Конкурс исследовательских работ



Скачать 141.13 Kb.
Дата01.05.2016
Размер141.13 Kb.
ТипКонкурс
Всероссийский конкурс исследовательских работ «Озарение»

Секция: химия

Определение содержания тяжёлых металлов в почве и снеге

Хазов Никита

МАОУ «СОШ№50 с углублённым изучением отдельных предметов», 8 «Б» класс, Набережные Челны

Научный руководитель: Богданова Альфия Асадулловна, учитель химии и биологии высшей квалификационной категории

город Набережные Челны, 2014 год

Содержание

I.Введение……………………………………………………………………………………………………………3

II.Основная часть…………………………………………………………………………………………………4

Глава 1.Литературный обзор……………………………………………………………………………..4

1.1. Общая характеристика тяжелых металлов………………………………………..4

1.2. Источники загрязнения тяжелых металлов……………………………………...5

1.3.Влияние тяжелых металлов на окружающую среду…………………………..7

Глава 2.Методы и организация исследования:…………………………………………………..8

2.1.Физико- географическая характеристика………………………………….……….8

2.2.Материалы и методы исследования…………………………………………………...9

Глава 3.Результаты исследования:…………………………………………………………………..10

3.1. Определение содержания тяжелых металлов в пробах почвы и снега…...10

3.2. Анализ исследуемых проб почвы и снега………………………………………………...10

III. Заключение ………………………………………………………………………………………………..12

Выводы. Рекомендации…………………………………………………………………………………..12

Список литературы………………………………………………………………………………………….13

I.Введение

Среди многих последствий бурной хозяйственной деятельности человеческого общества ученые особенно выделяют прогрессирующие накопление в окружающей среде металлов, в первую очередь тяжелых, т.е.имеющих р>5г/см3.

Некоторые металлы крайне необходимы для жизнедеятельности человека и других живых организмов (их относят к так называемым биогенным элементам), другие вызывают противоположный эффект и, попадая в живой организм, приводят к его отравлению или гибели (их называют металлами-токсикантами). Специалистами по охране окружающей среды среди металлов - токсикантов выделена приоритетная группа, в которую входят свинец, медь, ртуть, кадмий, никель, хром, цинк, мышьяк как элементы наиболее опасные для здоровья и животных. Из них ртуть, свинец и кадмий наиболее токсичны. Основная часть тяжелых металлов поступает в снег и почву из атмосферы, насыщенной промышленными выбросами. Свой вклад в загрязнение металлами вносят транспорт и коммунально- бытовые объекты. Почва депонирует тяжелые металлы, поскольку они сорбируются почвенным гумусом с образованием труднорастворимых соединений.

Цель данной работы: определить содержание тяжелых металлов в почве и снеге.

В связи с этой целью необходимо решить следующие задачи:

1.Изучить влияние тяжелых металлов на окружающую среду;

2.Определить путем эксперимента содержание металлов в пробах почвы и снега, взятых из разных микрорайонов города;

3.Сделать выводы об экологической обстановке в исследуемых микрорайонах.



Объект исследования: пробы почв и снега.

Гипотеза: чем больше содержание тяжелых металлов в почве и снеге, тем больше процесс загрязнения атмосферы

II. Основная часть.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1.Общая характеристика тяжёлых металлов.

Тяжёлыми металлами являются те металлы, которые обладают большими относительными атомными массами, например: свинец, железо, ртуть, кадмий, и т.д.

