Из других прояв­лений ртутного отравления следует отметить психические рас­стройства: повышенная возбудимость, вегетативные сдвиги, проявляющиеся в непроизвольном движении мышц лица с его покраснением. Отравление проявляется в потливости и красном дермографизме (при слабом нанесении штриха на коже появляется красная полоса). При хроническом отравлении появляется так называемый ртутный тремор - вначале мелкое дрожание пальцев рук, затем резкое усиление, дрожание всего тела, непроизвольные движения, расстройство речи, изменение походки. Раньше проявления ртутного отравления называли «болезнью шляпников», так как для размягчения шерсти, из которой изготовляли фетровые шляпы, использовали нитрат ртути Нg(NО₃)_2. Это расстройство описано в книге Льюиса Кэрролла «Алиса в стране чудес» на при­мере одного из персонажей - Сумасшедшего Шляпника.

Лечение при отравлении ртутью включает покой, прием антидотов и витаминов. Рекомендуют принимать яичный белок и молоко. Содержащиеся в этих продуктах булки связывают ртуть, локализуют ее в полости желудка, а затем выводят из организма.

Опасность хронического отравления ртутью возможна во всех помещениях, в которых металлическая ртуть находится в сопри­косновении с воздухом, даже если концентрация ее паров в воз­духе очень мала - порядка 0,01 мг/м³, то есть на уровне пре­дельно допустимой концентрации или даже ниже ее.

Но если ртуть настолько ядовита, то как же быть с зубными пломбами - так называемыми амальгамными, в состав которой входит ртуть? Ведь эти пломбы очень прочны и могут оставаться во рту чуть ли не всю жизнь. Значит, всю жизнь человек носит во рту яд?

Зубной врач делает амальгаму непосредственно перед тем, как поставить пломбу, добавляя ртуть из специального дозатора к сплаву, содержащему около 70% серебра, 26% олова и немно­го меди и цинка, после чего смесь тщательно растирается. В го­товой пломбе после отжима излишка жидкой ртути ее остается примерно 40%. Эти интерметаллические соединения при температуре человеческого тела твердые, нелетучие и со­вершенно безопасные. Есть, однако, у этих пломб одна неприят­ная особенность. Если зубом с амальгамной пломбой надкусить алюминиевую фольгу (например, не полностью развернутой шо­коладки), то при контакте активного металла алюминия с малоактивными металлами, из которых сделана пломба, может возникнуть острая боль. Фактически во рту образуется электро­химический элемент, в котором алюминий служит анодом, а пломба - катодом. Электролитом же является слюна. Конечно, ток этот элемент дает очень слабенький, но зубной нерв все равно его чувствует. Понятно, что это может произойти только в том случае, если зуб не был ранее депульпирован, т.е. из него не удаляли нерв. К счастью, подобное совпадение обстоятельств, видимо, настолько редко, что, хотя это явление и описано в ли­тературе, вряд ли кто-нибудь из читателей когда-либо испытал его на себе.

Немного истории…

Все это стало известно сравнительно недавно, а в прошлом со ртутью обращались довольно беспечно. О ртути знали древние ин­дийцы, китайцы, египтяне. Греческий врач Диоскорид, живший в I веке н.э., дал ей название hydrargyros, т.е. «водяное серебро». Близкое по значению название - Quecksilber (т.е. «подвижное се­ребро») сохранилось в немецком языке (интересно, что Quecksilbering по-немецки означает «непоседливый»). Старинное английское на­звание ртути - Quicksilver («быстрое серебро»).

Ртуть и ее соединения в древности использовались в медици­не, а также для приготовления красок. Но были и довольно не­обычные применения. Так, в середине X века мавританский ко­роль Абд ар-Рахман III построил дворец близ Кордовы в Испании, во внутреннем дворике которого был фонтан с непре­рывно льющейся струей ртути (напомним, что богатые месторож­дения ртути в Испании были известны с древности и по добыче ртути Испания до сих пор занимает ведущее положение). Еще оригинальнее был другой король, имя которого история не сохра­нила: он спал на матрасе, который плавал в бассейне из... ртути! Ртутью травились не только короли, но и многие ученые, в числе которых был Исаак Ньютон (одно время он очень интересовался алхимией). Да и в наши дни небрежное обращение со ртутью не­редко приводит к печальным последствиям. Из всего сказанного следует, что пролитую в помещении ртуть надо собирать самым тщательным образом. Особенно много паров образуется в том случае, если ртуть рассыпалась на множество мельчайших капе­лек, которые забились в различные щели, например между плит­ками паркета. Поэтому все эти капельки необходимо собрать. Лучше всего это сделать с помощью оловянной фольги, к которой ртуть легко прилипает, или же промытой азотной кислотой мед­ной проволочкой. А те места, где ртуть еще могла бы задержать­ся, заливают 20%-ным раствором хлорного железа. Хорошая профилактическая мера против отравления парами ртути - тщательно и регулярно, в течение многих недель или даже ме­сяцев, проветривать помещение, где была пролита ртуть.

