Проектно-исследовательска работа на тему "Озоновый щит нашей планеты"

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №4 ГОРОДА БИРСКА МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА БИРСКИЙ РАЙОН  РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ

 РАБОТА ПО ХИМИИ

Тема: «Озоновый щит нашей планеты»

                                                                           Выполнил: ученик 9А класса

                                                                            Кустиков Кирилл

                                                                           Руководитель: учитель химии

                                                                            Талипова А. М.

Бирск - 2017

Оглавление

I.Введение

- Цель проектной работы

- Задачи проектной работы

II.Основная часть

-Озоновый слой-щит нашей планеты Земля

-Понятия озонового слоя. Что такое озоновый слой?

- Что мы знаем об озоне?

- Почему так важно знать о защитных свойствах озонового слоя?

- Когда появился озон?

- Как появился озоновый слой?

- Чем опасно излишнее солнечное  излучение?

- Почему озоновый слой разрушается?

-Свойства озона

-«Хороший» и «Плохой» озон

-Получение озона

-Применение озона

-Озон в атмосфере

III. Экспериментальная часть.

Озонирование воды

-  Меры предосторожности

- Оборудование

- Проведение опыта

- Плюсы озонирования

-Проведение опроса учащихся

- Вывод экспериментальной части

IV. Вывод 

V. Заключение

VI. Список литературы

I.                  Введение.

Жизнь на нашей планете начала стремительно развиваться только после того, как в стратосфере образовался озоновый слой, защищающий от губительного воздействия слишком высокого уровня солнечного света. Борьба за восстановление этой, поддерживающей жизнь, системы далека от завершения. Из трех стихий, окружающих человека – тверди, воды и воздуха, - последняя, является самой уязвимой. И не случайно именно в атмосфере появился первый реальный сигнал бедствия. Этот сигнал – озоновая дыра как вестник возможного глобального уменьшения защитного слоя озона в результате антропогенных загрязнении. Интерес к озону существенно возрос, после того, как выяснилась его распространенность в земной атмосфере и та особая роль, которую он играет в защите всего живого от воздействий опасного ультрафиолетового излучения.

Характеризуя современное состояние экологии, как критическое, можно выделить главные причины, которые ведут к экологической катастрофе:

- Загрязнение, отравление среды обитания.

  - Обеднение атмосферы кислородом; озоновые дыры

Целью нашей проектной работы являются исследования обобщения литературных данных о причинных и последствиях разрушения озонового слоя, являющегося «щитом» Земли, а также способы решения проблемы образования «озоновых дыр».

Результатом исследования данной проблемы является распространение экологической информации среди учащихся, выступление на научном обществе нашей школы.

Задачи проектной работы:

1. Приобщить учащихся к самостоятельной работе с информацией.

2. Исследовать состав, структуру озонового слоя .

3. Формировать навыки исследовательской деятельности.

4. Обобщить материал по курсу «Кислород, озон, воздух»

5. Развивать учебно-коммуникативные умения.

II.Основная часть

Озоновый слой - щит нашей планеты Земля.

Озон - состоящая из трёхатомных молекул аллотропная модификация кислорода. (Элемента1группы,1периода) Это второе относительно устойчивое соединение  кислорода. При нормальных условиях — голубой газ. При сжижении превращается в жидкость цвета индиго. В твёрдом виде представляет собой тёмно-синие, практически чёрные кристаллы. Запах его чувствуется после грозового дождя. (Рис.2,3) Озон образуется, когда молекула кислорода распадается на атомы под воздействием солнечного ультрафиолетового излучения. Атомы кислорода вступают в связь с молекулами кислорода, при этом образуется озон (О+ О2—>O3).Это один из важнейших газов атмосферы, который защищает нас от негативного ультрафиолетового  излучения. Его недостаток приводит к образованию озоновых дыр,  губительных для жизни на Земле. Озон благотворно влияет  на здоровье людей. В горах  содержится большее количество озона, именно там люди живут очень долго.

Понятие озонового слоя.

Что такое озоновый слой? В 10-50 км над поверхностью Земли в атмосфере находится слой озона - особой формы кислорода. Под действием солнечного ультрафиолетового излучения молекула атмосферного кислорода (О2) присоединяет третий атом кислорода, и получается озон (О3). Чем больше озона в атмосфере - тем больше УФ излучения он поглощает. Однако озоновый слой атмосферы очень тонок. Если всем озоном атмосферы равномерно покрыть площадь в 45 квадратных километров, то получится слой толщиной всего в 0,3 см. Немного озона проникает с потоками воздуха в нижние слои атмосферы.

