ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА Исследование общей химической токсичности окружающей среды методом биотестирования снега

ГБПОУ «Первый Московский Образовательный Комплекс»

СП «Средняя общеобразовательная школа»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Исследование  общей химической токсичности окружающей среды методом биотестирования снега

Выполнили:

Иванова Анна Андреевна,

                  учащаяся  9 класса

ГБПОУ «1-й МОК»,

Каплунова Екатерина Дмитриевна,

учащаяся 9 класса

ГБПОУ «1-й МОК»,

Научный руководитель:

Пронина Любовь Ивановна,

     учитель химии

ГБПОУ «1-й МОК»

Москва 2016

Содержание

1.     Введение 

2.     Основная часть

    2.1.Обоснование темы и выбор метода исследования.

    2.2. Анализ талого снега.

    2.3. Наблюдение за растениями.

    2.4. Выводы.

         3. Заключение 

         4. Источники

         5. Приложения

Аннотация

В данной работе исследуются пробы снега, взятые в разных местах микрорайона Северное Медведково СВАО, с помощью методов аналитической химии (на содержание ионов железа, свинца, сульфат-, хлорид- ионов); и биотестирования (анализируется влияние  противогололёдного       реагента  на рост и развитие травянистых растений). Выдвигаются предложения использовать опыт других стран в устранении льда на дорогах без использования химических реактивов.

Цель  работы: исследование общей химической  токсичности окружающей среды на примере снега, содержащего противогололёдный реагент, в жилом массиве Северного Медведкова СВАО г. Москвы. Проанализировать  влияние реагента  на травянистые растения.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1.Провести литературно – архивное исследование по теме.

Выбрать доступную методику для выполнения работы.

3.Провести исследование токсичности талого снега методом биотестирования.

4.Проанализировать результаты  проведённого исследования.

5.Провести опыт на растительном материале.

6.Сделать вывод о степени токсичности окружающей среды в  Северном Медведкове по результатам исследования.

Гипотеза: противогололёдный        реагент, содержащийся в талом снеге, негативно влияет на рост и развитие растений.

Предмет исследования:  состояние окружающей среды в Северном Медведкове СВАО г. Москвы.

Объект исследования: снег, взятый с разных участков жилой части района.

В ходе  выполнения работы были использованы следующие научные методы:  экспериментальный, метод архивных разработок, метод  наблюдений, логический.

ВВЕДЕНИЕ

     С давних пор люди борются с гололёдом, придумывая всё более новые и, зачастую, вредные способы борьбы с ним. Одним из них является антигололедный реагент, который попадает на обочины дорого и газоны, а после- с талой водой в почву, в которой растут растения.

В ходе зимней уборки объектов дорожного хозяйства в  Москве в целях снегоочистки и ликвидации зимней скользкости ежегодно используется более 380 тысяч тонн противогололедных реагентов, которые оказывают влияние на жизнь и здоровье граждан, состояние окружающей среды, в том числе на животных, растения, почву, водные объекты, состояние объектов дорожного хозяйства и связанных с ними гидротехнических и других коммуникаций.

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1.Обоснование темы и выбор метода исследования.

Такая сложная среда, как мегаполис, изменяет практически все компоненты экосистемы, в том числе и атмосферный воздух, воду, почву, снег.

При исследовании литературно – архивных материалов были определены основные источники поступления веществ - загрязнителей в окружающую среду. К ним относятся, в первую очередь, предприятия округа: завод железобетонных конструкций, шарикоподшипниковый завод, также определенный вклад в загрязнение окружающей среды привносит ТЭЦ «Северная». Предприятия расположены в городской черте рядом с жилой застройкой. Всё больше становится автотранспорта на дорогах. Он является источником поступления в окружающую среду оксида углерода, углеводородов по бензину, керосину, диоксида азота, сажи, диоксида серы, свинца. В настоящее время в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания обнаружено около 1200 компонентов.

Противогололёдные смеси, которыми зимой посыпают дороги, являются источниками пыли, а так же могут содержать и вредные, токсичные вещества.

На дорогах применяют различные противогололедные  смеси. В их состав входят: калий хлор, натрий хлор.  Чтобы при низких температурах плавить лед, используется жидкий реагент на основе кальция.