Применение ртути в медицине

- Хлорид ртути (I) - Н₂Сl₂ (каломель) - белое вещество без вкуса и запаха, плохо растворима в воде, спирте и эфире. Медленно разлагается под действием света. Применяют наружно в виде мази при заболеваниях роговицы глаза.

- Хлорид ртути (II), НgСl₂ (сулема) - белый порошок, который растворяется в воде, спирте, эфире, ацетоне, а также легко сублимируется. Сулема - очень ядовитое вещество. Легко всасываясь через кожу и слизистые оболочки, она может вызывать тяжелые отравления. Поэтому при работе с данным препаратом следует соблюдать большую осторож­ность. Применяется в виде растворов (1:1000) для дезинфекции белья, стен помещения, предметов ухода за больными и т. д.

Применение ртути в различных областях промышленности

То, что ртуть ядовита, знают все. Недаром не только соединения ртути, например сулема, но и металлическая ртуть не должны использоваться в школьных кабинетах химии или физики. В то же время ртуть находит очень широкое применение во многих производствах (один ученый насчитал их около 3 тысяч!). Метал­лическую ртуть используют в электрических контактах - пере­ключателях; для заполнения вакуумных насосов, выпрямителей, барометров, термометров, ультрафиолетовых ламп; в производст­ве хлора и едкого натра (ртутные катоды); при изготовлении сухих элементов (в них содержится оксид ртути, либо амальгама цинка и кадмия); при пломбировании зубов и т.д. - список можно продолжать очень долго.

Источники загрязнения окружающей среды свинцом:

1. Поставщиком свинца в биосферу являются различ­ные производства и, в частности, цветная металлургия. В 1988 г. ее выбросы в бывшем СССР составили 7,2 тыс. т. Соединения свинца попадают в окружающую среду при добыче свинцовых руд, выплавке свинца, при производстве аккумуляторов и в полиграфии, ис­пользовании в сельском хозяйстве инсектицидов, со­держащих арсенат свинца и т.д. Опасности свинцового отравления подвержены люди, работа которых в той или иной степени связана с использованием свинца и его соединений. Например, отравление организма че­ловека свинцом может происходить при очистке и ре­монте телефонных кабелей, применении свинцовых изделий для радиационной защиты, шлифовке и ог­ранке свинцового стекла, использовании театрального грима и т.д. Отравление свинцом представляет опреде­ленную опасность при употреблении в пищу консер­вированных продуктов, поскольку технология получения многих консервных банок включает операцию пайки швов, для чего наряду с оловом используется свинец.

2. Одним из основных поставщиков свинца в окружа­ющую среду является автомобильный транспорт. Для повышения октанового числа бензина в него в качест­ве антидетонатора добавляют тетраэтилсвинец (С₂Н₅)₄Рb, загрязняющий в дальнейшем окружающую среду свинцом.

Таким путем ядовитые свинцовые соединения попа­дают в атмосферу (вблизи автострады соединения свинца создают аэрозоли с концентрацией 10-50 мкг/м³), осе­дают на почву и растительность вдоль дорог. С разви­тием автотранспорта количество свинца, выбрасываемого с выхлопными газами, непрерывно возрастает. Приме­ром тому может служить количество свинца, извлечен­ное с техногенной полосы вдоль автомобильной трассы длиной и шириной 100 м. Оно составило 11,6 кг, при­чем большая часть свинца находилась в почве не глуб­же 10 см.

Осознание того, что загрязнение свинцом приняло угрожающие размеры заставило в последнее время раз­рабатывать альтернативные антидетонаторы, не оказы­вающие отрицательного влияния на окружающую среду.