Медь(лат. Cuprum)- химический элемент. Один из семи металлов, известных с глубокой древности. По некоторым археологическим данным медь была хорошо известна египтянам ещё за 4000 лет назад до нашей эры.Знакомство человечества с медью относится к более ранней эпохе, чем с железом; это объясняется с одной стороны более частым нахождением меди в свободном состоянии на поверхности земли, а с другой – сравнительной лёгкостью получения её из соединений. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра(Cuprum), откуда и название её Cuprum. Особенно важна медь для электротехники.[3,c.15]

По электропроводности медь занимает втрое место среди всех металлов, после серебра. Однако в наши дни во всём мире электрические провода, на которые раньше уходила почти половина выплавляемой меди, всё чаще делают из алюминия. Он хуже проводит ток, но легче и доступнее. Медь же, как и многие другие цветные металлы, становится всё дефицитнее. Если в 19 в. Медь добывалась из руд, где содержится 6-9% этого элемента, то сейчас 5%-ные медные руды считаются очень богатыми, а промышленность многих стран перерабатывает руды, в которых всего 0,5% меди.

Медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу

сахара, белков, крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата – медного купороса. В значительных количествах он ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В малых дозах совершенно необходима всему живому.

Медь химический элемент 1 группы периодической системы Менделеева; атомный номер 29, атомная масса 63,546. Температура плавления-1083 С; плотность-8,98г/см. По геохимической классификации В.М. Гольдшмидта, медь относится к халькофильным элементам с высоким сродством к S, Se, Te, занимающим восходящие части на кривой атомных объёмов; они сосредоточены в нижней мантии, образуют сульфиднооксидную оболочку.[4,c.50.]

Медь-металл сравнительно мало активный. В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Она достаточно легко вступает в реакции с галогенами, серой, селеном. А вот с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не действуют.



1.2.Источники загрязнения тяжёлых металлов.

Источники загрязнения тяжёлых металлов делятся на стационарные и нестационарные.Стационарными источниками являются: металлургическая промышленность, топливно-энергетический комплекс, твёрдые бытовые отходы. Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха поступают от энергетических установок, работающих на углеродном топливе(бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, уголь, природный газ и другие). Количество загрязнения определяется составом, объёмом сжигаемого топлива и организацией процесса сгорания.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Доля загрязнения атмосферы от газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) и ракетных двигателей (РД) пока незначительна, поскольку их применение в городах и промышленных центрах ограничено. В местах активного использования ГТДУ и РД (аэродромы, испытательные станции, стартовые площадки) загрязнения, поступающие в атмосферу от этих источников сопоставимы с загрязнениями от ДВС и ТЭС, обслуживающих эти объекты.

Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива в двигателях всех видов,-нетоксичные диоксид углерода СО2 и водяной пар Н2О. Однако кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества, такие как оксид углерода, оксиды серы, азота, соединения свинца, сажа, углеводороды, в том числе канцерогенный бензапирен С20Н12, несгоревшие частицы топлива и т.п.

Загрязнения окружающей среды свинцом и его соединениями предприятиями металлургической промышленности определяется спецификой их производственной деятельности: непосредственное производство свинца, и его соединений; попутное извлечение свинца из других видов сырья, содержащих свинец в виде примеси; очистки получаемой продукции от примеси свинца и т.д.

Несмотря на положительную тенденцию снижения выпуска этилированных бензинов, имеется ряд экономических и организационных причин, сдерживающих решение этой проблемы. Отказ от применения этиловой жидкости и использование альтернативных октаноповышающих добавок приводит к увеличению себестоимости автомобильных бензинов.

Расчёты, сделанные на основании официальных статистических данных о потреблении топлива субъектами Российской Федерации в 1993г., показали, что при сжигании органического топлива (уголь, мазут, природный газ) в атмосферу России поступает примерно 400 т. свинца.[5,c.60.]

Выбросы и сбросы соединений свинца в химическом комплексе связаны с производством пигментов, сиккативов, специальных стекол, полимеризацией пластмасс и др.

К нестационарным источникам поступления свинца в окружающую среду следует отнести также охотничий промысел и любительскую охоту, в частности загрязнение окружающей среды свинцовой дробью. Оценочные расчёты свидетельствуют, что в целом по России ежегодно в водно-болотные угодья попадает до 1400т. свинца.