Что мы знаем об Озоне? Озон – это газообразное вещество с характерным запахом, состоящее из трёх атомов кислорода, образующих молекулу. Озон образуется во время грозы при разряде молнии, при тихом электрическом разряде в лабораторных условиях, при работе оргтехники или при действии ультрафиолетовых лучей на кислород. Молекула озона нестойкая, легко распадается на атомы. Атомарный кислород, или свободный радикал кислорода, является сильным окислителем в различных химических реакциях, в быту употребляется для очистки воды и воздуха, отбеливания белья.

В малых дозах (в 50 раз меньше токсичных) озон является антиоксидантом, способен убивать микробы, грибки и вирусы, на чем основано его обеззараживающее действие в медицине и косметологии. Озон ядовит для животных и человека и по своей токсичности превосходит угарный газ. У людей вызывает кашель, головную боль, поражение глаз, нарушение дыхания.

Почему так важно знать о защитных свойствах озонового слоя? Жизнь на Земле возникла только потому, что в стратосфере появился озоновый экран, который поглощает до 99% коротковолновой ультрафиолетовой радиации, поступающей от Солнца. Если бы все солнечные лучи, падая на Землю, достигали ее поверхности, то растения и животные просто поджарились бы, как на гигантской сковородке. Нам доступно менее одного процента ультрафиолета, что, однако, вызывает много проблем для организма: болезненный загар, рак кожи, проблемы со зрением, например развитие катаракты.

Когда появился озон? Уже после того, как в атмосфере накопилось достаточное количество кислорода, часть его стала превращаться в озон. Примерно 620 миллионов лет назад (геологическая эпоха – поздний протерозой) озона набралось столько, что он стал проявлять свои поглощающие солнечное излучение свойства. И тогда озон также становится фактором эволюции, создавая условия для появления на нашей планете существ с тонкой кожей, без специальных защитных приспособлений.

Как появился Озоновый слой? В воздушной оболочке нашей планеты идёт постоянное образование озона из кислорода воздуха. Наиболее важные природные области его появления – верхние слои атмосферы, где под влиянием жёсткого ультрафиолетового излучения идёт распад двухатомной молекулы кислорода и соединение отдельных атомов в трёхатомную молекулу озона. Она имеет уникальные свойства поглощения отдельных частей спектра ультрафиолетового солнечного излучения, вредно действующих на окружающую среду и живые организмы. Одновременно с образованием озоновых молекул идёт их диссоциация, т.е. разрушение молекул. Оно может происходить в результате действия тех же солнечных лучей.

Чем опасно излишнее солнечное излучение? Онкологи бьют тревогу: желание людей иметь красивый загар привело к росту раковых заболеваний. Прогнозы ученых пугают: уменьшение озонового слоя на 1–2% увеличивает ультрафиолетовую радиацию на такое же количество процентов, что, в свою очередь, влечет за собой рост случаев рака кожи на 2–4%. Только в США можно ожидать дополнительно 10–30 тысяч онкологических больных в год. При подсчетах надо учитывать и такое мнение медиков: воздействие излучения на клетки происходит постепенно и подлинные нарушения в организме могут проявиться лишь через 10–15 лет.

Все чаще врачи ставят своим загорелым пациентам неутешительные диагнозы: эпителиома, плоскоклеточный рак и меланома. К счастью, первые два вида опухоли в большинстве своем доброкачественны, легко удаляются и не дают метастазы в другие части тела. Но один из семи случаев меланомы заканчивается печально. Никакого вреда солнечное излучение не принесет людям со смуглым цветом кожи, а вот “бледнолицые” попадают в группу риска. Беспокоятся и офтальмологи: ультрафиолетовое излучение приводит к росту глазных заболеваний, особенно катаракты. Этот недуг, несмотря на все успехи глазной хирургии, занимает третье место среди причин слепоты.

Почему озоновый слой разрушается? Различные причины приводят к истощению озонового слоя. Среди них есть естественные, как, например, извержения вулканов. Известно, например, что при этом происходят выбросы газов, содержащих соединения серы, которая реагирует с находящимися в воздухе другими газами, образуя сульфаты, разрушающие озоновый слой. Но гораздо большее влияние на стратосферный озон оказывают антропогенные воздействия, т.е. деятельность человека. И она многообразна. Использование в хозяйственной деятельности таких соединений, как ХФУ (хлорфторуглеводороды), бромистый метил, галлоны, растворители, разрушающие озон, также приводят к истощению озонового слоя. В последнее время также стали учитывать влияния авиации, космических ракет. Окись азота, выбрасываемая сверхзвуковыми самолетами, также влияет на стратосферный озон. Сниженная концентрация озона уже не так хорошо поглощает ультрафиолетовые лучи солнца, которые начинают проникать на поверхность Земли и угнетать жизненные процессы у всего живого на Земле. То есть это и есть те самые «озоновые дыры».

Свойства озона:

•Молекулярная масса — 48 а.е.м.

•Плотность газа при нормальных условиях — 2,1445 г/дм

•Температура кипения — −111,9 °C. Жидкий озон — тёмно-фиолетового цвета.

•Температура плавления — −197,2 ± 0,2 °С . В твёрдом состоянии — чёрного цвета с фиолетовым отблеском.

•Растворимость в воде при 0 °С — 0,394 кг/м³ (0,494 л/кг), она в 10 раз выше по сравнению с кислородом.

•В газообразном состоянии озон диамагнитен, в жидком — слабопарамагнитен.

•Запах — резкий, специфический «металлический» (по Менделееву — «запах раков»). При больших концентрациях напоминает запах хлора. Запах ощутим даже при разбавлении 1 : 100000.

Озон появился в атмосфере исключительно химическим путём и является наиболее молодым атмосферным компонентом. Наиболее ценным с экологической точки зрения свойством озона является его способность поглощать биологически опасное ультрафиолетовое излучение Солнца; в то же время, как химическое соединение,  озон является сильнейшим окислителем (попросту ядом), способным при непосредственном контакте отравить ту самую флору и фауну, которую он защищает в качестве стратосферного озонового слоя. Помимо этого он является эффективным парниковым газом. Растительность на суше появилась лишь чуть более 400 миллионов лет тому назад, когда содержание кислорода составило примерно 0,5, а озона - 0,7 современного уровня, что оказалось достаточным, чтобы защитить живые клетки от коротковолнового солнечного излучения.

«Хороший озон»  и « плохой озон»

Существует «хороший озон» и «плохой озон». «Плохой озон» - ученые называют фотохимическим смогом, поразившим крупнейшие города. Существуют принципиальные отличия между «плохим» и «хорошим» озоном. Если на время оставить широко распространенную проблему городского смога, то окажется, что приблизительно 90 % озона Земли - это озон стратосферы. Озон в стратосфере обычно относят к «хорошему» озону, так как он предохраняет землю от разрушительного ультрафиолетового излучения. Большая часть из оставшихся 10 процентов «плохого» озона находится в приземном слое атмосферы - тропосфере - и, достигнув определенных концентраций, он представляет опасность для здоровья и благополучия населения.

С конца 70-х годов ученые стали отмечать неуклонное истощение озонового слоя. Причиной тому стало озон разрушающие  вещества, используемые в промышленности, молекулы которых содержат хлор или бром. Хлорфторуглероды (ХФУ) или другие ОРВ, выпущенные человеком в атмосферу, достигают стратосферы, где под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы теряют атом хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать одну за другой молекулы озона, сам при этом не претерпевая никаких изменений. Именно таким способом образуются озоновые дыры.

Наибольшему риску подвержены жители северного полушария со светлой кожей. Но страдают не только люди. УФ излучение, к примеру, крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей, обитающих на поверхности океана. Общее количество озона в атмосфере, если его сжать до плотности воздуха составит слой толщиной приблизительно в 3,5 миллиметра. И эта тонкая пленка является одним из ключевых факторов, делающих окружающую среду планеты пригодной для жизни человека. Искусственно полученный озон помогает избавиться от самых различных заболеваний и продлевает молодость.

Получение озона

Озон образуется во многих процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода. В промышленности его получают из воздуха или кислорода в озонаторах действием электрического разряда. Озон для озонотерапии в медицине получают только из чистого кислорода. При облучении воздуха жёстким ультрафиолетовым излучением образуется озон. Тот же процесс протекает в верхних слоях атмосферы, где под действием солнечного излучения образуется и поддерживается озоновый слой.

В лаборатории озон можно получить взаимодействием охлаждённой концентрированной серной кислоты с пероксидом бария.

Применение озона

Сферы  применения:

Дезинфекция

Дезодорация

Обработка пищевых продуктов

Очистка и озонация воздуха

Отбеливание белья

Устранение хлора

Придание белью цветности

Изготовление мин. Воды

Устранение перхоти

Обработка полости рта

Избавление от угрей

Уход за домашними животными

Оздоровление желудочно-кишечного тракта

Устранение грибковых  заболеваний

Прием ванн из озонированной воды

Уход за аквариумом

Замедление процесса  развития раковых опухолей

Здоровье человека значительно улучшается при лечении озоном.

В результате его применения наблюдается: активация процессов самоочищения, подавление активности отравляющих веществ; восстановление метаболизма; улучшение капиллярного кровотока; разжижение крови; улучшение снабжения клеток кислородом; восстановление иммунитета; устранение воспалений; обезболивание.

В XXI веке многие фирмы начали выпуск озонаторов, предназначенных также для дезинфекции помещений (подвалов, комнат после вирусных заболеваний, складов, заражённых бактериями и грибками вещей).В процессе работы озонатора никакие вредные вещества не остаются, поэтому вторичное загрязнение не происходит. В мире уже давно признано, что озон является экологически чистым и эффективным, дезинфицирующим агентом.

Озон в атмосфере

Атмосферный озон играет важную роль для всего живого на планете. Образуя озоновый слой в стратосфере, он защищает растения и животных от жёсткого ультрафиолетового излучения. Поэтому проблема образования озоновых дыр имеет особое значение. Однако тропосферный озон является загрязнителем, который может угрожать здоровью людей и животных, а также повреждать растения. Считается, что молнии Кататумбо являются крупнейшим одиночным генератором тропосферного озона на Земле. Предохраняет поверхность Земли от перегрева, задерживает поток мелких метеоритов, обладает бактерицидным действием. Высокая окисляющая способность  озона- «сжигать» все, с чем взаимодействует.

III.           Экспериментальная часть.

Озонирование воды

С помощью озона можно очищать фрукты  и овощи от пестицидов, поддерживать их свежесть, так же удалять токсические вещества из мяса, а все питательные вещества сохраняются.  Можно стерилизовать  и очищать посуду, одежду  и  так далее.

Озон применяется для обеззараживания, удаления примесей, запаха и цветности воды. При подготовке питьевой воды используется дезинфицирующие окислительные свойства озона. При этом способность озона хорошо растворяться  в воде, насыщая ее кислородом, позволяет улучшить ее физические и вкусовые качества. Будучи нестойким, озон превращается в кислород, растворенный в воде, что приводит к эффекту родниковой воды. При этом не нарушается ее минеральный состав.

 Из воды удаляются:

·        Бактерии, микробы, вирусы, споры, цисты

·        Органические и химические вещества, нефтепродукты, сернистые соединения, соединения  металлов, хлор и его соединения.

Рассмотрим на примере  озонирование  воды:

Меры предосторожности:

·        Перед использованием препарата внимательно прочтите инструкцию

·        Во время действия прибора выделяется  небольшое количество  озона. В воздухе появляется небольшой специфический запах . Выделяемое количество озона  в воздухе не причиняет вреда здоровью человека.

·        Во время  работы прибора убедитесь, что контейнер с водой располагается ниже,  чем прибор,  иначе вода может попасть в него.

·        Держите прибор   подальше от нагревательных источников и легковоспламеняющихся средств во избежание пожара.

·        Если прибор не используется длительное время, его следует выключить из розетки.

·        Для отсоединения   сетевого шнура потяните его за штекер, а не за шнур.

·        Не пользуйтесь аппаратом, если поврежден электропровод. Во избежание удара электрическим током он должен быть заменен.

Оборудование:

·        Озонатор с насадкой

·        Сосуд с  водой

Переходим к озонированию воды:

·        В сосуд с водой опускаем насадку, которая подключена к прибору

·        Далее прибор включаем в розетку

·        Задаем время работы (для 1 стакана воды-5 мин, для 10 литров воды 10-15 мин.)

Наблюдаем за процессом

-химические вещества раскладываются до простейших

 -Коагуляция (объединение) веществ в нерастворимые неактивные  состояния с выпадением их в осадок.

  -появляется характерный запах озона и пузырьки в воде. В час выделяется более  400 мг озона.

После обработки  воду можно использовать в бытовых нуждах, например: мытье фруктов, овощей, кипячение(чай) , приготовление пищи, компотов, можно пить сырой, умываться. Свойства обработанной воды сохраняются  в течение 48 часов. Озонирование воздуха, белья и так далее проводится аналогично.

Плюсы озонирования воды:

·        В воду не вносится ничего постороннего (озон быстро распадается)

·        Озон обладает наибольшим  обеззараживающим свойством против возбудителей болезней

·        Без образования вредных соединений разрушаются большинство химикатов (пестициды, гербициды, соединения серы, азота и  хлора)

·        Снижается концентрация асбеста и тяжелых металлов

·        Металлы окисляются до неактивных соединений

·        Быстро распадаясь, озон превращается в кислород, улучшая вкусовые и лечебные  свойства воды

·        Вода, обработанная озоном  бактериологически и химически безопасна

Вывод:  таким образом, при помощи  исследования мы доказали,  что озон положительно влияет на жизнь человека.

Проведение опроса учащихся

  Я задала  3 вопроса и опросила 25 человек :

1)Какое влияние оказывает озон на жизнь человека?

- Положительное - 22%

- Отрицательное – 15%

- Положительное и отрицательное – 63%

2) Видели ли вы когда-нибудь очистку воды озоном?

- Да- 9%

- Нет-89%

3)  В каких из случаев  вы ощущаете запах озона?

- При кварцевании - 14%

-После грозы-  71%

- В горах – 15%

IV. Вывод

Из вышесказанного можно сделать следующий вывод: для решения проблемы, по защите озонового щита нашей планеты использовать в своей жизни, найденные пути решения проблемы, применяя их в повседневной жизни. Нам нужно всем вместе бороться за чистую экологическую обстановку Земли!

Пути решения проблемы

-  Чтобы начать глобальное восстановление нужно уменьшить доступ в атмосферу всех веществ, которые очень быстро уничтожают озон и долго там хранятся.

- Все люди должны понимать и помочь природе включить процесс восстановления озонового слоя. Нужны новые посадки лесов, прекратить бездумную  вырубку лесов.

- Для восстановления озонового слоя нужно его подпитывать. Российский консорциум «Интерозон» предлагает производить озон непосредственно в атмосфере. Планируется поднять на высоту 15 км аэростаты с инфракрасными лазерами для получения озона из двухатомного кислорода. В дальнейшем предполагается на высоте 400 км использовать космические платформы с источниками энергии и лазерами, лучи которых будут направлены в центр озонового слоя и станут постоянно его подпитывать. Осуществится ли грандиозный проект – покажет время.

- Принимая во внимание чрезвычайность ситуации, необходимо расширить экспериментальные исследования по проблеме сохранения озонового слоя.

V. Заключение

В данной проектной работе, рассмотрены свойства озона, его влияние на компоненты окружающей  среды. В ходе работы над проектом, были прочитаны и изучены книги по вопросу озона, так же были использованы интернет-ресурсы.  На сегодняшний день  проблема  озона  беспокоит  очень  многих,  о  ней  наслышаны даже те, кто раньше и не знал о его существовании. И интерес к  этой проблеме понятен, ведь речь идёт о будущем человечества. Изменения  в озоновом слое могут  привести  к  изменению  климата  на  планете  в  худшую сторону, поднимется уровень мирового океана,  возрастёт количество раковых заболеваний из-за увеличения    ультрафиолетового    излучения Солнца достигающего поверхности планеты.  К сожалению опасения людей, об  изменении озонового слоя не беспочвенны.

Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно  безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог предположить, что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в целом.  Нам нужно все знать о мире, который нас окружает. И уже сейчас люди должны это понимать и принимать активное участие в борьбе за сохранение мира.

Все задачи, которые были поставлены  перед началом проектной работы, были решены, а следовательно, достигнуты главные цели.

VI. Список литературы

1) Акимова, Т.А. Экология, природа – человек – техника: учебник для Вузов/ Т.А. Акимова, А.П.Кузьмин, В.В.Хаскин — М.: Юнити-Диана,2001. – 343 с.

2) Химия. 9 класс : учеб. Для общеобразоват. Учреждений / О. С.Габриелян – 10-е изд., перераб. И доп. – М. :Дрофа, 2012. – 267, [5] с. : ил.

3)Экология: учебник/ под ред. Г.В.Тягунова, — 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Логос, 2005.- 504с.

4)https://woudc.ec.gc.ca/ozone/images/graphs/gl/current.gif

5)https://greenplaneta.jimdo.com

6) https://nsportal.ru/shkola/khimiya/library/2015/03/04/vliyanie-ozona-na-komponenty-okruzhayushchey-sredy