Большая часть выбрасываемых в окружающую среду веществ – газообразных, в виде пыли или аэрозолей - в зимнее время адсорбируются снежным покровом. Исследования снега могут включать оценку запылённости воздуха, загрязнения тяжёлыми металлами, нитратами, сульфатами, хлоридами, органическими веществами. Поэтому снег, как и вода, может являться индикатором загрязнённости окружающей среды

Для исследования снега как индикатора загрязнения окружающей среды нами был выбран метод, который соответствовал следующим требованиям:

а) простота выполнения,                            б) наглядность,

в) убедительность,                                      г) непродолжительность по времени.

Мы использовали в своей работе рекомендации, предлагаемые авторами Мансуровой С.Е. и Кокуевой Г.Н. в школьном практикуме «Следим за окружающей средой нашего города»[6]. Данная методика оказалась наиболее доступной и интересной и способствовала решению задач исследования.

В соответствии с этой методикой проведено исследование снега на общую химическую токсичность методом биотестирования.

Под биотестированием обычно понимают процедуру установления токсичности среды с помощью тест - объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест - объектов.

Вредные вещества, выбрасываемые промышленными предприятиями в атмосферу, противогололёдные реагенты, автомобильные выхлопы и др. накапливаются в снегу и с талыми водами поступают в открытые и подземные водоёмы, загрязняя их. Таким образом, исследуя влияние талой воды, полученной из загрязнённого снега, на живые организмы - тест - объекты, можно составить представление об общей химической токсичности окружающей среды для живых организмов, в том числе, и для человека.

2.2 Анализ талого снега

Образцы снега собраны в нескольких местах:

Проба 1-чистый снег со сквера - ул. Сухонская  (приложение 1 фото 1).

Проба 2-снег с дворовой территории (газон), обработанной сухим реагентом - солью (приложение 1 фото 2).

Проба 3 - образец с проезжей части улицы Широкая, обработанной жидким реагентом (приложение 1 фото 3).

С помощью лакмусовых бумажек, мы определили среду реакции талого снега с реагентами: она везде оказалась слабо - щелочной (приложение 1фото 4, 5,6).  Результаты    органолептических   анализов представлены в  приложении2 табл.1 и приложение1 фото 8,9,10.Как  видно из таблицы, проба №1 почти ничем не отличается от обычной воды. Наиболее загрязненный образец   под номером 3 .

После этого мы провели  эксперименты на содержание некоторых  ионов в школьной химической лаборатории (приложение 2 табл.2, приложение 1фото 8, 9.10).

Были использованы  реактивы: йодид калия, нитрат серебра, хлорид бария, карбонат натрия, красная кровяная соль, желтая кровяная соль.

После отбора проб осадков определенными реакциями определим ионы SО₄^2-  , Pb²⁺,Fe²⁺,Fe³⁺,Cl^-.

Частные реакции сульфат - аниона S0₄^2-.

1. Хлорид бария ВаС1₂ образует с анионом SО₄^2- белый осадок BaSО₄;

ВаС1₂ + H₂SО₄ → BaSО₄ ↓ + HC1;              

Ba²⁺ + SО₄^2- → BaSО₄↓ (приложение1 фото 9).

2. Нитрат серебра AgNО₃ при взаимодействии с анионом SО₄^2- в концентрированных растворах образует белый осадок сульфата серебра AgSО₄, растворимый в азотной кислоте:

Na₂SО₄ + 2AgNО₃ → Ag₂SО4↓ + 2NaNО_3;        SО₄^2-+2Ag⁺ → Ag₂SО₄↓

Условия проведения опыта.

1. Реакцию образования BaSО₄ можно проводить как в нейтральных, так и в кислых средах (рН ≤ 7).

2. Осадок AgSО₄ будет выпадать только из концентрированных растворов (растворимость AgSO₄ = 2,6 * 10 моль/к).

Частные реакции карбонат - аниона СОз^2-.

1. Хлорид бария ВаСI₂ осаждает анион СОз^2-, образуется белый осадок карбоната бария, растворимый в кислотах (кроме серной кислоты):

ВаС1₂+ Na₂CО₃ → 2NaCl + BaCО₃↓;                       Ва²⁺ + СОз^2- → ВаСО₃↓.

