МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ГИМНАЗИЯ № 1»
РУЗАЕВСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА
РЕСПУБЛИКИ МОРДОВИЯ
ЗАНЯТИЕ ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА
МЕТАЛЛЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
Разработала:
,
учитель химии
Рузаевка 2009
Цели урока.
1. 
Сформировать у учащихся представления о специфических свойствах металлов и их двойственной роли в природной среде, о последствиях техногенного воздействия металлов или их соединений на биологические системы.
2. Раскрыть причины загрязнения окружающей среды металлами, указать основные источники и степень загрязненности.
3. Изучить экспериментальным путем действия тяжелых металлов на биогенные системы.
4. Ознакомить учащихся с основными направлениями по предупреждению загрязнения окружающей среды металлами.
5. Развить умение строить логическую цепочку рассуждений, ведущую к формированию умозаключений, и навыки исследовательской деятельности - выдвигать гипотезы, предположения, строить прогнозы, переносить знания на новую ситуацию.
Оборудование и реактивы. Тексты сообщений учащихся, карточки с заданиями для групповой работы, инструкции для выполнения лабораторных работ, сигнальные карточки, лабораторное оборудование; раствор белка, растворы солей CuSO4, NaCI, Pb(CH3COO)2, FeCI3, картофель.
ПЛАН
I. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ.
II. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. Вступительное слово учителя (постановка проблемы урока)
2. Выступления учащихся о металлах (распространение, воздействие на организм человека)
3. Результаты исследований сточных вод завода «Висмут» и речной воды реки «Пишля» на содержание металлов.
III. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. Лабораторные опыты «Исследование влияния ионов тяжёлых металлов на биологические системы».
2. Решение экологических задач.
IV. ПРОВЕРКА ЗНАНИЙ (экспресс-опрос)
V. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ
ХОД УРОКА
I. Организационный момент
П. Теоретическая часть / Вступительное слово учителя
Загрязнение окружающей среды — бич нашего времени. Недаром 2004 г. был объявлен годом защиты и охраны окружающей среды. Экологические проблемы уже в течение многих последних лет не только не теряют своей актуальности, но с каждым годом становятся острее. Поэтому задачи сегодняшнего урока:
n Раскрытие биологического значения и токсического действия металлов на организм человека.
n Раскрытие причин загрязнения окружающей среды металлами, определение основных источников и степени загрязненности металлами нашего города.
n Изучение экспериментальным путем действия тяжелых металлов на биогенные системы.
n Ознакомление с основными направлениями по предупреждению загрязнения окружающей среды металлами.
Прежде чем говорить о загрязнении окружающей среды металлами, вспомним, что нам известно о металлах.
Вопрос: Каково происхождение слова «металл»? Откуда оно пришло к нам?
1-ый ученик (сообщения готовятся заранее)
В одной из пьес изображена купчиха, которая больше всего боится страшных слов, таких, как металл. Она очень удивилась бы, откройся ей происхождение этих роковых речений. Греческое слово металлон имело значение «земляные работы, раскопки», а позднее стало означать «шахта, рудник, руда». В латинском языке слово металлум получило значение «руда и выплавляемый из нее металл» и уже в виде французского металл перекочевало в Россию.
Вопрос: Какое место занимают металлы в Периодической системе химических элементов ? Каковы особенности строения их атомов?
Ответ: Условная граница между элементами-металлами и элементами-неметаллами проходит по диагонали бор – астат. Атомы металлов имеют на внешнем энергоуровне, как правило, 1-3 электрона и имеют сравнительно большие радиусы.
Мы определили положение металлов в ПСЭ , а какое место они занимают в организме человека.
Заслушиваем сообщение учащегося о биологической роли металлов в организме человека и токсического действия избытка металла.
2-ой ученик. Учащийся делает небольшое сообщение, руководствуясь таблицей.
Металл | Биологическая роль | Токсическое действие избытка металла |
Литий | Дефицит лития в организме человека приводит к психическим расстройствам | Вызывает общую заторможенность, нарушение дыхания и сердечного ритма, слабость сонливость, потерю аппетита, жажду, расстройство зрения, а также дерматит лица и рук |
Натрий | Ионы натрия поддерживают у животных и человека нормальную возбудимость мышечных клеток, участвуют в сохранении кислотно-основного баланса в организме, в регуляции сердечной деятельности (успокаивают), удерживают воду в организме | Приводит к нарушению водного баланса, сгущению крови, вызывает дисфункцию почек некоторые сердечно-сосудистые заболевания, а также общее нарушение обмена веществ |
Калий | Ионы калия регулируют белковый и углеводный обмен, влияют на процесс фотосинтеза и рост растений. Калий необходим для нормального функционирования всех мышц, особенно сердечной, способствует выделению избыточного натрия, избавляя организм от лишней воды и устраняя отеки | Вызывает усиление двигательной активности, учащение сердечного ритма, нарушение углеводного, жирового и белкового обмена V |
Магний | Соли магния проявляют антисептическое и сосудорасширяющее действие, понижают артериальное давление и содержание холестерина в крови, оказывают успокаивающее действие на нервную систему, играют большую роль в профилактике и лечении рака, благотворно действуют на органы пищеварения | Приводит к нарушению минерального обмена. Нарушение баланса обмена магния вызывает повышенную смертность от сердечнососудистых заболеваний и болезней желудочно-кишечного тракта |
Кальций | Ионы кальция необходимы для процессов кроветворения, обмена веществ, для уменьшения проницаемости сосудов, нормального роста скелета, благотворно влияют на состояние нервной системы, оказывают противовоспалительное действие | При избытке кальция возникает цистит. Если кальций попадает в организм в виде цементной пыли, то страдают органы дыхания, у детей снижается возбудимость нервной системы и обонятельного анализатора |
Стронций | Оказывает влияние на процессы костеобразования | Поражаются костная ткань, печень, кровь; наблюдаются повышенная ломкость костей, выпадение волос |
Алюминий | Содержится в легких, печени, костях, головном мозге; действует на пищеварительные ферменты и нервную систему | Приводит к нарушению минерального обмена |
Цинк | Входит в состав крови и мышечной ткани, является катализатором многих реакций, входит в состав инсулина, участвует в белковом обмене | При высоких концентрациях цинк — мутаген и онкоген. Вызывает заболевания костно-мышечной системы |
Кадмий | Биологический конкурент цинка, снижает активность пищеварительных ферментов, нарушает функцию поджелудочной железы, углеводный обмен, поражает почки и тормозит рост костей; увеличивает опасность переломов костей | |
Ртуть | Поражает центральную нервную систему, сосредоточивается в почках, нарушая их деятельность; также накапливается в клетках мозга и слизистой оболочке рта | |
Барий | Поражает костную ткань, костный мозг и печень, нервную систему, приводит к хрупкости костей за счет вытеснения из них кальция | |
Таллий | Поражает периферическую нервную систему, желудочно-кишечный тракт и почки. Биологический конкурент калия из-за сходства между ионами; накапливается в волосах, костях, почках и мышцах. Характерный признак отравления таллием — выпадение волос |
Ионы кальция необходимы для процессов кроветворения, обмена веществ, для уменьшения проницаемости сосудов, нормального роста скелета, благотворно влияют на состояние нервной системы, оказывают противовоспалительное действие. При избытке кальция возникает цистит. Если кальций попадает в организм в виде цементной пыли, то страдают органы дыхания, у детей снижается возбудимость нервной системы и обонятельного анализатора
Дефицит лития в организме человека приводит к психическим расстройствам. Избыточное его количество вызывает общую заторможенность, нарушение дыхания и сердечного ритма, слабость сонливость, потерю аппетита, жажду, расстройство зрения, а также дерматит лица и рук.
Алюминий содержится в легких, печени, костях, головном мозге; действует на пищеварительные ферменты и нервную систему. Избыточное его содержание в организме приводит к нарушению минерального обмена.
Цинк входит в состав крови и мышечной ткани, является катализатором многих реакций, входит в состав инсулина, участвует в белковом обмене. При высоких концентрациях цинк — мутаген и онкоген. Вызывает заболевания костно-мышечной системы
Кадмий биологический конкурент цинка, снижает активность пищеварительных ферментов, нарушает функцию поджелудочной железы, углеводный обмен, поражает почки и тормозит рост костей; увеличивает опасность переломов костей
Мы убедились, что роль металла в нашей жизни огромна, но нельзя недооценивать и его токсического действия.
Ионы тяжелых металлов — кадмия, ртути, свинца, олова, висмута, особенно таллия, — попадая по вине промышленных предприятий в почву и воду, а затем в наш организм, становятся поражающим фактором, отравляют организм.
