Исследуем. Проектируем. Предлагаем

Локации для проведения практической работы

Для проведения необходимых измерений были отобраны точки, где, по моему мнению (гипотеза), наиболее выражена проблема экологического загрязнения среды. Этот выбор был основан на обобщении фактов о местоположении изучаемых мною жилых комплексов и объектов инфраструктуры.

Жилой комплекс «Скай Форт»

«Скай Форт» начинают строить в 2009 году. Рядом с ним и по сей день располагаются «Автокомбинат № 16», а также ОАО «Мосинжбетон», что приносит дополнительный вред жителям жилого комплекса.

Всевозможные выбросы данных предприятий: NO2, CO2, CO, Cl– (ион), SO42– (ион), SO2, SO3, C, SiO2, различные виды топлива, оксиды железа, токсины различного типа. Ареал загрязнения: почва, воздух, водная среда (река Москва).

Жилой комплекс «Технопарк»

Данный объект находится в окружении таких опасных предприятий, как ТЭЦ-9, ЗИЛ, автосервис, а также четыре корпуса ТЭЦ ЗИЛ. Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) – это тип тепловой электростанции, производящий электрическую и тепловую энергию. Тепловые станции на органическом топливе оказывают на окружающую среду наиболее сильное влияние. Помимо тепловой и электрической энергии ТЭЦ производят огромное количество вредных продуктов.

Всевозможные выбросы данных предприятий: C, SO2, NO, NO2, NO, CO, CO2, соединения тяжелых металлов, C20H12, SO3, SiO2, HCN, V2O5, Hg, C6H5OH, CH2O, C6H6, C6H5CH3. Ареал загрязнения: почва, воздух, водная среда (река Москва, затон Новинки, Кожуховский затон).

МЦК «ЗИЛ»

Объект располагается в непосредственной близости от одной из старейших машиностроительных компаний «Завод имени Лихачева». Но в такой же близости к МЦК располагаются еще пять корпусов ТЭЦ, из которых четыре – ТЭЦ ЗИЛ и один ТЭЦ-9.

Всевозможные выбросы данных предприятий: C, SO2, NO, NO2, NO, CO, CO2, соединения тяжелых металлов, различные виды отработанных машинных масел, топливо, нефтепродукты, C20H12, SO3, SiO2, HCN, V2O5, Hg, C6H5OH, CH2O, C6H6, C6H5CH3. Ареал загрязнения: почва, воздух, водная среда (река Москва, затон Новинки, Кожуховский затон).

МЦК «Хорошево»

Этот объект «молод», как и предыдущий. И окружение тут ненамного благоприятнее. Ранее на месте МЦК располагался большой автосервис, вырабатывающий массу отходов в литосферу Земли. Сейчас же рядом находятся огромный комплекс ТЭЦ-16 и строительно-производственная компания.

Всевозможные выбросы данных предприятий: различные виды отработанных машинных масел, топливо, нефтепродукты, C, SO2, NO, NO2, NO, CO, CO2, соединения тяжелых металлов, C20H12, SO3, SiO2, HCN, V2O5, Hg, C6H5OH, CH2O, C6H6, C6H5CH3. Ареал загрязнения: почва, воздух.

Жилой комплекс «Зиларт»

Данный объект находится в эпицентре воздушных экологических загрязнений. Этот огромный жилой комплекс окружают наиболее опасные виды промышленности. Такие как ЗИЛ, ТЭЦ-9, четыре корпуса ТЭЦ ЗИЛ. Всевозможные выбросы данных предприятий: C, SO2, NO, NO2, NO, CO, CO2, соединения тяжелых металлов, различные виды отработанных машинных масел, топливо, нефтепродукты, C20H12, SO3, SiO2, HCN, V2O5, Hg, C6H5OH, CH2O, C6H6, C6H5CH3. Ареал загрязнения: почва, воздух, водная среда (река Москва, затон Новинки, Кожуховский затон).

Жилой комплекс «Алые паруса»

Если посмотреть со стороны на данный жилой комплекс, то можно сказать, что он экологически чистый. Однако на месте данной постройки находилась автомобильная свалка, просуществовавшая здесь несколько лет. Также не могу не отметить, что этот комплекс построен на плывучих грунтах непосредственно у воды. В принципе, из-за колоссального веса постройки, можно ожидать постепенное сползание домов этого комплекса в воду. По этой причине почву активно наполняют высокотоксичными веществами для уплотнения литосферы, дабы избежать крушения постройки.

Всевозможные выбросы в окружающую среду: различные виды отработанных машинных масел, топливо, нефтепродукты, соединения тяжелых металлов, отсутствие поверхностного слоя почвы (последствие). Ареал загрязнения: почва (сильное, глубокое загрязнение), водная среда (река Москва).

Используемые приборы для необходимых измерений

Во время своей практической работы я использовал большое количество оборудования, чтобы проверить свою гипотезу об экологическом состоянии вышеупомянутых объектов.

Газоанализатор, использованный мной при первом измерении, представляет собой специализированный насос для забора воздуха. В дальнейшем можно судить о концентрации углекислого газа (CO2) в ppm (миллионная доля) в воздухе в вышеуказанных местах. Измерения проводились во дворе объекта или в непосредственной близости к нему.

Второе измерение производилось при помощи двух приборов: психрометра аспирационного и термометра-гигрометра. Это сделано для точности измерения. Я взял два получившихся значения и нашел среднее, исходя из первых двух (по формуле (А + Б)/2, где А – значение психрометра, а Б – показание термометра-гигрометра). Конечным продуктом этих вычислений является показание относительной влажности воздуха в %. Измерения проводились во дворе объекта или в непосредственной близости к нему. Аспирационный психрометр – наиболее точный и надежный прибор для измерения температуры и влажности. Термометры в психрометре (Асмана) помещены в специальный корпус. Обдув термометров производится при помощи специального вентилятора, называемого аспиратором, с постоянной скоростью около 2 м/сек. Принцип действия аспирационного психрометра основан на регистрации разности температуры сухого и смоченного термометров и зависимости этого соотношения от влажности окружающего воздуха. Температура окружающей среды регистрируется по показаниям сухого термометра, а влажность – по показаниям обоих термометров и специальным психрометрическим таблицам.

Термометр-гигрометр применяется для точных замеров температуры и относительной влажности воздуха. Принцип действия: один из термометров сухой, капилляр другого термометра – влажный. Утолщение капилляра «влажного» термометра, где находится основной объем термометрической жидкости, помещено в специальный трубчатый тканевый материал (фитиль), который хорошо впитывает воду. Второй конец этого материала помещают на несколько сантиметров в открытый конец изогнутой стеклянной трубки (питатель), в которую налита обычная вода. Весь материал оказывается смоченным, и под воздействием циркуляции воздуха вода испаряется и охлаждает колбу капилляра. За счет этого показания «сухого» и «влажного» термометров отличаются. Это и является ключевым моментом для определения относительной влажности воздуха. Далее остается только считать показания «сухого» термометра и определить разницу показаний между «сухим» и «влажным» термометром. Относительную влажность воздуха можно найти в психрометрической таблице.

Проведение третьего измерения было возможно при помощи такой государственной программы, как «Курчатовский проект в московской школе». Эти измерения заключаются в определении мутности проб проточной воды (из-под крана) в жилых комплексах или же в близлежащих домах (в случае со станциями МЦК). Мутная вода может представлять опасность для человека при использовании ее для питья и приготовления пищи, поскольку в данном случае сложно предсказать присутствие каких-либо соединений в воде – опасных или неопасных. В мутной воде, в связи с высоким содержанием органических веществ, создаются благоприятные условия для роста и развития различных микроорганизмов, представляющих опасность для здоровья человека. Я брал определенное, одинаковое количество воды. Далее с помощью турбидиметра, сопрягающегося с компьютером, я получил точные результаты диагностирования, в единице измерения ЕМФ. Данный метод называется турбидиметрия.

Проведенное диагностирование заключается в выявлении концентрации вредоносных ионов в дождевой воде вблизи исследуемых объектов. Диагностирование катиона свинца и аниона сульфата было произведено методом титриметрического анализа (количественного). Титриметрический анализ основан на точном измерении количества реактива, израсходованного на реакцию с определяемым веществом. Титр – концентрация раствора, показывает число граммов растворенного вещества в 1 мл раствора.

Также был применен такой метод, как ионометрия. С помощью цифровой аппаратуры удалось вычислить концентрацию иона хлора. Аммоний же мне удалось обнаружить с помощью индикаторной бумаги.

Для данных анализов были взяты пробы дождевой воды непосредственно на территории жилого комплекса или МЦК.

Проведение и результаты практической работы

С помощью указанных ранее приборов были осуществлены измерения и получены точные результаты. В данном пункте будут отражены результаты этих измерений.

Концентрация углекислого газа

При помощи газоанализатора были установлены следующие показания:

В ЖК «Скай Форт» было обнаружено значение 920 ppm; В ЖК «Технопарк» значение немного возросло до 956 ppm; МЦК «ЗИЛ» – 1102 ppm; МЦК «Хорошево» – 1115 ppm; ЖК «Зиларт» показал недопустимое значение – 1320 ppm; ЖК «Алые паруса» дал минимальные показания концентрации углекислого газа – 785 ppm. Показателем нормы концентрации CO2 являются показания ниже 800 ppm.

Влажность воздуха (усредненное значение (А + Б)/2, погрешность 5%).

При помощи выявления среднего значения показаний с аспирационного психрометра и термометра-гигрометра были установлены следующие результаты:

ЖК «Скай Форт», МЦК «ЗИЛ», а также МЦК «Хорошево» показали одинаковое значение – 58%; ЖК «Технопарк» – 54%; ЖК «Зиларт» имеет 45% влажность воздуха, что является минимальным показателем из данных 6 локаций; ЖК «Алые паруса» имеет максимальный показатель относительной влажности воздуха на данных территориях – 67%. Нормой относительной влажности воздуха является 40–60%.

Мутность проб проточной воды (из-под крана) в зданиях рядом с объектами исследования или непосредственно в объектах исследования.

Были получены следующие результаты мутности проб воды: ЖК «Скай Форт» показал допустимое значение – 2,2 ЕМФ; показание ЖК «Технопарк» возросло ровно на 1 единицу измерения по сравнению с предыдущим объектом – 3,2 ЕМФ; МЦК «ЗИЛ» – 4,3 ЕМФ; МЦК «Хорошево» – 4,0 ЕМФ; ЖК «Зиларт» имеет наиболее высокое значение из исследуемых мною объектов, это недопустимое значение – 5,8 ЕМФ; ЖК «Алые паруса» – 4,2 ЕМФ. Показатель, норма по данному критерию, не должен превышать 2,6 ЕМФ.

Концентрация ионов в дождевой воде вблизи объектов исследования.

Проведенный анализ выявил следующие результаты:

В дождевой воде ЖК «Скай Форт» обнаружено 200 мг/л ионов Cl– и 400 мг/л ионов SO42–; в дождевой воде ЖК «Технопарк» найдено 150 мг/л ионов Cl– и 370 мг/л ионов SO42–; в дождевой воде вблизи МЦК «ЗИЛ» было 210 мг/л ионов Cl– и 380 мг/л ионов SO42–, а также присутствовали крайне опасный аммоний (NH4+); в дождевой воде вблизи железнодорожной станции МЦК «Хорошево» определено 170 мг/л ионов Cl– и 420 мг/л ионов SO42–; в дождевой воде ЖК «Зиларт» зафиксировано 190 мг/л ионов Cl– и 370 мг/л ионов SO42–, а также присутствие NH4+; дождевая вода ЖК «Алые паруса» содержит 160 мг/л ионов Cl– и 250 мг/л ионов SO42–. Аммония не обнаружено. Данные объекты находятся вблизи реки Москва и поэтому нормой является отсутствие Pb2+ и NH4+, содержание ионов хлора (Cl–) до 300 мг/л и SO42– до 350 мг/л.

Методы, используемые для данной работы: титриметрия, ионометрия, визуальная колориметрия (обнаружение катиона аммония (NH4+) c помощью индикаторной бумаги).

Выводы

Проанализировав результаты, полученные в ходе вышеупомянутых измерений, мы выявили различные несоответствия с санитарными нормами и правилами (СанПиН).