3. Значительная доля (до 70%) потребляемого свинца в промышленно развитых странах применяется в свин­цовых аккумуляторах, ежегодный выпуск которых со­ставляет миллионы штук. Огромную экологическую опасность представляют отработанные свинцовые ак­кумуляторы, не поступившие на пункты сбора. В ряде случаев они являются причиной чрезвычайно высоко­го локального загрязнения почв и водоемов в течение продолжительного времени.

Действие свинца и его соединений на организм человека

Свинец является ядом, который действует на все живое. Симптомами заболевания при отравлении свин­цом являются изменения в крови и сосудах, расстрой­ство нервной системы, паралич конечностей. Это заболевание было распространено в Новой Англии в 18 в., где при перегонке рома использовались свинцовые змеевики. Считают, что одной из причин упадка Рим­ской империи явилось отравление соединениями свин­ца высших слоев римского общества, использовавших для питья воду, протекавшую по трубам свинцового водопровода.

Проникнув в организм, свинец попадает в различ­ные внутренние органы, а затем в кости, где отлагает­ся в виде нерастворимого фосфата. Нерастворимый фосфат свинца может перейти в растворимый дигидрофосфат , что влечет за собой мобилизацию свинца из костей в кровь и возникновению вспышки отравле­ния. Все соединения свинца действуют в общем сход­но. Некоторое отличие в силе токсичности и быстроте действия тех или иных соединений объясняют в ос­новном неодинаковой растворимостью их в жидкостях организма, например, в желудочном соке. Токсическое действие соединений свинца усиливается и тем, что свинец аккумулируется в организме.

Острое от­равление развивается при однократ­ном поступлении свинца в дозах: для взрослых 100-120 мг/мл воды, для детей 80-100 мг/мл воды. При ост­ром отравлении может наступить смертельный исход. Хроническое от­равление развивается при постоянном употреблении свинца в малых дозах. Он имеет свойство накапливаться в тканях организма, и симптоматика отравления появляется при достиже­нии концентрации свинца в крови 40-60 мг/100 мл. Проявляется при­знаками поражения центральной и периферической нервной системы, кишечника, почек.

Содержание свинца в организме составляет 5*10^-5 - 1*10^-6 % от сырой массы. Свинец отклады­вается практически во всех органах и тканях (особенно много в волосах, ногтях, слизистой оболочки десен, так называемая свинцовая кайма на дес­нах). Основной механизм действия свинца на организм заключается в том, что он блокирует ферменты, уча­ствующие в синтезе гемоглобина, в результате чего красные кровяные тельца не могут переносить кислород, развивается анемия и хроническая недостаточность кислорода. У детей избыток свинца приводит к развитию рахита, замедлению умственного и физического развития, снижению ос­троты слуха. Допустимая доза свин­ца в питьевой воде - 0,01 мг/л.

Применение соединений свинца в медицине

В медицинской практике в вяжущего и антисептического средства применяются ацетат свинца (0,25-0,5 %-ный раствор), свинцовая вода (сильноразбавленный раствор ацетата свинца), дерматол (в его состав также входит ацетат свинца). Эти препараты используются при лечении воспалительных заболеваний кожи и слизистых оболочек.

Биологическая роль цинка.

Цинк является одним из важнейших металлов при изучении проблемы загрязнений, так как широко распространен в мире и обладает токсическими свойствами. Цинк легко проникает в морскую воду и океан через сеть поверхностных и грунтовых вод.

Физиологическое влияние цинка заключается в действии его как активатора ферментов. В больших количествах он вызывает рвоту, эта доза составляет примерно 150 мг для взрослого человека. Цинка в виде различных соединений в организме со­держится 2,5 г. Цинк - незаменимый микроэлемент, он является составной частью многих ферментов, которые активизируют процессы дыхания клеток и тканей, реак­ции гидролиза и переноса групп; находится в виде комп­лексных соединений, связанных с белками. Соединения цинка применяются в медицине как вяжущие и антисеп­тические средства.

Цинковый купорос ZnSО₄ * 7Н₂О применяют при конъ­юнктивитах (глазные капли - 0,1-0,25-0,5 %) при ка­таральном ларингите (смазывание или пульверизация 0,25-0,5 % раствором).

