Определение ионов меди в природных водах Павловского района

Вид материала

Документы

Подобный материал:

• Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов аммония в природных и сточных, 1408.2kb.
• Якимова Светлана Алексеевна инженер по подготовке производства муниципального казенного, 21.76kb.
• Программа курса лекций, 68.05kb.
• Определение ионов аммония Определение ионов аммония, 52.74kb.
• Положение о конкурсе на лучшую организацию работы по профилактике детского дорожно-транспортного, 65.06kb.
• Определение содержания гидразина в природных и сточных водах кольской аэс на уровне, 85.49kb.
• Научно-практическая конференция «Старт в науку» Определение оптимальной методики восстановления, 114.67kb.
• Планирование методов определения кислотности почв, ионов натрия, сульфат ионов, хлорид, 67.09kb.
• К юбилею академика Н. Н. Павловского, 58.6kb.
• Физико-химическое исследование взаимодействия ионов меди(II) с некоторыми β-лактамными, 195.96kb.

Определение ионов меди в природных водах

Павловского района


Исполнитель: Тимошенко Алена Николаевна, ученица 9 класса
МОУ СОШ № 17


Руководитель: Воленко Елена Николаевна,
учитель биологии и химии
МОУ СОШ № 17


Павловский район

с. Краснопартизанское

2007 г.


Аннотация к работе «Определение ионов меди в природных водах Павловского района»

Данная работа выполнена ученицей 10 класса Тимошенко Аленой, которая для установления концентрации ионов меди в малых реках Павловского района использовала химический тест-анализ, основанный на реакции ионов меди с дифенилкарбазоном, в результате которой образуется бурый осадок.

В ходе подготовки исследовательской работы были изучены многочисленные публикации о роли тяжелых металлов, к которым относится медь, на окружающую среду и на организм человека. Учитывая тот факт, что в Павловском районе особенно развит аграрный сектор экономики, и соединения меди представляют собой пестициды или удобрения, то вполне вероятно постепенное накопление ионов меди в окружающей среде, в частности в природных водах. Ранее исследования по данной теме в районе не проводились, что делает эту работу особенно актуальной.

В ходе проведения анализа было установлено, что в большинстве проб концентрация меди 1 мг/л, что делает воду рек Челбас, Сосыка и Тихонькая непригодной для использования в рыбохозяйственных целях и затрудняет процесс самоочищения.

В работе Тимошенко Алены четко обозначены цель и согласно этой цели продуманы методики для ее реализации.

Сбор проб для анализа проводили при непосредственном участии автора работы и ее родителей. Анализ и обобщение результатов проведено совместно с руководителем проекта.

Тимошенко Алена может убедительно и информативно доложить о результатах своей работы. К данной работе имеется мультимедийная презентация.


Руководитель проекта Воленко Елена Николаевна


Определение ионов меди в природных водах Павловского района.

План- оглавление.

1. Введение.
   
2. Воздействие меди на живые организмы.
   
3. Определение ионов меди в малых реках Павловского района.
   

А) Подготовка к проведению анализа.

Б) Содержание ионов меди в природной воде.

В) Определение наличия меди в водопроводной воде.

4. Выводы.

5. Список литературы.


1. Введение.

Согласно энциклопедическому словарю, медь ( лат.Cuprum )- химический элемент 1 группы периодической системе Менделеева, атомный номер 29, атомная масса 63, 546.

Чистая медь - тягучий, вязкий металл красного, в изломе розового цвета, а в очень тонких слоях на просвет медь выглядит зеленовато-голубой. Эти же цвета, кстати, характерны и для многих соединений меди, как в твердом состоянии, так и в растворах. В соединениях медь обычно проявляет степени окисления +1 и +2, известны также немногочисленные соединения трехвалентной меди.

Медь- один из семи металлов, известных с глубокой древности. Целый период истории человечества назван медным веком.

В книге Подчаинова В. Н. « Медь» так описывается история применения этого металла: « Итак, медный век (4-3-е тысячелетия до н. э.) – переходный период от каменного века к бронзовому. Человек находил месторождения самородной меди и использовал ее для производства орудий труда, посуды, украшений. Позднее в обиходе появились сплавы меди с оловом (бронза), с цинком (латунь).

В настоящее время трудно найти область промышленности, где бы ни использовались медь, ее сплавы или соединения. Из меди изготавливают теплообменники, вакуум-аппараты, трубопроводы, электрические провода. Многие соединения меди представляют собой пестициды или удобрения, поэтому их широко используют в сельском хозяйстве».

Биофизик Диордица В. А. в статье « О токсической роли тяжелых металлов»

отмечает, что закономерностью, отражающей современное развитие общества, является возрастание техногенной миграции. В результате этого происходит массовое поступление химических элементов в объекты окружающей среды, что может привести к техногенным заболеваниям человека.

Уже свершившимся фактом является наличие большого количества загрязняющих веществ в нашей среде обитания, вредность которых в первую очередь определяется:

- их устойчивостью в среде,

- биологической доступностью,

- вероятность вызывать негативные эффекты в очень малых концентрациях.

Всеми этими характеристиками обладают химические элементы, отнесенные к группе тяжелых металлов. Их токсичность проявляется в способности легко аккумулироваться живыми организмами, вызывая даже в малых количествах нарушения их функционирования. В процессе перемещения по геохимическим циклам эти элементы, в силу своих химических свойств, слабо трансформируются и накапливаются в окружающей среде. В настоящее время приоритетными загрязнителями признаны ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, ванадий, олово, цинк, сурьма, молибден, кобальт, никель, а также медь.

В настоящее время установлено, что медь обладает канцерогенными свойствами. Ионы меди образуют комплексы с пуриновыми и пиримидиновыми основаниями, это влечет за собой изменения в структуре и свойствах ДНК и РНК, приводящие к бесконтрольному делению клеток (образованию опухоли).

В России из 60 кубических километров сточных вод по меньшей мере треть попадает в окружающую среду без всякой очистки. Наиболее загрязнены водные источники юга России. По данным Ю. Л. Хотунцева, из бассейна реки Кубань в 1991 году было забрано для производственных целей 80% годового стока. Вода не успевает самоочищаться. Для того, чтобы « вылечить» реку после такой агрессии, необходимо разбавлять загрязненную воду чистой в соотношении 1: 100. Этого не происходит.

С промышленными и коммунальными стоками, в результате атмосферных выпадений происходит поступление тяжелых металлов в малые реки, в грунтовые и другие природные воды. Помимо непосредственного загрязнения источников питьевого водоснабжения большую опасность представляет загрязнение гидробионтов, которых человек употребляет в пищу.

По территории Павловского района протекает несколько малых рек. Заслуженный учитель Кубани Петр Федорович Ризель, в одной из своих книг так характеризует экологическое состояние одной из них: « В недалеком прошлом река (Тихонькая) была одной из самых чистых наших рек. В настоящее время усиленно сбрасываются в реку отходы спецхладобойни, сахарного завода, консервного комбината и других промышленных предприятий. Канализационный приток сбросов медленно, но неотвратимо превращает нижнюю часть русла реки в зловонное болото».

В настоящее время через разветвленную сеть лабораторий осуществляется контроль за качеством воды. Но, несмотря на это, постоянно ухудшается экологическая обстановка. Принятый в России закон « Об охране окружающей среды» и указ президента, подписанный в 1994 году, « О государственной стратегии Российской Федерации по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития» не выполняются многими предприятиями.

На мой взгляд, для изменения ситуации, необходимо осуществлять нами, учениками, доступные аналитические исследования, позволяющие осуществлять контроль за состоянием природных вод, а также делать обобщающие выводы о состоянии окружающей среды и следить за ее изменениями.

В своей работе я использовала одну из методик определения концентрации ионов меди в малых реках Павловского района. Она основана на реакции ионов меди с дифенилкарбазоном, в результате которой образуется бурый осадок.

Таким образом, цель данной работы: установить, каково содержание ионов меди в природных водах Павловского района и как следствие, не превышает ли это содержание предельно допустимые концентрации ( ПДК).


2. Воздействие меди на живые организмы.

Влияние меди на живые организмы не однозначно, так как, с одной стороны, она важный микроэлемент, участвующий в обменных процессах, а с другой - ее соединения токсичны ( в высоких концентрациях). Так, Ю. Л.Хотунцев «Экология и экологическая безопасность» отмечает, что при попадании в организм, большинство металлов( в том числе и медь) очень трудно выводятся, имеют свойство постоянно накапливаться в тканях разных органов( биоаккумуляция),и при повышении определенной пороговой концентрации наступает резкое отравление организма. Ярко выраженная способность к комплексообразованию, взаимодействие с кислородом, подверженность обратимому восстановлению- вот особенности меди, которые определяют ее биологическую роль в живых клетках.

В клетке ионы меди находятся в виде комплексных соединений с биологически активными веществами : нуклеиновыми кислотами, аминокислотами, биогенными аминами, гормонами- или входят в состав белков. Медьсодержащие белки подразделяются на две группы : «голубые» и « не голубые» белки. К низкомолекулярным белкам голубого цвета, участвующих в переносе электронов, относят бактериальные азурины, стеллацианин, пластоцианин.

К высокомолекулярным белкам относят « голубые оксидазы». В белке крови высших животных - церулоплазмине связано 95% всей меди, находящейся в сыворотке.

Он выполняет ферментативные и регуляторные функции.

В обычных условиях человек получает с пищей в сутки 2-5 мг меди. Поступление через легкие незначительно- 0,02 мг/ сут. Суточная потребность в меди составляет для взрослых 1,5-3 мг. При напряженной мышечной деятельности необходимость в меди возрастает до 7 мг/сут. Из суточной дозы усваивается 30-40% меди, остальное - превращается в недоступную для организма форму и выводится наружу. Большая часть меди поступает в печень, где связывается церулоплазмином (90-96%), остальная часть идет на синтез ферментов.

Органы и ткани	Содержание меди в мг % на сырую ткань
Печень	0,3-1,3
Мозг	0,1-0,6
Сердце	0,1-0,6
Почки	0,17-0,3

В таблице приведено распределение меди в организме.

Селезенка	0,26
Легкие	0,25
Кости	0,1-0,6
Мышцы	0,54

Если поступление меди в организм превышает его суточную потребность, то это может привести к отравлению. Механизм токсического действия заключается в способности ионов меди блокировать S-H группы белков, в особенности ферментов. Кроме того, соединения меди повышают проницаемость мембран митохондрий. Острая интоксикация сопровождается гемолизом эритроцитов. Опасность отравления для человека возникает в процессе производственной деятельности, связанной с использованием меди и ее соединений.

При использовании фунгицидов (карбонат и сульфат меди) или пестицидов (представляющих собой различные смеси основных солей меди) в процессе работы у людей наблюдается так называемая меднопротравная лихорадка, симптомами которой являются приступы кашля, рвота, боли в животе, носовое кровотечение. Патогенез этой болезни заключается в некрозе эндотелия легочных альвеол и последующем всасывании продуктов денатурации белка.

Описаны случаи отравления питьевой водой, содержащей 44 мг/л ионов меди, что могло быть связано с использованием медных водопроводных труб. При хроническом отравлении у человека возможны функциональные расстройства ЦНС. Хроническая интоксикация наблюдается при добавлении солей меди в корм животным для увеличения привеса, что выражается в гемолитической анемии, дисфункции почек, дистрофии печени и селезенки, нарушении белкового обмена, повышении эмбриональной смертности.

Среднее содержание меди в растениях около 0,2 мг/кг, но 2/3 ее находится в нерастворимом состоянии: 70% всей меди удерживается в листьях. В растительном организме соединения меди участвуют в азотном обмене, влияют на активность ряда ферментов, участвующих в фиксации молекулярного азота атмосферы ; повышают устойчивость к полеганию и экстремальным температурным условиям.

Избыточное содержание меди токсично и для растений. При медной интоксикации изменяется окраска листьев до красной и буро-коричневой, что свидетельствует о разрушении хлорофилла. Кроме того, происходит угнетение роста, задержка развития.

Неравномерность распределения и содержания микроэлементов- одна из существенных закономерностей природы. Существуют биогеохимические провинции с избыточным содержанием меди ( районы медных месторождений), недостатком меди (таежная лесная, нечерноземная зона), низким содержанием меди ( сухостепная, пустынная, полупустынная зоны), достаточным содержанием меди ( лесостепная, степная, черноземные зоны).

В связи с развитием промышленности и сельского хозяйства постоянно возрастает насыщение биосферы тяжелыми металлами, в том числе и медью. Годовая промышленная добыча меди составляет 360 г/га, при этом природная миграция составляет 114г/га (ежегодный вынос рек, захват растительностью). Масса добычи меди в 3 раза превышает массу меди, участвующей в водной и биогенной миграции.

Основными антропогенными источниками меди и других тяжелых металлов считают добывающую промышленность (с 1965 по 1975 г. в мире только за счет потерь цветных металлов было рассеяно 600 000 т меди), металлургию ( из тонны пыли, выбрасываемой в атмосферу при плавке медных руд, можно извлечь 100 кг меди), сжигание топлива ( ежегодно в мире сжигается более 3 млрд. т угля, содержащего в качестве примесей большое количество тяжелых металлов, включая медь), автотранспорт.

Таким образом, масштабы использования меди и ее соединений велики как в промышленности, так и в сельском хозяйстве. Повышение концентрации ионов меди в окружающей среде отрицательно воздействует на живые организмы. Проведенное мной аналитическое исследование позволяет судить о содержании ионов меди в малых реках Павловского района, а также о наличии или отсутствии последних в водопроводной воде.


3. Определение ионов меди в малых реках Павловского района.

А). Подготовка к проведению анализа.

Перед проведением анализа я приготовила серию стандартных растворов, содержащих точные концентрации ионов меди. Для этого навеску медного купороса массой 0, 0980 г помещала в мерную колбу на 250 мл, приливала дистиллированную воду и растворяла в ней вещество (дифенилкарбазон), затем раствор доводила до метки и перемешивала. Приготовленный раствор содержит 100 мг/л ионов меди.

Если взять 25 мл этого раствора, поместить в мерную колбу на 250 мл и довести содержимое дистиллированной водой до метки, то получится раствор №2 концентрацией 10 мг/л.

Двукратным разбавлением раствора №2 получаем раствор концентрацией 5 мг/л.

Если взять 25 мл раствора №2, поместить в мерную колбу на 250 мл и довести ее содержимое водой до метки, то получится раствор концентрацией 1 мг/л.

Кроме того, необходимо изготовить реактивную бумагу. Для этого фильтровальную бумагу нужно нарезать полосками размером 2на 5 см, поместить на 30 мин. в раствор дифенилкарбазона ( 0,5 вещества, растворенного в 50 мл 96%-ного раствора этилового спирта). Затем полоски высушиваются на воздухе. Реактивную бумагу можно использовать в течение 6 месяцев для проведения тест-анализа.

При выполнении анализа в химические стаканы нужно поместить по 50 мл стандартных растворов концентрацией ионов меди 10, 5 и 1 мг/л и анализируемые пробы природной и водопроводной воды. Во все стаканы я опускала полоски реактивной бумаги (с соответствующими надписями).

В присутствии ионов меди реактивная бумага становится бурой, интенсивность окраски уменьшается при снижении концентрации. Окраску реактивной бумаги, извлеченной из природной и водопроводной воды, я сравнивала с интенсивностью окрашивания в стандартных растворах, что позволило сделать вывод о приблизительной концентрации ионов меди.


Б). Содержание ионов меди в природной воде.

Анализ проб, взятых в реке Челбас.


Река Челбас- вторая по длине и многоводности река района. Длина реки-288 км, площадь водосборного бассейна- 3950 км.

Для проведения анализа были взяты пробы в трех точках реки, а именно в районе пляжа, вблизи от Ростовской трассы и в районе фермы. Результаты анализа приведены в следующей таблице.

Таблица №1.

Места, где были взяты пробы для анализа	Интенсивность окрашивания	Содержание меди (в мг/л)
Район пляжа	не обнаружено	менее 1 мг/л.
Район трассы Краснодар - Ростов	светло - коричневое	1 мг/л.
Район фермы	не обнаружено	менее 1 мг/л.

Согласно данному анализу,в реке Челбас обнаружены в незначительной концентрации ионы меди.


Анализ проб, взятых в реке Тихонькая.

Река Тихонькая- приток реки Челбас. Берет свое начало в Тихорецком районе.

Для исследования состояния реки на предмет обнаружения ионов меди, были взяты пробы в следующих местах : район пляжа, район трассы и в месте так называемого «теплого течения»( это место сброса отработанных вод с Павловского сахарного района).

Результаты анализа приведены в следующей таблице.




Таблица №2.

Места, где были взяты пробы для анализа	Интенсивность окрашивания	Содержание меди (в мг/л)
Район пляжа	не обнаружено	менее 1 мг/л.
Район трассы Краснодар - Ростов	светло - коричневое	1 мг/л.
«Теплое течение»	светло - коричневое	1 мг/л.

Согласно данному анализу, в реке Тихонькая обнаружены в небольшой концентрации ионы меди (их содержание не превышает ПДК).


Анализ проб, взятых в реке Сосыка.


Река Сосыка - наиболее крупный приток Еи, пересекающий наш район на расстоянии 159 км. Площадь водосборного бассейна- 2030 квадратных километров.

Для проведения тест - анализа этого природного водоема были выбраны следующие три точки : район пляжа, район трассы и район военкомата .

Результаты анализа представлены в следующей таблице.


Таблица № 3.

Места, где были взяты пробы для анализа	Интенсивность окрашивания	Содержание меди (в мг/л)
Район пляжа	светло - коричневое	1 мг/л.
Район трассы Краснодар - Ростов	светло - коричневое	1 мг/л.
Район военкомата	светло - коричневое	1 мг/л.

Согласно данному анализу, в реке Сосыка обнаружены ионы меди, концентрация которых не превышает ПДК.


В). Определение наличия меди в водопроводной воде.

При анализе проб, взятых в следующих населенных пунктах : станица Павловская, станица Старолеушковская, село Краснопартизанское, не было установлено изменение цвета реактивной бумаги, что позволяет сделать вывод о содержании ионов меди в пределах допустимой концентрации.


4. Заключение.

Системы организма, регулирующие гомеостаз, не могут одинаково эффективно работать при любых концентрациях меди, поступающей в организм. Существует диапазон концентрации меди в окружающей среде, в пределах которых организм может нормально функционировать. В связи с этим, важное значение имеет установление предельно допустимых концентраций (ПДК). ПДК меди в водоемах, используемых для рыбохозяйственных целей-0,001 мг\л, для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых целей – 1,0 мг/л.

По результатам проведенных мною тест- анализов было установлено:

1. Содержание ионов меди в исследованных мною пробах природных вод не превышает 1мг/л . Данная концентрация меди делает непригодными реки Челбас, Сосыка, Тихонькая для использования их в рыбохозяйственных целях.
   
2. Воды исследованных малых рек возможно использовать в культурно-бытовых целях.
   
3. При концентрации ионов меди, равной 1 мг/л в малых реках Павловского района задерживаются процессы самоочищения воды.
   
4. Водопроводная вода в населенных пунктах: Павловская, Старолеушковская, Краснопартизанское не содержит «следов» ионов меди.
   

Таким образом, природные воды Павловского района в незначительных количествах содержат ионы меди, что связано с применением в сельском хозяйстве мощных средств подавления нежелательных видов: пестицидов, гербицидов и т. д.

В заключении работы хочется еще раз процитировать строки П.Ф.Ризеля :

« Характеризуя современное состояние рек, можно без преувеличения сказать, что они по существу стали позорным памятником нашего неразумного отношения к природе. Некогда полноводные, теперь они превратились в цепочки стоячих водоемов. На них возведено около 2000 плотин, запруд, всевозможных гатей. Распашка земли до самого уреза воды, уничтожение леса и кустарников, строительство различных объектов по берегам привели к их загрязнению смываемыми вместе с почвой удобрениями, пестицидами, навозом, к зарастанию берегов камышом, рогозом, водорослями. Особо пагубное воздействие оказало заиливание русел рек. Создалась предпосылка заболачивания рек. В них развиваются процессы метанового брожения, снижается рыбопродуктивность.»

К данной печальной характеристике следует добавить и наличие в малых реках ионов меди, которые воздействуют негативно на все живые организмы.

Проведенное мною исследование показало, как важно иметь четкое представление о биологической роли тяжелых металлов, соединения которых широко используются в промышленности и сельском хозяйстве,о воздействии их на живые организмы, а также знать методы их обнаружения, чтобы осуществлять контроль за состоянием окружающей среды.


5. Список литературы.

1. Алтунин В.С., БелавцеваТ. М. Контроль качества воды: Справочник. М.: Колос, 1993 г.

2. Биологическая роль микроэлементов. Сб. статей. М.: Наука, 1983 г.

3. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов 1-4 групп.Л.:

Химия, 1988 г.

4. Ионы металлов в биологических системах. М.: Мир, 1975 г.

5. Ковальский В.Н. Геохимическая экология. М.: Знание, 1973 г.

6.Коренман И.М. Аналитическая химия малых концентраций. М.: Химия, 1967 г.

7. Мецлер Д.Биохимия . М.: Мир, 1980 г.

8. Ризель П.Ф. Павловский район. Ст.Павловская, 2000 г.

9. Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический справочник. М. 1995 г.

10. Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность. М.: Академия,2002г.

11.Энциклопедический словарь юного химика. М.: Педагогика,1990 г.