Загрязнение окружающей среды, грозящее порой экологической катастрофой, заставляет многих специалистов задуматься: в какой же экологической нише мы живем, что пьем, чем дышим? И если эти вопросы становятся со временем лишь острее, то их решение — проблематичнее.
В связи с развитием чёрной и цветной металлургии, сельского хозяйства, автотранспорта и других отраслей народного хозяйства постоянно растет насыщение биосферы тяжелыми металлами.
Не обошёл научно-технический прогресс, а как следствие и экологические проблемы, и наш город. Мы не хотим оставаться равнодушными к проблемам нашего города. С этой целью мы исследовали различные природные объекты г. Рузаевки. Результаты оказались самыми разнообразными. В нашем городе основные источники тяжёлых металлов – автотранспорт, железная дорога, заводы, расположенные на территории города.
3-ий ученик. Вода - одно из самых распространённых на Земле и необычных по своим свойствам химических соединений. К сожалению, в последнее время интерес исследователей к воде основан скорее не на изучении её необычных, уникальных и в то же время универсальных свойств, а на исследовании её экологического состояния, поиска путей её очищения, её защиты от бесцеремонного, безответственного отношения к ней человека. Учащимися нашей гимназии проведены исследования речной воды реки Пишля.
Исследования показали, что среда речной воды слабо кислая (рН=5.0-5.5). Вода содержит взвешенные в воде примеси порядка 5,8 г/л. Кроме того, речная вода содержит растворённые в воде примеси порядка 11 г/л, что делает целесообразным проводить качественное определение растворённых примесей в речной воде.
Исследования показали, что речная вода содержит хлорид-ионы, сульфат-ионы, нитрат-ионы, дигидрофосфат-ионы, а также ионы калия, натрия, кальция, магния, железа Fe3+, ионы аммония и органические вещества. Очевидно, содержание органических веществ в речной воде является следствием хозяйственной деятельности человека, то есть входящие в состав скорее бытовых отходов. А наличие в речной воде ионов К+, Fe3+, Na+ , NH4+, нитрат-ионов, дигидрофосфат-ионов, хлорид-ионов является следствием вымывания из почв минеральных удобрений и ядохимикатов.
В результате проделанных исследований рекомендуем не использовать речную воду реки Пишля для питья и по возможности ограничить её использование для хозяйственных нужд.
В целях улучшения качества речной воды рекомендуем жителям близлежащих районов не сбрасывать в реку бытовые отходы, а использовать для этих целей канализации для жидких отходов и мусорные контейнеры для твёрдых мусорных отходов.
Кроме того, для исключения попадания в реку компонентов минеральных удобрений и ядохимикатов соблюдать нормы, сроки и методы применения удобрений и особенно ядохимикатов. Обеспечить выявление факторов, влияющих на стекание и фильтрацию с полей загрязняющих вод и ограничить эти процессы, бороться с водной эрозией почв, оползневыми явлениями, разрушающие берега рек.
4-ый ученик. Проблема сточных вод также сложна, так как сточные воды отличаются большим разнообразием загрязняющих примесей. Нами были исследованы сточные воды завода «Висмут».
В качестве предварительного исследования были проведены эксперименты по подтверждению качественного состав сточной воды. Они показали, что сточные воды содержат ионы таких тяжёлых металлов, как железо и цинк, что, очевидно, вызвано спецификой производства. Поэтому в дальнейшем проводилось количественное определение содержания железа и цинка в сточной воде.
· Оксидиметрическим методом было определено содержание железа в сточной воде в количестве 0,7 мг/л, что не превышает ПДК, т. е. предельно допустимую концентрацию.
· Калориметрическим методом определено содержание цинка в сточной воде в количестве 0,14 мг/л, что не превышает ПДК.
· Проведено исследование природы сточной воды. Установлено, что исходная сточная вода представляет собой золь.
· Проведено исследование действия на золь интенсивного перемешивания. Перемешивание не повлияло на золь.
· Исследовано действие на золь коагулянтов. Установлено, что действие на золь сульфатов алюминия и железа в качестве электролитов, вызывающих коагуляцию, достаточно эффективно и приемлемо.
· Обнаружено, что время осаждения после коагуляции золя сточной воды значительно снижается при добавлении мела в качестве осадителя.
В результате проведённых нами исследований мы рекомендуем:
1.Применять сульфаты алюминия и железа в качестве электролитов, вызывающих коагуляцию, как наиболее доступный и приемлемый вариант.
2. Применять мел в качестве добавки, ускоряющей осаждение осадка.
3. Вести постоянный контроль качественного и количественного состава сточных вод и сопоставлять данные с ПДК.
5-ый ученик. Изучена загрязнённость улиц нашего города, запылённость воздуха, определена суммарная запылённость воздуха за зимний период. Определена кислотность снега.
По итогам исследования состояния улицы и двух переулков Фрунзе получены следующие результаты:
На улицах расположены 9 свалок.
Определена степень озеленённости улиц. На улицах произрастают 86 деревьев и кустарников.
Определена степень загрязнённости улиц населённого пункта по нескольким показателям. Изучена степень запылённости воздуха. Исследования показали, что листья растений, произрастающих на данных улицах, слабо запылены, что, очевидно, объясняется её удалённостью от проезжей части и от производственных предприятий. Для сравнения были взяты листья с деревьев, произрастающих непосредственно вдоль дороги. Исследования показали, что листья с деревьев, растущих вдоль дороги, являются сильно запылёнными. Мы ставим перед собой цель разработать проект о содержании тяжёлых металлов на листьях деревьев, произрастающих вдоль дорог.
Определена суммарная запылённость за зимний период. Исследования показали, что суммарная запылённость тоже низкая.
Исследована кислотность воздуха. Уровень рН среды равен 5, что говорит скорее о слабокислом характере снежного покрова. Это можно объяснить повышенным содержанием кислот в атмосферных осадках.
Как показали исследования, прямой экологической угрозы для жизни человека в нашем городе нет. Наш город является относительно безопасным для человеческого организма. Но является ли человек также безвредным для природных объектов нашего города. К сожалению не всегда.
Я предлагаю вам на практике убедиться в губительном действии тяжёлых металлов на живой организм.
III. Практическая часть
Как действуют ионы тяжелых металлов на живые организмы? Чтобы ответить на этот вопрос, выполним лабораторную работу.
1. Лабораторная работа «Исследование влияния ионов тяжелых металлов на биологические системы». (Групповая работа по инструктивным карточкам.)
Инструктивная карточка
1.В две пробирки налейте по 1 мл раствора белка.
2.В первую пробирку добавьте 1 мл раствора NaCl, а во вторую по 1 мл раствора: CuSO4 (1-я группа), Pb(CH3COO)2 (2-я группа), FeCl3 (3-я группа).
3.Что наблюдали?
4.Сделайте выводы.
5.Заполните таблицу
Что делали? | Что наблюдали? | Выводы |
Вывод. Ионы тяжелых металлов разрушают структуру органических веществ.
2. Групповая работа «Решение задач с экологическим содержанием».
Уровень А (задача 1)
Вы — заместитель директора фабрики резиновых игрушек. Вам предложили новую краску, содержащую кадмий, более дешевую и яркую, чем без кадмия, которая есть на фабрике. В результате ее использования фабрика получит большую прибыль. Как вы поступите, если знаете о токсичности красителей, содержащих кадмий?
а) Согласитесь с директором на покупку новой краски;
б) будете против этого решения;
в) пойдете на компромисс и предложите выпускать 50% игрушек с использованием новой краски и 50% — старой.
У р о в е н ь В (задача 2)
В комнате был случайно разбит медицинский термометр.
а) Предложите возможные способы удаления разлившейся ртути, используя реактивы, которые могут быть в вашей домашней лаборатории.
IV. Проверка знаний
(экспресс-опрос)
УЧИТЕЛЬ. Отвечать надо «да», если вы согласны со мной, и «нет», если не согласны. «Да» — зеленая сигнальная карточка, «нет» — красная.
1. Единственный источник загрязнения биосферы в нашем городе авто
транспорт. (Нет)
2. Только завышенное содержание ионов металлов в организме вызывает различные болезни. (Нет)
3. Ионы тяжелых металлов разрушают структуру белков. (Да)
4. При высоких концентрациях цинк — мутаген и онкоген. Вызывает заболевания костно-мышечной системы. (Да)
5. Ионы кадмия необходимы для процесса роста скелета, благотворно влияют на состояние нервной системы, оказывают противовоспалительное действие. (Нет)
6. Условная граница между элементами-металлами и элементами-неметаллами проходит по диагонали бор – астат. Атомы металлов имеют на внешнем энергоуровне, как правило, 1-3 электрона и имеют сравнительно большие размеры. (Да)
7. Греческое слово металлон имело значение «земляные работы, раскопки». (Да)
V. Подведение итогов