Оксид цинка применяется наружно - в присыпках, пастах (например, паста Лассара), суспензиях, мазях (цин­ковая мазь), препарат оказывает вяжущее действие. Сме­шивая оксид цинка с фосфорной кислотой, получают зуб­ной цемент.

И вместе с тем многие соединения цинка, прежде всего его сульфат и хлорид, токсичны. Цинк - один из важных микроэлементов. И в то же время избыток цинка для растений вреден.

Биологическая роль цинка двояка и не до конца выяснена. Установлено, что цинк - обязательная составная часть фермента крови, карбоангидразы. Этот фермент содержится в эритроцитах. Карбоангидраза ускоряет выделение углекислого газа в легких. Кроме того, она помогает превратить часть СО₂ в ион НСО₃^-, играющий важную роль в обмене веществ.

Но вряд ли только карбоангидразой ограничивается роль цинка в жизни животных и человека. И если бы было так, то трудно было бы объяснить токсичность соединений этого элемента.

Известно, что довольно много цинка содержится в яде змей, особенно гадюк и кобр. Но в то же время известно, что соли цинка специфически угнетают активность этих же самых ядов, хотя, как показали опыты, под действием солей цинка яды не разрушаются. Как объяснить такое противоречие? Считают, что высокое содержание цинка в яде - это то средство, которым змея от собственного яда защищается. Но такое утверждение еще требует строгой экспериментальной проверки. Ждут выяснения и многие тонкие детали общей проблемы "цинк и жизнь"...

Биологическая роль меди

Уровень меди в природной воде довольно низок, но использова­ние меди в составляющих водопрово­да может значительно повышать ее концентрацию в питьевой воде. Кон­центрация меди более 3 мг/л может вызвать острое нарушение функции ЖКТ - тошноту, рвоту, понос. У людей, перенесших заболевания пе­чени, например вирусный гепатит, обмен меди нарушен, и длительное употребление меди с водой может способ­ствовать развитию цирроза печени. Особенно чувствительны к повышенной концентрации меди в воде груд­ные дети, находящиеся на искусст­венном вскармливании. У них еще в младенческом возрасте при употребле­нии такой воды может развиться цирроз печени. Недостаток в организме меди вызывает деструкцию кровеносных сосудов. Кроме того, считают, что его дефицит служит причиной раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение раком легких у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным снижением меди в организме. Однако избыток меди приводит к нарушению психики и параличу некоторых органов (болезнь Вильсона).

Для человека вред причиняет лишь большие количества соединений меди. В малых дозах они используются в медицине как вяжущее и бактериостазное средство. Медь - жизненно важный микроэлемент. В организме человека ее содержится около 100 мг в виде различных соединений ионов Сu⁺ и Сu²⁺. Медь входит в состав медьсо­держащих белков, является комплексообразователем в металлоферментах и металлопротеинах. Ионы меди катали­зируют окислительно-восстановительные реакции, участву­ют в переносе электронов, выполняют в ферментах струк­турную функцию, стимулируют кроветворение, повышают эффективность ряда лекарств, связывают микробные ток­сины. Недостаток меди в организме вызывает анемию.

Сульфат меди (ΙΙ) CuSO₄ используют при лечении конъюнктивитов в виде глазных капель (0,25% -ный раствор), а также для прижиганий при трахоме в виде глазных карандашей (сплав сульфата меди(ΙΙ), нитрата калия, квасцов и камфоры). При ожогах кожи фосфором производят ее обильное смачивание 5%-ным раствором сульфата меди (ΙΙ).

Выводы

Таким образом, на примере некоторых тяжелых металлов мы рас­смотрели, как в результате хозяйственной деятельнос­ти человека происходит процесс интенсивного рассеивания металлов в окружающую среду, что пред­ставляет серьезную угрозу для нормального функцио­нирования биосферы и здоровья людей. Процесс рассеивания, к сожалению, происходит с большинст­вом используемых человеком металлов. Ежегодно в ре­зультате процессов коррозии миллионы тонн железа рассеиваются в окружающую среду. В то же время ре­сурсы металлов ограничены. По прогнозам ученых до полного истощения запасов металлов с учетом их со­временного мирового потребления осталось не так много времени: медью человечество обеспечено приблизительно на 40 лет, никелем - на 65, свинцом - на 30, желе­зом - на 80 лет. В принципе к дефицитным относятся почти все цветные металлы. Проблема истощения ме­таллического фонда должна стимулировать использо­вание альтернативных материалов и вторичных ресурсов. Примером эффективного использования вто­ричных металлических ресурсов является производство металлов платиновой группы (платины, палладия, ири­дия, родия, рутения и осмия). Около 60% добываемых металлов платиновой группы идет на изготовление ювелирных изделий, драгоценных слитков и резервуа­ров химических реакторов. Возврат отходов этих про­дуктов в производство обеспечивается почти полностью. Остальные 40% используются для производства хими­ческого сырья и катализаторов в химической, нефте­химической и автомобильной промышленности. При этом на химических предприятиях на переработку воз­вращается до 85% металлов, а на нефтеперерабатываю­щих заводах возврат благородных металлов достигает даже 97%.