2.Нитрат серебра AgNО₃ образует с анионом СОз^2- белый осадок, растворимый в кислотах (кроме НCI):

2AgNO₃+ Na₂CO₃ → Ag₂CO₃ + 2NaNО₃

3.Кислоты разлагают соли угольной кислоты с выделением оксида углерода (IV)                                Na₂CО₃ + 2HC1 → 2NaCl + Н₂СО_э

Оксид углерода можно обнаружить известковой водой (насыщенный раствор Са(ОН)₂):                      Са(ОН)₂ + СО₂ → Н₂СО_э + Н₂О

Определение ионов Fe общего (Fe⁺³и Fe⁺²).

1.В пробирку налить 5 мл анализируемой воды.

2.Добавить несколько крупинок надсернокислого калия и перемешать (Fe²⁺

окислится до Fe³⁺).

3.Добавить 1 мерник кислого сернокислого калия, перемешать.

4.Добавить 10 капель 10%-ного роданистого аммония, взболтать.

5.Калориметрировать через 3 минуты, сверху.

Или можно воспользоваться желтой кровяной солью и красной кровяной солью:

4Fe³⁺ = 3(Fe(CN)₆^4-  = Fe₄(Fe(CN)₆)₃                          берлинская  лазурь

3Fe²⁺ + 2(Fe(CN)₆)^3-   = Fe₃(Fe(CN)₆)₂                          турнбулева       синь

Но так как в пробирках ничего не произошло, то мы делаем вывод,что ионов железа нет.

Качественная реакция на ион свинца.

1.Карбонат натрия Na₂CO₃, взаимодействуя с ионом свинца Pb²⁺, образует творожистый осадок белого цвета(приложение 1 фото 10):

Na₂CO₃+PbSO₄→Na₂SO₄+PbCO₃↓;                 Pb²⁺+CO₃^2-→PbCO₃

2.Йодид калия KI, взаимодействуя с ионом свинца Pb²⁺, образует осадок желтого цвета(приложение 1 фото 11):

2KI+PbSO₄→PbI₂+K₂SO_4;                                                      Pb²⁺+ 2I^-→ PbI₂

Проделав качественную реакцию на сульфат-ион, мы убедились в том, что он присутствует, но в малом количестве. Хлорид-ион также присутствует, а  ионов железа мы не обнаружили. Зато мы нашли ион свинца (тяжёлого металла и опасного для человека и растений) в образце 3 . Мы можем сделать вывод, что наличие соединений свинца обусловлено большим автомобильным движением по улицам района

2.2 Наблюдение за растениями

В качестве тест – объекта использовались проростки семян гороха. Это растение относится к семейству двудольных, имеет стержневой хорошо развитый главный корень и удобные для измерения боковые корни, что позволяет проследить динамику развития проростков в зависимости от степени загрязнённости снега.

В каждую пробу талой  воды  мы поместили семена гороха. Для исследования были отобраны проросшие горошины, с корнями одной длинны и проклюнувшимися ростками. Образец №4 – контрольный (водопроводная вода).

Наблюдали за их ростом в течение 5 дней (Приложение1фото12-15), (приложение 2 таблица 3).

Сначала все образцы были на одной стадии развития. Но после нескольких дней их роста мы увидели, что образец 3  стал отставать   в развитии от 1 и 2. Они были более бледного цвета и скорость роста была заметно меньше. Длина корня почти не увеличивалась.

 Через 5 дней образец 1 выглядел лучше всего: у него хорошо развилась корневая система (появились боковые корни), росток был самым длинным и толстым среди остальных. Цвет зелёный. Образец 2 отставал от 1, но рос и развивался достаточно не плохо. А вот образец 3  завял.

Выводы: После проделанной работы мы можем сделать следующие выводы -Самый чистый снег оказался на аллее (ул.Сухонская).

-Самый грязный снег находится на обочинах дорог и непосредственно на самой дороге (ул. Широкая).

На основе эксперимента мы убедились, что вследствие загрязнённости снега реагентом и другими  веществами (машинное масло, антифриз, незамерзающая жидкость, тосол, бензин), растения плохо развиваются и их жизнеспособность понижается.

Наша гипотеза подтвердилась: современный противогололёдныйреагент и примеси, содержащийся в талом снеге, которым посыпают улицы нашего города, негативно влияет на рост и развитие растений.

Практическое значение  проведённого исследования:

1.Результаты   исследования могут послужить  сигналом для проведения рекреационных мер и восстановления экологического благополучия Северного Медведкова.

2. Полученные данные могут быть использованы для практических рекомендаций жителям района.

Работа была выполнена в  январе 2016 года.

Литература

1.Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьева А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии, М., АО МДС, 1996.

2. Википедия«биотестирование».

3.Вронский В.А. Антропогенные загрязнения атмосферы и растения. Биология в школе, 1992, № 3-4.

4. Горышина Т.К. Растение в городе. Л., Издательство ЛГУ, 1991.

5. Интернет-издание «Московское Время» Барановская Светлана.2013г.

6. Мансурова С.Е., Кокуева Г.Н. Следим за окружающей средой нашего города: 9-11 кл.: Школьный практикум.

7.Материалы с сайта Департамента природопользования и охраны окружающей среды города Москвы (Мосприрода) Правительства Москвы

8. МОСКВА, 13 авг. 2014 - РИА Новости.

9.Стройка.ru

День

Приложение 1 Фотографии:   пробы  снега

1                   2                          3

                                        Среда реакции (рН)

  4                            5                               6

7

8. качественная реакция на сульфат-ион          

9    качественная реакция на ион свинца,    признак реакции- белый осадок

10 качественная реакция на ион свинца, признак реакции- выпадение жёлтого  осадка

Ростки гороха

11 

1213    14

15 

Приложение 2.Таблица 1.  Среда реакции и органолептические показатели

	Среда	запах	цвет	прозрачность	Наличие примесей (осадок, плёнка)
1. парк	рН6	нет	отсутствует	прозрачная	нет
2. двор	рН7	Слабый запах нефтепродуктов или резины	темный	Очень мутная, абсолютно не прозрачная	Очень темный осадок и коричневая пенистая плёнка
3. дорога	рН7	Резкий запах нефтепродуктов	очень темный	Очень мутная, абсолютно не прозрачная	Черный осадок и плотная маслянистая пенистая плёнка

Таблица 2. Качественные реакции на ионы

Определяемый ион	реактив	Проба 1	Проба 2	Проба 3
Cl−	AgNO3	Реакция не идёт	Выпадает осадок белого цвета	Выпадает осадок белого цвета
SO42−	BaСl2	Реакция  не идёт	Небольшое количество белого осадка	Небольшое количество белого осадка
Pb2+	NaCO3	Реакция  не идёт	Реакция  не идёт	Выпадает белый осадок
	KI	Реакция  не идёт	Реакция  не идёт	Выпадает жёлтый осадок
Fe 3+, Fe2+	красная кровяная соль, желтая кровяная соль	Реакция  не идёт	Реакция  не идёт	Реакция  не идёт

Таблица 3. Тест – объекты( образец 4 – водопроводная вода)

дата		11 янв	12 янв	13 янв	14 янв	15 янв
Длина ростка (мм)	1	5	10	17	25	35
	2	5	7	10	12	20
	3	5	5	5	-	-
	4	5	10	16	24	36
Длина корня	1	20	30	40	40 ; 10	45;20
	2	20	30	30	40	40
	3	20	20	20	-	-
	4	20	26	39	40:10	44;20
Цвет ростка	1	Желто-зелёный	Зеленый	Зеленый	Зеленый	Зеленый-зеленый
	2	Желто-зелёный	Зеленый	Зеленый	Зеленый	Зеленый
	3	Желто-зелёный	Желтый	Бледно-желтый	-	-
	4	Желто-зелёный	Зеленый	Зеленый	Зеленый	Зеленый
Общий вид	1		Живой, растущий	Живой, появились боковые корни	Развивающийся, тургий, здоровый	Тургий, здоровый и растущий
	2		живой	живой	нормальный	Растет медленно
	3		Не растет	вялый	Мертвый, засох	-
	4		Живой, растущий	Живой, появились боковые корни	Развивающийся  здоровый	Тургий, здоровый и растущий

Краткое описание документа:

Исследовательская работа учащихся. В данной работе исследуются пробы снега, взятые в разных местах микрорайона Северное Медведково СВАО г. . Москвы, с помощью методов аналитической химии (на содержание ионов железа, свинца, сульфат-, хлорид- ионов); и биотестирования (анализируется влияние противогололёдного реагента на рост и развитие травянистых растений).