В авиации использование этилированных бензинов марок Б-91/1 Б-100/130, Б-95/130 и др. самолётами типа АН-2, ЯК-18 и вертолётами типа КА-26 сопровождается годовой эмиссией свинца и его окислов в атмосферу в количестве 3,6-3,7 т/год ( всем парком авиационной техники указанного класса).[1,c.66.]



1.3.Влияние тяжёлых металлов на окружающую среду.

Непосредственное влияние свинца и др.тяжелых металлов на живой и растительный мир, на здоровье населения.

Тяжёлые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относится к числу распространённых и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжёлых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 3.5 тыс. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс. т ртути, причём значительная часть-антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс. т/год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метилртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения. Свинец-типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газам двигателей внутреннего сгорания.
Глава 2. Методы и организация исследования.

2.1 Физико-географическая характеристика.

Для анализа тяжёлых металлов были взяты пробы почвы и снега в городе Набережные Челны, в различных его районах.






Объект исследования

Места взятия проб

1.

Почва

31 комплекс нового города

2.

Почва

62 комплекс нового города

3.

Почва

Район КАМАЗа, автосборочный завод

4.

Почва

42 комплекс нового города

5.

Почва

Район ипподром

6.

Снег

31 комплекс нового города

7.

Снег

62 комплекс нового города

8.

Снег

Район КАМАЗа, автосборочный завод

9.

Снег

Район ипподром

10.

Снег

42 комплекс нового города

Таблица №1

2.2. Материалы и методы исследования.

Дата проведения работы: январь-июнь (2013г.)



Объекты исследуемой работы: пробы почв и снега.

Материалы: для исследования были взяты следующие приборы и реактивы: силуфолевые пластинки, силикагель с крахмалом, алюминиевая фольга, стакан, анализируемая смесь, водные растворы солей металлов, дистилированная вода+уксус, растворы гексацианоферрат калия, дифенилкарбазил.

Метод исследования: эксперимент.

2.2. Ход эксперимента.

1. Пробы почвы отбираем на глубину до 10 см. т.к. именно в верхнем слое почвы накапливаются тяжёлые металлы.

2. Сухую измельчённую почву массой 10 г. заливаем 1 моль раствора азотной кислоты и оставляем на сутки, затем смесь фильтруем и упариваем фильтрат до 3 мл.

3. Берём силуфолевые пластинки, представляющие собой закреплённый слой силикагеля с крахмалом, нанесённый на алюминиевую фольгу.

4. На пластинке размером 3*7 отмечаем линию старта, на которую с помощью капилляров наносим анализируемую смесь и свидетель (водный РР соли металла).

5. Затем пластинку помещаем в стакан с растворителем (бутанол, дистилированная вода+укс. кислота).

6. Под действием капиллярных сил растворитель поднимается в слое сорбента, увлекая за собой анализируемые вещества, в слое сорбента происходит их разделение.

7. Через 20 минут, когда растворитель достигнет линию финиша вынимаем хроматограмму.

8. Для обнаружения ионов свинца Рб2+ проводим реакцию с раствором азотной кислоты, при этом образуется жёлтое пятно.

9. Для обнаружения ионов железа Fe3+проводим реакцию с раствором гексацианоферрат калия, при этом образуется берлинская лазурь (синий осадок).

10. Для обнаружения ионов Сr2О2-7 проводим раствором дифенилкарбазидом , при этом образуется розовое окрашивание.

11. Точно по такой же методике проводим эксперимент пробы снега. Пробы снега берём со всей глубины снежного покрова.



Глава 3. Результаты и их обсуждения.

Анализ приобретённой почвы и снега показал присутствие свинца, причём концентрация свинца в почве оказалось больше, чем в снеге, это логично объясняется тем, что снег накапливает из года в год загрязняющие вещества.

Содержание свинца в почве зависит от интенсивного автомобильного потока. И это видно по таблице №2. Мы видим, что в 63 комплекс наиболее подвержен загрязнению ионами свинца.(1,7 %)

А что касается снега, то здесь обнаружение содержание ионов свинца в снеге даёт только следы, но так же в районе 62 комплекса снег больше загрязнён ионами свинца. В малых дозах загрязнён ионами свинца 31 комплекс, 24 комплекс.