Традиционная модель промышленной деятельности, согласно которой в промышленных процессах потреб­ляются сырьевые материалы и производятся промыш­ленные изделия плюс отходы, которые необходимо удалять, должна быть преобразована в более интегри­рованную модель - промышленную экосистему. В та­кой системе потребление энергии и материалов оптимизировано, а производство отходов сведено до ми­нимума. В принципе промышленная экосистема долж­на функционировать аналогично биологической экосистеме: растения синтезируют питательные вещес­тва и идут в пищу травоядным животным, которые в свою очередь служат пищей плотоядным, а останки по­следних превращаются в питательную среду для после­дующих поколений растений. Истощение материалов в идеальной промышленной экосистеме будут происхо­дить не быстрее, чем в биологических экосистемах. Например, один кусок стали будет существовать в виде тары для хранения продуктов, на другой год он перей­дет в кузов автомобиля, а через десять лет окажется в несущей конструкции моста. Не менее важно и то, что человеческий труд, затрачиваемый на решение эколо­гических и сырьевых проблем, может быть направлен на выполнение других общественно полезных задач.

Только через разрешение экологических проблем удастся обуздать "металла-врага" и превратить его в "металла-друга". Ведь мы все живем в очень сложном и взаимосвязанном мире, где каждый химический элемент может приносить как пользу, так и вред, в зависимости от того, насколько глубоко мы знаем его особенности, насколько правильно, осмысленно и ответственно используем его.

Опыт 1. «Связывание катионов тяжелых металлов антоцианами фруктов и овощей красно-фиолето­вой окраски»

Цель: убедиться в необходимости употребления фруктов и овощей крас­но-фиолетовой окраски для выведения катионов тяжелых металлов и радио­нуклидов из организма.

Оборудование: пробирки, ступка, спиртовка; реактивы - растворы со­лей Fе²⁺, Fе³⁺, Си²⁺, материал для исследования - темный виноград, краснокочанная ка­пуста, черничный сок.

Ход работы.

1. Снимите кожицу с 4-5 вино­градин.

2. Разотрите в ступках кожицу ви­нограда и лист краснокочанной капус­ты, перенесите их в две пробирки, до­бавьте дистиллированной воды до 2/3 объема, нагрейте, не доводя до кипе­ния, до получения интенсивно окра­шенного раствора.

3. Охладите экстракты и разлейте в необходимое число пробирок по 1 мл, разбавьте их дистиллированной водой до светлой окраски.

4. Добавьте в каждую пробирку по 3-4 капли растворов солей металлов, наблюдайте изменение окраски ра­створов.

Объяснение. Антоцианы - это органические соединения, содержащие гидроксильные группы, соединенные с бензольным кольцом. Катионы ме­таллов образуют комплексы с антоци­анами за счет имеющихся у них сво­бодных орбиталей и неподеленной электронной пары ОН-группы.

Информация к действию по оздоров­лению. Ионы тяжелых металлов выполняют в организме человека двойствен­ную роль. В минимальных дозах - необходимы, а в больших количест­вах - нарушают обменные процессы. Металлы обладают кумулятивным свой­ством, радионуклиды оказывают мута­генное воздействие на молекулярном уровне. Для выведения из организма радионуклидов катионов тяжелых метал­лов рекомендуется употреблять:

1) настой трав и плодов с мочегон­ным действием (ромашка, зверобой, бессмертник, мята, зеленый чай, ши­повник);

2) соки с мякотью, яблоки, перси­ки, крыжовник, клюква, черная смо­родина (содержат пектины);

3) чай (содержит катехины, ду­бильные вещества).

