Влияние химических веществ отработанных батареек на рост и развитие растений

XVI  городская научно-исследовательская

конференция учащихся и студентов «Шаг в будущее» г. Новый Уренгой

Влияние химических веществ отработанных батареек на рост и развитие растений

(2С 1) Проблемы загрязнения окружающей среды.

Автор: Пшеничный Владислав Ильич, 

учащийся 9 А класса,

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя школа им. Д.И. Коротчаева»

Руководитель: 

Смирнова Марина Юрьевна,

учитель химии,

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя школа им. Д.И. Коротчаева»

г. Новый Уренгой.

2020-2021 учебный год

Оглавление

Введение………………………………………………………………………...…….…3

Глава 1. Обзор литературы……………………………….……………….....................3

1.1 Химический источник тока…………………………………………………….…...3

1.4 Влияние батареек на человека и окружающую среду……………………...…..…5

Глава 2. Практическая часть.…………………………………………….……………..5

2.1. Методика проведения эксперимента……………………………………………...5

Глава 3. Результаты и их обсуждение……………………………………………..…...6

Вывод……………………………………………………………………………….....….8

Заключение…………………………………………………………………………….....9

Список литературы………………………………………………………………..........10

Приложение……………………………………………………………………………..11

Влияние химических веществ отработанных батареек на рост и развитие растений

Пшеничный Владислав Ильич

Россия, ЯНАО, г. Новый Уренгой, Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя школа им. Д.И. Коротчаева», 9 класс

Введение

С     батарейками мы сталкиваемся ежедневно: в пульте от телевизора, в электронных часах, в детских игрушках и карманных фонариках. На батарейках указано, что их нельзя выкидывать вместе с бытовыми отходами. Однако не все следуют этому правилу. Мы думаем, что мало кто задумывался над этой проблемой, потому что никому в голову не придёт, что маленькая блестящая батарейка — это источник колоссальной опасности, как для человека, так

и    окружающей среды в целом. Актуальность работы заключается в том, что в современных условиях высокого уровня развития не все знают, как утилизировать батарейки и какой вред они могут нанести человеку и окружающей его среде. Проблема утилизации и переработки использованных батареек не является новой.

Мы многократно слышали, что батарейки, попадающие в почву, плохо на нее влияют.

Мы решили это выяснить.

Гипотеза: химические вещества отработанных батареек влияют на рост и развитие  растений.

Предмет исследования: рост и развитие растения салата Лолло Бионда.

Объект исследования: влияние химических веществ отработанных батареек на растения.

Цель нашего исследования: выяснить, как химические вещества отработанных батареек, попав в почву, влияют на растения.

Задачи нашей работы:

-  изучить строение и состав химического источника тока

-  изучить воздействие химических веществ батареек на растения

- провести эксперимент, доказывающий  влияние содержимого батареек на рост и развитие растений.

Методы нашего исследования: изучение литературы, эксперимент, наблюдения, анализ полученных результатов.

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Химический источник тока (батарейка)

Химические источники тока — устройства, вырабатывающие электрическую энергию за счёт прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительных реакций. [1]. В настоящее время трудно себе вообразить жизнь человека на Земле и общество, которое обеспечивает его существование, без электричества. И трудно себе представить, что все открытия, все научные исследования, все изобретения, все промышленно производство в области электричества были созданы всего лишь за 200 с небольшим лет, после того, как Алессандро Вольт создал первый источник тока. Удивительно, что, несмотря на то, что электричество сыграло такую революционную роль в жизни человека, Академия электротехнических наук была создана в нашей стране лишь 20 лет назад. [2]. Затем учёный собрал батарею, которая впоследствии была названа «вольтовым столбом». В 1836 году английский химик Джон Даниель усовершенствовал элемент

            Вольта, поместив цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называться «элементом Даниеля».

В       1859 году французский физик Гастон Плантэ изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор, поместив скрученную в рулон тонкую свинцовую пластину в серную кислоту. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах.

В   1865 году французский химик Ж. Лекланше предложил свой гальванический элемент (элемент Лекланше), состоявший из цинкового стаканчика, заполненного водным раствором хлористого аммония или другой хлористой соли, в который был помещён агломерат из оксида марганца(IV) MnO2 в качестве деполяризатора с угольным токоотводом. Модификация этой конструкции используется до сих пор в солевых батарейках для различных бытовых устройств.

Самый старый, поныне работающий гальванический элемент — серебряно-цинковая батарея, изготовленная в Лондоне в 1840 году. Подключенный к двум таким последовательно соединенным батареям звонок работает и по сей день в Кларендонской лаборатории Оксфорда.

Химические источники тока состоят из двух электродов: катода, содержащего окислитель, и анода, содержащего восстановитель, которые контактируют с электролитом.

(Рисунок 1)

Рисунок 1. Гальванический элемент

Между электродами устанавливается разность потенциалов — электродвижущая сила, соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. Действие химических источников тока основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно-разделенных процессов: на катоде восстановитель окисляется, а образующиеся свободные электроны переходят, создавая разрядный ток, по внешней цепи к аноду, где они участвуют в реакции восстановления окислителя.

1.4 Влияние батареек на человека и окружающую среду

Когда батарейки отвозят на полигоны твердых бытовых отходов, все их губительные составляющие попадают в почву и заражают землю. Металлическое покрытие батарейки разрушается от коррозии, и тяжелые металлы попадают в почву и грунтовые воды, откуда уже недалеко и до рек, озер и прочих водоемов, используемых для питьевого водоснабжения.

Свинец вызывает заболевания печени, детские заболевания, анемию. Накапливается в организме. Канцероген  (т.е. провоцирует развитие онкологических заболеваний).

Избыток кадмия в организме приводит к нарушению работы почек, повышению кровяного давления, к снижению числа эритроцитов, вызывает деформацию скелета у детей

Кадмий вызывает репродуктивные нарушения.  Накапливается в организме. Канцероген

Ртуть оказывает вредное воздействие на почки, органы пищеварения, центральную нервную систему, сердце человека, резко снижает кровяное давление и крайне негативно влияют на репродуктивную функцию человека, а также на плод. Накапливается в организме

Цинк оказывает общетоксическое, раздражающее действие: вызывает тошноту, кашель, раздражение кожи, слизистых оболочек, бессонницу. Канцероген.

Марганец приводит к неврологическим заболеваниям, вызывает дистрофию миокарда и вегетативно сосудистую дистонию. Влияет на холестериновый обмен и развитие атеросклероза].

Никель поражает дыхательные пути, вызывая пневмонии и отек легких независимо от пути поступления в организм. Значительное общетоксическое действие направлено и на нервную систему. Канцероген

Глава 2. Практическая часть.

2.1. Методика проведения эксперимента

Мы отобрали 4 вида наиболее часто встречающихся элементов питания

 (Daewoo, GP Ultra, Energizer, Deracell). (Рисунок 2)

1.      Duracell AA  Alkaline- 1,5V  MN 1500- LR 6 made in EC

2.      Спутник Longlife  R 65 VM3 AA 1,5V производитель «Sky Battereries Ca., Ltd» КНР

3.      Kodak  Lithium Bttery 3V CR2 made in Japan for Eastman Kodak Company

4.      Nokia  BL- 4c 890 mAm 3,7V Rechargeable Li-ion battery made in Hungary

Рисунок 2. Отобранные нами батарейки.

После извлечения внутреннего содержимого, мы приготовили почвенные смеси из полученной нами смеси порошка, состоящую из перемолотых химических веществ батареек (на 1кг чистой почвы приходится: 30г; 20г; 10г; 0г). Мы перемешали полученную смесь. В качестве контроля использовалась чистая смесь без химических загрязнений. Далее мы произвели посадку растения салат «Лолло Бионда». Контейнеры с почвенной смесью не контактировали с другой почвой, были размещены в тепличных условиях. Уход и полив производились искусственно. Температура для растений была благоприятной. Через неделю мы получили первые всходы. Во время роста измерялась высота растений над уровнем почвы каждую неделю. Через 6 недель мы извлекли растения и провели замеры следующих параметров: масса каждого ростка, длина его корня, стебля и листьев.

Глава 3. Результаты и их обсуждение.

За первые две недели рост растений во всех контейнерах был одинаков. В следующие две недели темп роста изменился: в контейнере с концентрацией химических веществ 10г рост был наиболее быстрым, даже по сравнению с контрольным контейнером (количество выросших растений, изменялось так же). Но на последних двух неделях, рост в контейнерах с концентрацией химических веществ 20г и 30г прекратился, остановившись на отметке в 52мм и 34мм соответственно и многие растения стали погибать. В контейнере с концентрацией химических веществ 10г рост растения достиг максимального значения 110мм. В контрольном контейнере рост происходил равномерно на протяжении всего времени. В контрольном контейнере и в контейнере с содержанием 10г большинство растений сохранились и имели здоровый вид. В последние несколько дней наших исследований листья растений, растущие в контейнере с  концентрацией химических веществ 10г, начали желтеть. Фотографии растений в разные сроки роста приведены в Приложении 1. 

            Спустя шесть недель, мы произвели изучение выращенных растений, а именно: взвесили каждый росточек, измерили длину корня, стебля и листьев. Сравнительные диаграммы каждого из показателей в зависимости от концентрации химических веществ приведены в

Приложении 2.

            Рассмотрим показатели в первом контейнере  с концентрацией веществ 30г. В этом контейнере растения выглядели наиболее слабыми, и их было меньше всего. Максимальная длинна растений  составила 34 мм. Корень так же был не особо длинным, максимальный  показатель 20 мм. Стебель был тонким и коротким, самым длинным был стебель длинной 14 см. Длина листьев у этих растений была 10 мм максимум. Масса одного растения был очень маленькая, поэтому пришлось находить среднее значение, взвешивая несколько растений. Все данные о максимальных и средних значениях приведены в таблице 1.

Длина (наиб. знач.), мм	Корень (наиб. знач.), мм	Стебель (наиб. знач.), мм	Длина листа(наиб. знач.), мм	масса, г
34	20	14	10	0,17
Среднее 26	Среднее 13	Среднее 13	Среднее 8	0,17

Таблица 1

В контейнере с концентрацией веществ 20г картина оставалась примерно такой же: растения были слабыми и со временем погибли. Но показатели были выше. Максимальная длина уже составляла 52мм. Длина стебля увеличилась до 31см (наибольшая). Масса так же увеличилась до 0,3г. Данные приведены в таблице 2.

Длина (наиб. знач.), мм	Корень (наиб. знач.), мм	Стебель (наиб. знач.), мм	Длина листа(наиб. знач.), мм	масса, г
52	30	31	15	0,3
Среднее 49	Среднее 23	Среднее 26	Среднее 12	0,3

Таблица 2

           В контейнеры с концентрацией веществ 10г растения были особенно крупными и их было много. Длина растений составила 110мм. Корень длинный и переплетен с корнями других растений, максимальная длина корня -70мм. Стебель выглядел крупным, здоровыми и длинным, максимум 45мм. Листья были крупными и длинными 30мм. Одно растение имело массу 0,4 г. Средние и максимальные значения представлены в таблице 3.

Длина (наиб. знач.), мм	Корень (наиб. знач.), мм	Стебель (наиб. знач.), мм	Длина листа(наиб. знач.), мм	масса, г
110	70	45	30	0,4
Среднее 93	Среднее 60	Среднее 33	Среднее 25	0,4

Таблица 3

            В контрольном контейнере, по внешнему виду, растения выросли хуже, чем в контейнере с концентрацией веществ 10г, но растений было много. Стебель был не таким длинным, максимум 30 мм, но выглядел окрепшим и здоровым. Наибольший размер листа составил в длинну 11мм. Корень, как оказалось, был очень крупным и длинным. Наибольшее значение длины составило 150 мм, он также был переплетен с другими корнями. Масса одного растения была 0,2г. Все значения приведены в таблице 4.

Длинна(наиб. Знач.), мм	Корень(наиб. Знач.), мм	Стебель(наиб. Знач.), мм	Длина листа(наиб. знач.), мм	масса, г
150	120	30	11	0,2
Среднее 116	Среднее 90	Среднее 27	Среднее 10	0,2

Таблица 4.

Чтобы было легче сравнить полученные данные  мы объединили их в одну таблицу 5.

Показатели	30г	20г	10г	0г
Динна,мм	26	49	93	116
Корень,мм	13	23	60	90
Стебель,мм	13	26	33	27
Длина листа,мм	8	12	25	10
Масса,г	0,17	0,3	0,4	0,2

 Таблица 5

Выводы:

            Мы изучили строение и состав химического источника тока. Выяснили пагубное воздействие химических веществ батареек на окружающую среду. Провели эксперименты, доказавшие негативное влияние химических веществ отработанных батареек на растения.

Нами была изучена литература по данному вопросу, которая помогла нам глубже понять данную экологическую проблему. В ходе работы нами были рассмотрены этапы развития ростков в почве с разной концентрацией химических веществ батареек

Основной частью нашего исследования было проведение эксперимента, результаты которого сошлись с теорией. Графики, полученные в ходе опыта, иллюстрируют отрицательное влияние содержимого батареек на растения.

Заключение

·                     Выбрасываемые батарейки в мусорные баки, опасны для окружающей среды.

·                     Каждый из нас может внести свой посильный вклад в дело уменьшения вреда, наносимого старыми батарейками окружающей среде.                                  

Что же можно сделать для предотвращения опасности?

Уменьшить частоту использования батареек, отдавая предпочтение приборам, не требующим их применения;

Использовать аккумуляторы, вместо одноразовых батареек. В долговременной перспективе очевидны как экономические, так и экологические выгоды: аккумуляторы могут перезаряжаться более тысячи раз, и служат многие годы;

Покупать батарейки с маркировкой «без ртути»;

Не выбрасывать использованные батарейки и аккумуляторы вместе с другим мусором.

Список литературы:

1)                       Большая советская энциклопедия. Коллектив авторов. 1926г.

   Высокочастотные Электротехнологии. Состояния, проблемы, перспективы (часть1) Иванов Владимир Николаевич, Никитин Борис Михайлович, Червинский Владимир Исаакович

2)                       Справочник химика 21 https://chem21.info/info/1883825/

3)                       Справочник химика 21 https://chem21.info/info/609520/

4)                       Петросян В.С. Современные проблемы экотоксикологии // Материалы конференции «Некоторые новые направления химической экологии» / Науч. Труды МНЭПУ. Сер. Экология. Вып. 8. М.: Изд-во МНПУ,2001. С. 60-75.

5)                       .Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М.: Бином. Лаборатория знаний, Мир, 2008.

6)                       Apostoli, P., Catalani, S. Metal ions affecting reproduction and development. Metal Ions in Life Science, 2011, №8, 263-303.

7)                       Ртуть и здоровье. Информационный бюллетень ВОЗ, 2012 (апрель). N°361.

8)                       Трахтенберг И.М., Тычинин В.А. Проблема кардиовазотоксического действия экзогенных химических веществ. Институт медицины труда АМН Украины. Киев, 2003. http://www.rql.kiev.ua/cardio_j/2003/5/trachtenberg.htm

9)                       http://eco2eco.ru/utilizaciya/batareyki-i-akkumulyatory/

10)                   https://beta.companieshouse.gov.uk/company/05746895

11)                   Компания «Меркурий» (Челябинск) [https://www.rusprofile.ru/id/5913942]

12)                   Компания «Мегаполис ресурс» [http://eco2eco.ru/]

                                                                                                                                      Приложение 1

Контейнеры с почвенной смесью (на 1кг чистой почвы приходится соответственно:

30г; 20г; 10г; 0г химических веществ батареек).

а) 27 февраля 2021 г.

б) 2 марта 2021 г.

в) 14 марта 2021 г.

г) 20 марта 2021 г.

д) 27 марта 2021 г.

е) 27 марта 2021 г.

Приложение 2.

Сравнительные диаграммы каждого из показателей растений в зависимости от концентрации химических веществ.