Для улучшения экологической обстановки в этих районах я вывел следующие рекомендации:

• посадить вблизи данных жилых комплексов и комплексов инфраструктуры «растения-фильтраторы (воздуха)». Данные растения не только украсят внешний облик исследуемых мной объектов, но и повысят содержание кислорода, уничтожат вредные бактерии, а также инактивируют действие опасных для здоровья химикатов;

• учесть исследования, проводимые мной, и не строить жилые комплексы и комплексы инфраструктуры рядом с объектами промышленности или не строить объекты промышленности рядом с данными комплексами;

• улучшить систему очистки и фильтрации выбросов промышленного производства в окружающую среду;

• увеличить количество велосипедных и пешеходных дорог. В связи с этим внедрить агитацию людей по пересадке (когда это возможно) с «вредного» автотранспорта на безопасный, с экологической точки зрения, велосипед;

• увеличить заинтересованность людей в приобретении или смене автомобиля на газовом оборудовании или же на электричестве;

• своевременно устранять отходы от производства и не откладывать данное решение;

• всегда следовать технике безопасности на производстве;

• установить более «жесткий» контроль за промышленными предприятиями и в случае необходимости установить новые правила и обязанности для предприятий данного типа;

• повысить заинтересованность людей в вопросах, связанных с экологическими проблемами;

• оповещать жителей данных комплексов или работников, которые там находятся, о ситуации, которая происходит поблизости. Мое исследование может в этом помочь;

• чаще проводить экомониторинг опасных, с точки зрения экологии, промышленных зон;

• всегда помнить о том, что наша жизнь зависит от условий, в которых мы проживаем!

Литература

1. Экологическая ситуация города Москвы. URL: http://www.mosecom.ru (дата обращения: 20.02.2018).

2. Денисов В. В. Промышленная экология. М., 2009.

3. Новиков Ю. В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. пособие. М., 2005.

4. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. М., 1997.

5. Все о воде. URL: http://all-about-water.ru/chemical-composition.php (дата обращения: 20.02.2018).

Определение кислотности газированных напитков и минеральных вод

Янович Елизавета, Зубрийчук Александра

ГБОУ города Москвы «Школа № 1601 имени Героя Советского Союза Е. К. Лютикова»

Руководитель:

Егошина Елена Евгеньевна, учитель химии и биологии

Введение

В последнее время все чаще люди используют для питья и приготовления пищи бутилированную воду. Школьники стараются покупать газированную воду, напитки на основе натуральных соков, а в последнее время еще и «холодный чай». Взрослые, заботясь о состоянии своего организма, предпочитают минеральную воду.

Мнений об употреблении данных напитков очень много: газировка очень плохо действует на работу желудочно-кишечного тракта. Для детей она вредна еще больше, так как у них еще не сформирован взрослый тип секреции желудка – она у них более низкая, а лимонады снижают кислотообразование. Красители могут вызвать аллергические реакции, а один из ингредиентов газировки – углекислый газ (диоксид углерода) – вызывает отрыжку, вздутие кишечника и другие нежелательные явления в организме.

Новизна данного проекта заключается в том, что особое внимание обращено на сравнение кислотности разных групп напитков.

Задача проекта – определение и сравнение значений кислотности исследуемых напитков с использованием универсальной индикаторной бумаги.

В напитках для придания кислого вкуса используют кислоты (ортофосфорную или лимонную), а также в качестве антиокислителя применяется аскорбиновая кислота.

В средствах массовой информации можно увидеть ролики с использованием газировки (Pepsi, Sprite, Coca-cola) для очистки материалов от ржавчины или накипи, а также для демонстрации «фонтана» при добавлении в нее драже «Ментос». Эти данные вызывают у людей опасение за свое здоровье в связи с возможностью появления хрупкости костей из-за вымывания из них кальция или раздражения желудка, образования язвы из-за нарушения его кислотности.

Из курса химии известно, что для определения среды растворов используется значение рН (кислотность среды), которую мы и решили взять за основу для выяснения влияния различных напитков на организм человека.

Водородный показатель

Водородный показатель (рН) – отрицательный десятичный логарифм (–lg) концентрации [H+] – служит показателем кислотности среды. Кислые среды имеют рН < 7, а щелочные – рН > 7; в нейтральной среде рН = 7. Например, квашеная капуста и простокваша имеют рН 4–4,5, а маринованные грибы и овощи – около 3,5–4.

Между кислыми и щелочными веществами в тканях организма устанавливается баланс. В случае его нарушения наблюдается явление ацидоза (избыток в тканях H+) или, напротив, алкалоза (недостаток H+ и избыток ОН–). Продукты с кислотными свойствами – это злаки (овес, ячмень, пшеница, рожь) и животные корма. Щелочными свойствами обладают картофель, морковь, горох, бобы, зеленые части растений.

Концентрация катионов водорода играет исключительно важную роль в биологических процессах. Данная концентрация в растворах определяет их кислотные свойства и является важной характеристикой биологической среды. Кислоты – важнейшие биоорганические соединения (фосфорная кислота в составе ДНК, РНК и АТФ, молочная, аскорбиновая, никотиновая, лимонная и др.), их физиологическая активность и определяется концентрацией ионов водорода.

1. Теоретическая часть. Значение кислот для организма человека и их применение

Ортофосфорную кислоту (Е338) используют как подкислитель в различных напитках. Ее также используют для производства синтетических моющих средств, в стоматологии для протравливания эмали (снятия смазанного слоя) и дентина перед пломбированием, для очищения от ржавчины металлических поверхностей. Образует на обработанной поверхности защитную пленку, предотвращая дальнейшую коррозию. Также применяется в составе фреонов в промышленных морозильных установках как связующее вещество. Лимонная кислота (Е330) содержится в организме человека. Сухая лимонная кислота и ее концентрированные растворы при попадании в глаза вызывают сильное раздражение, при контакте с кожей возможно слабое раздражение. При единовременном употреблении внутрь больших количеств лимонной кислоты возможны раздражение слизистой оболочки желудка, кашель, боль, кровавая рвота. При вдыхании пыли сухой лимонной кислоты – раздражение дыхательных путей. В конце 1970-х годов в Западной Европе было распространенно мнение, что лимонная кислота – сильный канцероген. Однако лимонная кислота опасна только в очень больших количествах, так как приводит к ожогам пищеварительного тракта.

Аскорбиновая кислота необходима для нормального функционирования соединительной и костной ткани. Витаминное средство оказывает метаболическое действие, не образуется в организме человека, а поступает только с пищей. Участвует в регулировании окислительно-восстановительных процессов, углеводного обмена, свертываемости крови, регенерации тканей;

повышает устойчивость организма к инфекциям, уменьшает сосудистую проницаемость, снижает потребность в витаминах B1, B2, А, Е, фолиевой кислоте, пантотеновой кислоте. Обладает антиагрегантными и выраженными антиоксидантными свойствами.

2. Практическая часть. Исследование кислотности газированных напитков и минеральных вод

На практике для определения рН газированных напитков использовалась универсальная индикаторная бумага (рН 0–12), ООО «Экохим».

Для измерения кислотности (рН) индикаторную бумагу опускали в образцы напитков. Индикатор в растворе изменял свою окраску в зависимости от среды раствора. Окрашенную таким образом индикаторную бумагу сравнивали с эталонной шкалой рН на упаковке индикатора.

В качестве регулятора кислотности в большинстве исследованных напитков использовалась лимонная кислота. «Холодные чаи» и газированные напитки имеют рН = 3, лимонад – рН = 3,5, чаи листовые имели значение рН = 4–5, чай с лимоном – рН = 5, лечебно-столовая минеральная вода – рН = 6–8.

На основе данных можно сделать вывод, что кислотность чаев и газированных напитков меньше, чем кислотность желудочного сока (рН = 1,5–2), и употребление их не может привести к расстройствам желудочно-кишечного тракта. Особую осторожность необходимо соблюдать людям, имеющим повышенную кислотность.

По результатам анализа минеральной воды получены значения рН = 6–8, что объясняется содержанием в них гидрокарбоната натрия. Такая среда благоприятна для зубов и желудочно-кишечного тракта.

Выводы

1. Было проведено определение рН напитков (наиболее употребляемых) с использованием универсальной индикаторной бумаги.

2. В результате исследования было доказано, что «холодные чаи» и газированные напитки имеют более кислую среду, чем чай с долькой лимона, а минеральная вода – более щелочную за счет содержания гидрокарбоната натрия.

3. Употребление газированных напитков и «холодных чаев» не скажется на состоянии зубов или желудочно-кишечного тракта, если не злоупотреблять их количеством, а использование минеральной воды возможно только вне фазы обострения.

Литература

1. Кирикова И. М. Организация экспериментально-исследовательской деятельности // Химия в школе. 2013. № 3. С. 45–51.

2. Нижевич А. А., Бельмер С. В. Газированные напитки с позиции гастроэнтеролога: мифы и реалии // Вопросы детской диетологии. М., 2015. Т. 13, № 4. С. 18–23.

3. Шапиро Я. С. Биологическая химия: 10–11 классы: учебное пособие для учащихся общеобразовательных учреждений. М., 2011. С. 22–25.

4. Якушкина Е. А., Попова Т. Г. Биология. Проектная деятельность учащихся. 5–9 классы. Волгоград, 2009.

5. Наши решения. URL: http://ipsos-comcon.ru/specialisations (дата обращения: 20.02.2018).

Антоцианы – природные индикаторы

Корсаков Алексей

ГБОУ города Москвы «Школа № 1550»

Руководитель:

Филатова Елена Игоревна, учитель химии

Опыт – единственно верный путь спрашивать природу и слышать ответ в ее лаборатории.

(Д. И. Менделеев)

Введение

Вы замечали, что чай с лимоном гораздо светлее, чем без лимона? Оказывается, причина в природном индикаторе антоциане, содержащемся в черном чае.

Природа наградила нас необычайным даром – цветовым зрением, а вместе с ним дала возможность восхищаться красотой окружающего растительного мира. Мы с надеждой смотрим на нежную зелень весенней листвы и с грустью любуемся желто-оранжевой гаммой осеннего леса. Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и поля?

Но часто ли вы задавали себе вопросы: отчего зеленые листья осенью желтеют или краснеют? Почему лепестки ромашки белые, а первые весенние листочки тополя красноватые? Почему окружающие растения окрашены именно так, а не иначе? И как возникает огромное богатство цветов и оттенков? Почему цветок утром розовый, а к вечеру уже синий? Почему в одном соцветии встречаются венчики цветков с различной окраской – от белой до розовой?

Если растения окрашены, значит, в них есть красители – пигменты.

Химические природные соединения – биофлавоноиды придают определенный цветовой оттенок и свойства любому растению. Поэтому биофлавоноидов существует множество. Антоцианы определяют красную, синюю, фиолетовую окраску цветов, а флавоны, флавонолы, ауроны, халконы – желтую и оранжевую.

Польза многих растений несомненна. Издавна люди применяли растения в качестве лекарственных средств. Отсюда возникла народная медицина, основанная на целебных свойствах растений.

Данная работа посвящена уникальным свойствам растений, которые не перестают удивлять человечество на протяжении всей жизни.

Нами будут рассмотрены такие флавоноиды, как антоцианы.

Проанализировав информационные источники, мы выяснили, что антоцианы содержат такие растения, как, например, анютины глазки, малина, клубника, земляника, вишня, слива, свекла, краснокочанная капуста, черный виноград, клюква, черника, голубика и другие.

Актуальность темы заключается в том, что свойства растительных объектов могут быть использованы для применения в разных областях науки, таких как химия, биология и медицина, а также в быту и кулинарии.

Например, сок столовой свеклы в кислой среде изменяет свой рубиновый цвет на ярко-красный, а в щелочной – на желтый. Зная свойство свекольного сока, можно сделать цвет борща ярким. Для этого к борщу следует добавить немного лимонной кислоты.

Для определения состава лекарственных препаратов можно использовать природные индикаторы. Многие лекарства представляют собой кислоты, соли и основания. Изучив их свойства, можно обезопасить себя. Например, аспирин (ацетилсалициловая кислота) и многие витамины нельзя принимать на голодный желудок, так как кислоты, входящие в их состав, будут повреждать слизистую оболочку желудка.