Опыт 2. «Изучение действия на белки растворов солей тяжелых металлов»

Цель: убедиться в необходимости ежедневного употребления молока, ко­торое является противоядием при от­равлении солями тяжелых металлов.

Оборудование: пробирки, штатив для пробирок; реактивы - раствор яичного белка, 5%-ный раствор хлорида железа (Ш), 5%-ный раствор сульфата меди, 25%-ный раствор нитрата серебра.

Ход работы.

1. В 3 пробирки налейте 1 - 2 мл раствора белка.

2. По каплям добавьте: в 1ю - ра­створ СuSО₄, в 2-ю - раствор FеС1₃, в 3-ю - раствор АgNO₃.

Результат: выпадают осадки свер­нувшегося белка.

Объяснение. Катионы тяжелых ме­таллов связывают белок в комплекс­ные соединения.

Информация к действию по оздо­ровлению. Яичный белок или молоко можно использовать в качестве проти­воядия при отравлении солями тяже­лых металлов. Попадая в организм с пищей или водой, последние могут свя­зываться с белками, из которых по­строен организм, что ведет к потере их физиологических свойств. Чтобы этого не произошло, принимают яичный бе­лок или молоко, которые связываются с тяжелыми металлами, защищая, та­ким образом, белки организма.

Вопросы:

1. Мясо каких животных может оказаться загрязненным ртутью в наибольшей степени? (северных оленей и рыбоядных животных).

2. Как собрать капельки ртути от разбившегося термометра? (С помощью двух кусочков бумаги собрать капельки ртути в банку и залить водой. Затем обратиться в МЧС. Капельки ртути, закатившиеся в щели, следует собирать оловянной фольгой или обработать 20%-ным раствором хлорного железа, концентрированным раствором перманганата калия. Обеспечить качественное проветривание помещения).

3. Металлическая ртуть опаснее: при попадании ее в ЖКТ или при вдыхании ее паров? (При вдыхании паров).

4. Какие соединения ртути опасны при попадании в ЖКТ? (Растворимые).

5. Можно ли получить отравление, имея амальгамированную пломбу? (Да, при высокой чувствительности организма на ионы ртути и серебра).

6. Перечислите бытовые источники свинцового загрязнения? (Телефонные кабели, изделия радиационной защиты, хрустальная посуда, театральный грим, консервные банки, автомобильные выхлопы).

7. Какие виды растений не следует высаживать вдоль автотрасс? (Сельскохозяйственные и лекарственные).

8. Можно ли в походных условиях воспользоваться цинковым ведром для варки картофеля? (Не стоит, так как цинк при повышенной температуре реагирует с водой, и вместе с картошкой ваш организм примет определенную дозу ионов цинка).

9. Какие продукты следует употреблять для выведения из организма ионов тяжелых металлов и радионуклидов? (Молоко, соки с мякотью (пектины), белок, фрукты и овощи фиолетовой окраски (антоцианы)).

Литература:

1. Бунт Н. Влияние тяжелых металлов на организм человека //Хімія: праблемы выкладання. - 2006. - № 9.

1. Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества. - Л. : Химия, 1990.

2. Трахтенберг, И. М., Колесников, В. С, Луковенко, В. П. Тяжелые металлы во внешней среде и современные гигиенические токсикологические аспекты. - Минск, Наука и техника, 1994.

3. Новиков, Ю. В. Природа и человек. - М, : Просвещение, 1991.

4. Леенсон И.А. Занимательная химия, 2 часть. - Москва, Дрофа, 1996, 223 с.

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

6. Киреева З.В., Коробейникова ЛА. Викторина "Химия и медицина" //Химия в школе. - 1992. - № 3-4.

7. Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. - Москва: Высшая школа, 1992, 191 с.

8. Малышкина В. Занимательная химия. - Санкт-Петербург, Тригон, 1998, 576 с.

9. Пустовалова Л.М., Никанорова И.Е. Неорганическая химия. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2005.

10. Усов И.Н. и др. Фармакорецептурный справочник педиатра. - Минск: Высшая школа, 1990. - 352 с.

11. Подтероб А.П. Химический элементный состав человека и периодическая система элементов Д.И.Менделеева // Хімія: праблемы выкладання. - 2005. - № 4.