Пробы почв из леса, взятые примерно в 100 метров от автострады, также показали значительное содержание свинца. Этот участок почвы находился в районе ипподрома. (11%)

А вот содержание в снеге ионов свинца даёт только следы. Следовательно, ширина придорожных аномалей свинца сильно варьирует и может достигать 100 м.

Соединения железа могут присутствовать по естественным причинам. Однако зимой содержание ионов железа в снеге значительно низко. В пробе почвы взятого вблизи Автосборочного завода было обнаружено наличие хромат-ионов, их концентрация достигла 1,0. Это связано с попаданием в окружающую среду отходов предприятий завода.

А в пробах снега ионы хрома можно обнаружить только следы.



Cодержание тяжелых металлов в почве и снеге Таблица №2





Объект исследования

Места взятия проб


Высота пятна, анализируемого вещества на хроматограмме,см









Содержание ионов

Рв2+

Fe2+

Gr2O2-

1

Почва

31 комплекс нового города

0,9

1,0

-

2

Почва

62 комплекс нового города

1,7

1,6

-

3

Почва

Район КАМАЗа

1,9

2,2

-

4

Почва

Автосборочный завод

0,8

1,0

1,0

5

Почва

42 комплекс нового города

1,1

1,2

-

6

Снег

Район ипподром

0,1

0,8

-

7

Снег

42 комплекс нового города

0,5

1,1

-

8

Снег

31 комплекс нового города

0,7

1,9

-

9

Снег

62 комплекс нового города

0,1

0,7

следы

10

Снег

Район КАМАЗа

следы

0,9

-



III. Заключение.

Выводы:

1. Тяжёлые металлы оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду. Интенсивно загрязняют атмосферу, почву, снег, в первую очередь свинцом, из-за выбросов двигателей автомобилей, в которых мы убедились на эксперименте.

2. Анализ исследуемой почвы показал, что в наименьшей степени загрязнён тяжёлыми металлами, в частности, свинцом, 31,42 комплексы, а в наибольшей степени-район автосборочного завода и 62 комплекс нового города. Анализ исследуемого снега показал, что в наименьшей степени загрязнены тяжёлыми металлами-район Ипподром, 31,42 комплексы, а в наибольшей степени-район автосборочного завода 62 комплекс нового города.

3. Основываясь на результатах исследований, можно свидетельствовать о благоприятном экологическом состоянии почвенного и снежного покрова в 31,42 комплексах, а в районе автосборочного завода и 62 комплексе, ситуации критически.

Рекомендации:

1. Для улучшения экологической обстановки окружающей среды необходимо ограничить выброс вредных веществ в природу

2. Для уменьшения выбросов в атмосферу отходов автомобильного транспорта требуется разработка более совершенных фильтров создание экологически чистых двигателей внутреннего сгорания. Эту проблему поможет решить переход на более чистые виды топлива: природный газ или водород

3.Должна проводиться агитационная работа, направленное на повышение экологической грамотности и культуры поведения человека в природе.

4.Данные районы: 31 комплекс, 42 комплекс, район Ипподрома, наиболее предпочтительны для отдыха.

Список литературы

1.Алексеенко В.А . Экологическая химия: Учебник М.: Логос 2000.200с.

2.Астафуров В.И. Основы химического анализа: учеб. пособие по факультативному курсу для учащихся 9-10 кл. М.: Просвещение, 1997.50с.

3.Будников К.Г. // Тяжёлые металлы в экологическом мониторинге водных систем.2001. №5 с.23-29.

4.Нифантьев Э.Е. и др. внеклассная работа по химии с использованием хроматографии: Кн. для учителя. М.: Просвещение, 2005.150с.

5.Ливанов Н.Н. Экологическая химия/ Пер. с нем.; Под. Ред. Ф. Корте-М.; 1997. 90с.







База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал