В исследовательской работе и проекте по химии "Тяжёлые металлы в окружающей среде и их влияние на здоровье человека" обучающаяся 11 класса изучила влияние ионов тяжелых металлов на здоровье человека, провела качественных анализ на содержание этих элементов в окружающей среде.

Подробнее о проекте:

В готовом творческом исследовательском проекте по химии на тему «Словообразование в английском языке» автор изучила информацию о тяжёлых металлах, провела вторичный анализ имеющихся данных
о содержании элементов этой группы в различных средах, а также изучила влияние ионов тяжёлых металлов и их соединений на здоровье человека, на примере наиболее подверженных загрязнению территорий, провела качественный анализ на содержание этих элементов в окружающей среде.

Оглавление

Введение

1. Тяжёлые металлы, что это?
2. Роль тяжёлых металлов в промышленности и товаропроизводстве
3. Загрязнение тяжёлыми металлами
4. Влияние тяжёлых металлов на здоровье человека
5. Способность к аккумулированию и затруднительное выведение или не выведение из организма
6. Заболевания, связанные с накоплением тяжёлых металлов
7. Металлы в окружающей среде

Заключение
Список использованных источников

Современный мир невозможно представить без развитой промышленности. Эта отрасль экономики обеспечивает нас обилием высококачественных товаров, к которым мы так привыкли.
Автомобильная промышленность даёт нам немалозначимую возможность в относительно короткие сроки преодолевать значительные расстояния.

Школьники, живущие далеко от учебных заведений, добираются туда либо на общественном транспорте, либо на семейных автомобилях. Немалое количество людей добираются на работу ежедневно именно благодаря машинам. По данным аналитического агентства «АВТОСТАТ» на 2018-ый год на каждую тысячу россиян приходится, в среднем, 293 легковых автотранспортных средства.

Промышленные предприятия, производящие товары широкого потребления, также тесно связаны с нашей повседневной жизнью. Бытовые товары и продукты питания необходимы нам регулярно.
К сожалению, большинство компонентов и материалов, использующихся сегодня, содержат в своём составе ионы таких тяжёлых металлов как железо (Fe), свинец (Pb), цинк (Zn), кадмий (Cd), ртуть (Hg), хром (Cr), никель (Ni) и др.

Из-за своей сильной токсичности и довольно высокой биологической активности, накапливаясь в организме, они вызывают ряд опасных заболеваний. Данные элементы влияют на внутренние ферменты, ингибируя их, что приводит к серьёзному нарушению обмена в-в.

Цель: изучить влияние ионов тяжёлых металлов и их соединений на здоровье человека, провести качественный анализ на содержание этих элементов в окружающей среде на примере наиболее подверженных загрязнению территорий, на примере пришкольного участка.

Задачи:

• Собрать и изучить информацию о тяжёлых металлах;
• Провести вторичный анализ имеющихся данных о содержании элементов этой группы в различных средах;
• Провести качественный анализ на содержание этих элементов;
• Выявить и сделать выводы о рисках для здоровья.

Объект исследования: роль некоторых химических элементов в жизнедеятельности биоценозов и человека, в частности, их содержание в почве, снеге.
Предмет исследования: тяжёлые металлы в окружающей среде.

Гипотеза исследования: в связи с растущим уровнем потребления тяжёлых металлов создаётся опасность для здоровья людей.

Актуальность исследования: в наши дни уровень производства с использованием металлов, называемых тяжёлыми, находясь на достаточно высоком уровне, не прекращает увеличиваться. Происходит всё больше промышленных аварий, ухудшающих экологическую ситуацию и приводящих к гибели людей. Это создаёт определённые риски для здоровья населения.

По разным классификациям выделяют, в среднем, 40 химических элементов класса металлов, называемых «тяжёлыми». Критериями выделения могут быть относительная атомная масса, плотность и т.д.

Металлы – важнейшая составляющая товаропроизводства. Они являются частью, практически, всех видов бытовой техники и вещей, которыми мы пользуемся ежедневно.

Так, например, в производстве осветительных приборов используются вольфрам (W), ртуть (Hg) и молибден (Mo), а в состав большинства аккумуляторов входит никель (Ni), свинец (Pb). Индий (In) применяется в изготовлении дисплеев большинства современных телевизоров и мобильных телефонов. А для увеличения октанового числа в бензин добавляют тетраэтилсвинец (Pb(CH3CH2)4).

Соли тяжелых металлов используются в медикаментозных препаратах, нефтепродуктах, лакокрасочной продукции, производстве табачных изделий, иногда даже в продуктах питания.

Загрязнение тяжёлыми металлами

Большинство подобных товаров утилизируются неправильным образом, сильно ухудшая экологическую ситуацию. Это отсылает к другой экологической проблеме России – отсутствию санкционированных свалок и предприятий переработки отходов. Основу загрязнений составляют выбросы (в частности, свинца) промышленных предприятий – по некоторым данным, до 98%.

Значимый вклад вносят и автомобили: свинец из тетраэтилсвинца при сгорании топлива высвобождается и выбрасывается вместе с выхлопными газами, оставаясь в воздухе в виде аэрозоли или оседая на почву.

При чём, сфера его воздействия на окружающую среду не заканчивается придорожным пространством: ветром он разносится на огромные территории, отравляя всё вокруг, а попавший в почву элемент либо поглощается растениями, либо проникает в подземные воды, загрязняя уже местные водоёмы. Сегодня концентрации вредных веществ жёстко нормируется ГОСТами. Ниже представлена таблица предельных концентраций металлов в различных средах.

Элемент Вода (мг/л) Воздух (мг/м3) Почва (мг/кг)
Ср. конц. ПДКр Ср. конц. ПДКсс Ср. конц. ПДКр
Pb 0,0002 -
0,0087 0,03 1*10^-7 -
0,00025 0,0003 1-80 32,0
Cd 0,00001 -
0,0005 0,001 1*10^-7 -
0,000013 0,0003 0,02-2 2,0
Cu 0,00003 -
0,00013 1,0 3,5*10^-8 -
0,0000074 0,001 17-47 3,0
Zn 0,000004 -
0,000033 5,0 3,8*10^-8 -
0,000025 0,05 39-117 23,0
Ni 0,0005 -
0,003 0,1 6*10^-8 -
0,0000045 0,001 16-61 4,0
Co 0,00004 -
0,008 0,1 6*10^-8 -
9,3*10^-7 0,001 7,2-22 5,0
Hg 0,00002 –
0,0001 0,0005 0,0000019-
0.000004 0,0003 0,002-0,3 2,1

Как отсюда видно, содержание тяжёлых металлов превышает разовую предельно-допустимую концентрацию в почве, что отрицательно сказывается на стабильности аграрных и водных экосистем, являющихся важными для человеческой деятельности. Тяжёлые металлы являются губительными для огромного количества экосистем и биоценозов.

Влияние тяжёлых металлов на здоровье человека

Тяжёлые металлы окружают нас повсюду: в выхлопных газах автомобилей, в выбросах заводов, в продуктах питания и прочих различных сферах. В организм они попадают, главным образом, через атмосферный воздух, питьевую воду и продукты питания. Одним из важнейших техногенных факторов, наряду с загрязнением этими элементами сельскохозяйственной почвы, является загрязнение воздуха, которым мы дышим ежедневно.

Группа этих элементов представляет серьёзную опасность для здоровья людей. Поглощаясь растениями и другими организмами, они поднимаются вверх по пищевым цепям, попадая к нам на стол в виде пищевых продуктов.

Высокая токсичность

Такой металл как ртуть обычно характеризуется как ярко выраженный тиоловый яд. Связываясь с сульфгидрильными группами ферментов крови и тканей, ионы ртути блокируют активность тиоловых ферментов и цитохрома, синтез белка и ДНК в клетках, в результате чего возникают дистрофические и некробиологические процессы. Нормальное содержание ртути в организме – 13 мг, но это значение, зачастую, с лёгкостью превышается.

Этот металл способен сохранятся в человеческом организме от нескольких месяцев до нескольких лет, вызывая как острые отравления ртутью, для которых характерны рвота, диарея, озноб и вкус металла во рту, так и хроническое отравление, симптомами которого являются бессонница, тремор, нервные расстройства и нарушение работы почек.

Высокой токсичностью обладает большинство тяжёлых металлов, вызывая серьёзные отравления. На сегодняшний день количество летальных исходов от отравлений тяжелыми металлами значительно уменьшилось. Так, в прошлом веке смертность от таких интоксикаций составляла примерно 65-85%, а в наше время едва достигает 15%. Об их высокой токсикологической способности свидетельствуют, также, низкие дозы, необходимые для летального исхода, представленные в таблице ниже:

Вещество Летальная доза
ртутные соединения 0,5 г
хлорид ртути, каломель 1 г
медный купорос 10 г
свинцовый ацетат 50 г
белила (свинец) 50 г
калия бихромат 3 г
мышьяк 50 г

Способность к аккумулированию и затруднительное выведение или не выведение из организма

Свинец попадает в организм, в основном, через воздух, где 35-60% его усваиваются лёгкими, и через пищевые продукты, откуда он всасывается в тонком кишечнике, а затем частично метаболизируется в печени, образуя комплексные соединения с желчными кислотами. Также он связывается с сульфгидрильными, карбоксильными и аминными группами активных центров энзимов. В крупных городах его ежесуточное поступление может составлять от 14 до 68 мгк.

Одним из главных показателей количества свинца в организме – его содержание в крови. По данным на 2006 год, в крови россиян содержится 18,0 мкг/дл свинца, что приближенно к верхней границе нормы содержания в 20 мкг/дл. Особенно большие риски испытать на себе последствия отравления свинцом имеют фабричные рабочие и люди технических профессий: слесари, столяры, маляры, сварщики и др.

В России интоксикация свинцом и его соединениями занимает первое место среди рабочих заболеваний, а в пределах промышленных территорий его поступление в организм может достигать 163 мкг/сут. Особенно высоко его содержание в некоторых красках, использующихся в промышленной покраске (например, автомобильная краска) или хозяйственной (покраска стен больниц, например). Соответственно, и люди, выполняющие покрасочные работы, и люди, находящиеся в помещении усваивают достаточно много свинца.

Для вторых это особенно опасно, так как этот металл может накапливаться в организме годами, не вызывая симптомов интоксикации, но угнетая работу внутренних органов. При его высокой концентрации нарушается работа почек, печени и её ферментов, БЖУ-обмен*. Его воздействие является губительным для перистальтики и эпителиев почек и кишечника, а также для красных кровяных телец, так как свинец – физиологический антагонист железа.

Заболевания, связанные с накоплением тяжёлых металлов

Тяжёлые металлы выступают в роли канцерогенов (веществ, способных вызывать онкологические заболевания).
Большинство этих элементов представлено стабильными изотопами, что исключает их радиоактивность и возможность развития рака по этой причине, но из-за их активного связывания с ферментами и рибозимами может быть нарушена работа информационной, транспортной, копирующей и других видов РНК, что приводит к вредным мутациям, способным вызывать онко-заболевания.

Отравления этими веществами приводит к опасным последствиям, особенно для детей. Так, отравления свинцом составляют 0,9% от всех болезней. Разновидности интоксикаций разными металлами и сопровождающие их симптомы представлены в таблице ниже.

Металл и его соединения

Симптомы интоксикации:
Tl (талий) и его соли Поражение ЦНС и пищеварительного аппарата, нарушение работы почек, нарушение координации, выпадения волос, трофические изменения кожи, рвота, тошнота, выделение крови при дефекации.
Cr (хром) (его шестивалентные соединения) Ожоги и раздражения слизистых, головокружение, озноб, тошнота, рвота, сильные боли живота, поражение почек и печени, гемолиз, анемия, иногда, астматические приступы.
Pb (свинец) и его соли Острое отравление Хроническое отравление
Отложение металла на дёснах, вкус металла во рту, потеря аппетита, рвота, тошнота, острая боль. Воздействие на все отделы ЦНС, их деградация. Бессонница, депрессия и ряд других психических заболеваний, снижение либидо, потеря памяти, головная боль, изменение личности и когнитивные искажения, бред, раздражительность, частичная потеря слуха и зрения, галлюцинации.
У детей может быть причиной развития слабоумия и умственной отсталости, ввиду несовершенства гематоэнцефалического барьера.
Cd (кадмий) и его соли Острое отравление Хроническое отравление
Металлический привкус на языке. головокружение, слабость, приступообразный кашель. Удушье, тошнота, рвотный рефлекс, жидкий стул.
Ухудшение иммунной системы, гипертония, пересыхание кожных покровов, выпадение волос, ухудшение зубной эмали, почечная недостаточность, аритмия, потеря массы тела, мышечная слабость, нарушение функции сна, ухудшение памяти, головная боль, постоянная тошнота, рвота без причины, раздражительность.
As (мышьяк) и его соли Острое отравление Хроническое отравление
Тошнота, рвота, жидкий стул, боли в животе, мышечная слабость, пересыхание слизистых оболочек, головная боль, учащенное сердцебиение, низкое артериальное давление, усиленная жажда, спазм гортани, судороги конечностей, отек легочной системы, внутренние кровотечения, вызванные появлением язв на органах пищеварения, темно-коричневый цвет мочи, желтизна кожных покровов. Угнетение клеток головного мозга, ухудшение когнитивных способностей, памяти, заторможенность реакции, проблемы со сном, появление сердечнососудистых заболеваний, слабость, возникновение обширных гематом на коже, увеличение лимфатических узлов, выпадение волос, ослабление иммунитета, видоизменение ногтевой пластины (сильно утолщается).

Hg (ртуть) и её соли Острое отравление Хроническое отравление
Слабость, интенсивная боль в голове, отсутствие аппетита, неприятные ощущения при глотании, усиленное отделение слюны, кровяные включения в кале и рвотных массах, отеки десен, кровотечения, сильные спазматические проявления в груди и животе, нарушения дыхательного процесса, резкое повышение температуры тела, озноб. Выпадение волос, хроническая усталость, постоянные головные боли, подавленное состояние, нарушение концентрации внимания, памяти, проблемы со сном, пониженное давление, тремор конечностей, увеличение щитовидной железы в размерах, нарушение обоняния, учащенное мочеиспускание и дефекация, сбои в работе сердечной системы.

Частые случаи интоксикации характерны для участков сильной степени загрязнения и промышленных территорий. В группу риска входят рабочие, их круг общения. В повседневной жизни такие заболевания диагностируются редко. Причиной отравлений в бытовых ситуациях могут служить нарушения техники безопасности при обращении с бытовой техникой, химическими веществами и продуктами питания. К счастью, от последствий избыточного содержания металлов в организме удаётся избавиться до наступления смерти, но летальные случаи, всё же, происходят.
Сноски:
* - Белково-углеводно-жировой обмен.
Таким образом, я решил провести химический анализ на наличие тяжелых металлов на нашем пришкольном участке, т.к. овощные культуры которые мы выращиваем, используются у нас в школьной столовой. Из овощей, которых, выращенных на нашем пришкольном участке готовят очень вкусные обеды.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о фактическом содержании тяжёлых металлов, что я решил проверить аналитически с помощью двух несложных экспериментов, показывающих присутствие определённых элементов в пробах.

Для качественного анализа содержания свинца в почве пришкольного участка мне пришлось выполнить ряд действий. Пробы почвы я смешал с дистиллированной водой в объёмном соотношении 1:3 соответственно. Взбалтывая в течение 1-2 минут гетерогенную смесь, я получил почвенный раствор относительно однородной консистенции.

Далее я дал выдержке отстояться (не более минуты), после чего отфильтровал р-р. Полученную жидкость я распределил по двум пробиркам для проведения двух качественных реакций. В первую пробирку я прилил иодид калия (KI), в результате чего произошла химическая реакция, и раствор приобрёл желтоватый оттенок благодаря малорастворимому иодиду свинца (PbI2).

Во вторую пробирку я прилил сульфат натрия (Na2SO4), после чего смесь слабо окрасилась белым цветом, что говорит о присутствии свинца, так как образовавшийся сульфат свинца (PbSO4) является нерастворимым веществом (по отношению к воде).

Второй эксперимент – обнаружение меди в пробе пришкольного участка снега. Для этого я растопил некоторое количество субстрата. Полученный раствор выпарил досуха. Затем добавил каплю концентрированного водного раствора аммиака на образовавшееся пятно сухого остатка. В результате эксперимента я не увидел ожидаемой синей окраски, что говорит о количестве вещества меди, необнаружимом в условиях школьной лаборатории.

Заключение

Тяжёлые металлы и их соединения оказывают пагубное воздействие на природу и человека. Риски отравлений при работе, употреблении продуктов питания, использовании хозяйственных средств, а также риски промышленных аварий с выбросом этих элементов в окружающую среду, в современном мире достаточно высоки. Интоксикации тяжёлыми металлами – нередкость в наших реалиях, а смертность при этих заболеваниях составляет 15%. Тяжёлые металлы в незначительных количествах содержатся в различных средах, что, тем не менее, позволяет им накапливаться в организмах живых существ, вызывая определённые последствия.

Список использованных источников

1. Ильичева С. А., Заридзе Д. Г., НИИ канцерогенеза ФГБУ Российского онкологического научного центра им. Н. Н. Блюхина РАН, 115478, г. Москва – «Современное состояние проблемы оценки потенциальной канцерогенной опасности свинца и его соединений», 2015.
2. Н.С. Касимов1 , Д.В. Власов2 ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И МЕТАЛЛОИДЫ В ПОЧВАХ РОССИЙСКИХ ГОРОДОВ (ПО ДАННЫМ ЕЖЕГОДНЫХ ДОКЛАДОВ РОСГИДРОМЕТА)
3. Г. В. Шестова Г. А. Ливанов, Ю.Н. Остапенко, Т. М. Иванова, К. В. Сизова ОПАСНОСТЬ ХРОНИЧЕСКИХ ОТРАВЛЕНИЙ СВИНЦОМ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ
4. ГОСТ Р 53381-2009. Почвы и грунты. Грунты питательные. Технические условия
5. РД 52.44.593-2015 Массовая концентрация тяжелых металлов в атмосферном воздухе. Методика измерений методом атомно-абсорбционной спектрометрии с беспламенной атомизацией