Адсорбция как явление. Адсорбенты в медицине. Меня оценят в 21 веке. меня оценят в xxi веке
 Скачать 0.77 Mb.
|
|
МУНИЦИПАЛЬНЫЙ ЭТАП ОТКРЫТОГО КОНКУРСА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ МОЛОДЁЖИ «МЕНЯ ОЦЕНЯТ В XXI ВЕКЕ» _______________________________________________________ Секция: Медицина и здоровье Тема: Адсорбция как явление. Адсорбенты в медицине. Автор: Гарипова Александра Валерьевна Научный руководитель: Замятина Елена Александровна Место выполнения работы: МОУ Ближнеигуменская СОШ, Белгородского района, Белгородской области. 2016 Содержание
Введение Всё живое и неживое на нашей планете, а также сама планета имеет химическую основу: состоит из химических веществ. Человек, принимая пищу, вдыхая отравленный воздух, может нанести себе вред, в результате возможны отравления. Какие же вещества спасут человека от таких последствий? Эти вещества называют адсорбентами. К ним относится уголь активированный, гидрат окиси алюминия, белая глина (каолин — глина белого цвета, состоящая из минерала каолинита, химический состав глины включает такие микро- и макроэлементы как калий, кальций, натрий, медь, цинк, хром, железо, никель, кобальт), силикагель, тальк и иные вещества для наружного и внутреннего применения. Поэтому в этой работе мы сначала, исследовав литературные источники, выясним, что такое адсорбция, какое она находит применение в жизни человека, проведем эксперименты. В данной работе мы будем исследовать адсорбционную активность двух компонентов: хорошо известного активированного угля и препарата приобретённого в аптеке вайтсорба. Нам предстоит выяснить, какой из предложенных адсорбентов лучше справляется с поглощение жидких или газообразных веществ. Цель исследования: изучение явления адсорбции, сравнение адсорбционных свойства выбранных адсорбентов. Задачи: Изучить литературу по данному вопросу. Подобрать вещества для проведения исследований. Подобрать методику доказательства адсорбционных свойств некоторых веществ. Определить адсорбционную активность адсорбентов. Выяснить значение адсорбции. Актуальность работы: значимость адсорбции в медицине или связанных с решением экологических проблем и проблем получения особо чистых веществ. привлечение школьников к изучению химии с практической стороны и применения полученных знаний в быту. развитие интереса у школьников к получению теоретических и практических навыков по химии: работа в лаборатории, работа с Интернетом для поиска и передачи информации. Объект исследования: адсорбция веществ. Предмет исследования: адсорбирующая способность некоторых адсорбентов. Время исследования: 2016 года. Методы исследования: теоретические (изучение литературы, интернет-ресурсов); экспериментальные (постановка опытов) эмпирические (наблюдение, сравнение, аналогии, обобщение). Планируемые результаты: понаблюдать и проанализировать явление адсорбции, на примере активированного угля и вайтсорба (медицинского препарата); изучить адсорбционную способность активированного угля и вайтсорба, сравнить их и вделать выводы; сделать выводы о значимости знаний по данному вопросу. 1.Обзор литературы 1.1.Что такое адсорбция? Адсорбция (лат. ad — на, при, в; sorbeo — поглощаю) - это концентрирование различных веществ на поверхности раздела двух систем (твердое вещество – жидкость, твердое вещество - газ, жидкость - газ, жидкость - жидкость). Проще говоря – это поглощение жидкостью либо поверхностью твёрдого тела газов, твёрдых частичек, либо растворенных веществ какого-нибудь вещества. Адсорбирующие вещества характеризуются способностью вещества впитывать жидкость, газы или поглощать вредоносные токсические вещества [http://islimming.ru/1206/adsorbent]. Вещество, которое удерживает на своей поверхности частицы за счёт межмолекулярных сил вблизи этой поверхности, называется адсорбентом. Вещества, которые адсорбируются, являются адсорбатами. Адсорбция может сопровождаться химической реакцией между адсорбентом и адсорбатом. Такой процесс называется хемосорбцией. Адсорбционные свойства адсорбентов зависят от химического состава и физического состояния поверхности, от характера пористости и поверхности. Известно очень много адсорбентов: активированный уголь, белая глина, силикагель, гидроокись алюминия, воздушная кукуруза, промокательная бумага. 1.2.Применение адсорбции в жизни человека – медицине, военном деле. Самым общедоступным адсорбентом является уголь активированный, который потребляют вовнутрь при многообразных заболеваниях желудочно-кишечного тракта, при наличии хронических аллергических и инфекционно-воспалительных процессов с целью очистки организма от токсических веществ. Какие вещества можно удалить из организма при помощи активированного угля? Уголь активированный употребляют вовнутрь с целью очистки организма от каких-либо вредоносных веществ. При проведении кратковременных курсов принятия угля организм на самом деле очищается от вредоносных компонентов. К тому же даже значительные дозы угля активированного (к примеру, при совершении промывания желудка за один раз используют до 30,0 грамм данного препарата) не способствует передозировке. Однако при долговременном или слишком частом принятии угля активированного он способен устранять из желудочно-кишечного тракта различные витамины, которые нужны организму для правильного обмена веществ и энергии, что в конечном итоге приведет к понижению иммунитета и расстройствам обмена веществ. В таких случаях вдобавок могут быть устранены также ферменты, необходимые для процесса пищеварения, и пища в зоне кишечника начнет аномально разлагаться, т.е. посредством гниения. Это может вызвать глушение полезной микрофлоры и стремительное развитие микрофлоры условно-патогенной, которая способна в любое время в стенке кишечника вызвать какой-нибудь воспалительный процесс. Данное состояние имеет название дисбактериоз [Скурихин И.М., Нечаев А.П.]. При долговременном использовании угля активированного могут ликвидироваться полезнейшие компоненты из крови в результате их адсорбции через ворсинки слизистой кишечника. Подобным способом могут быть из крови устранены необходимые минеральные компоненты — магний и калий (от этого может пострадать, прежде всего, мышца сердечная) и кальций (он активно участвует в клеточном обмене веществ). Уголь активированный может непрерывно из организма устранять определенную часть пищевых компонентов — жиров, белков и углеводов. При недостаточном количестве белков явно понижается иммунитет, ногти и волосяной покров становятся ломкими, кожный покров стареет быстро, страдают различные внутренние органы, клеткам которых неизменно необходимы белки, а также иммунитет. Адсорбционые свойства угля нашли применение в конструирование противогаза. Русский химик-органик, академик АН СССР Николай Дмитриевич Зелинский совместно с инженером Кумантом создал противогаз (О.С. Габриелян). В период с 1914-1918 годов Зелинский разработал средство защиты от боевых отравляющих веществ — угольный противогаз. 22 апреля 1915 в районе Ипра на стыке французского и британского фронтов немцы осуществили первую газобалонную химическую атаку. В результате из 12 тысяч солдат в живых осталось только 2 тысячи. 31 мая подобную атаку повторили на русско-германском фронте под Варшавой. Потери среди солдат были огромны. Николай Зелинский поставил задачу отыскать надежное средство защиты от отравляющих газов. Понимая, что для универсального противогаза нужен универсальный поглотитель, для которого был бы совершенно безразличен характер газа, Зелинский пришел к идее использовать обыкновенный древесный уголь. Он вместе с В. С. Садиковым разработал способ активирования угля путем прокаливания, что значительно увеличило его поглотительную способность. В июне 1915 года на заседании противогазовой комиссии при Русском техническом обществе Зелинский впервые доложил о найденном им средстве. В конце 1915 инженер Э. Л. Кумант предложил использовать в конструкции противогаза резиновый шлем. Из-за преступной задержки с внедрением противогаза по вине командования армии только в феврале 1916 после испытаний в полевых условиях он, наконец, был принят на вооружение. К середине 1916 года было налажено массовое производство противогазов Зелинского-Кумманта. Всего за годы Первой мировой войны в действующую армию было направлено более 11 миллионов противогазов, что спасло жизнь миллионам русских солдат. Вайтсорб это медицинский препарат, который можно купить в аптеке. По составу он представляет кремния диоксид коллоидный с микрокристаллической целлюлозой, крахмалом и стеаратом магния в качестве наполнителей. Как полисорбент кремния диоксид коллоидный связывает путем адсорбции и выводит из организма токсины, поступающие из вне, пищевые и бактериальные аллергены, яды, химические вещества, алкоголь, продукты обмена белков и липидов, радионуклеиды. Механизм действия состоит в том, что при попадании в воду присоединяет к себе гидроксильные группы и формирует сложную пространственную структур. Её особенностью является то, что сорбция молекул токсинов, избыточных продуктов обмена веществ, антигенов, микроорганизмов происходит на поверхности частиц, в местах связи оксида кремния с гидроксильными группами. В водной суспензии таких частиц много и их суммарная сорбционная площадь достаточно велика. Сорбция идёт на поверхности, поэтому он может фиксировать и выводить вещества с любой, в том числе и с очень большой молекулярной массой (например, аллергены, микроорганизмы), поэтому препарат можно применять и для лечения аллергии. В просвете желудочно-кишечного тракта препарат связывает и выводит из организма эндогенные и экзогенные токсические вещества различной природы, включая патогенные бактерии и бактериальные токсины, антигены, аллергены, лекарственные препараты и яды, соли тяжелых металлов, радионуклиды, а также некоторые продукты обмена веществ, в том числе избыток билирубина, мочевины, холестерина и липидных комплексов, продукты распада алкоголя и метаболиты, ответственные за развитие эндогенного токсикоза. Преимущественное выведение токсинов с сохранением нормальных компонентов флоры и полезных веществ связан с переизбытком их патогенных структур в кишечнике и плохой фиксацией их к слизистой оболочке. Нормальная же микрофлора достаточно плотно фиксирована между ворсинок кишечника и поэтому активно не выводится. Пристеночное пищеварение не нарушается, так как суспензия препарата свободно выводится из организма и нигде не задерживается, в том числе и между ворсинок, не повреждая слизистую оболочку пищеварительного тракта. После приема препарата внутрь, активное вещество не расщепляется и не всасывается. Быстро выводится из организма естественным путем в неизменённом виде. При взаимодействии с другими лекарствами возможно снижение лечебного эффекта одновременно принимаемых внутрь лекарств. Для профилактики рекомендуется разобщать приём других препаратов на 1-2 часа. Адсорбционные явления чрезвычайно широко распространены в живой и неживой природе. Толщи горных пород и почвы являются огромными колоннами с адсорбентами, по которым перемещаются водные и газовые растворы. Легочная ткань подобна адсорбенту - носителю, на котором удерживается гемоглобин крови, обеспечивающий перенос кислорода в организм. Многие функции биологических мембран живой клетки связаны со свойствами их поверхности, так, например, общая площадь биологических мембран в организме человека достигает десятков тысяч квадратных метров. [referat.yabotanik.ru›himiya/znachenie…rastvorov]. 1.3.Производство активированного угля. Активированный уголь любезно продемонстрировал нам свои адсорбционные, т.е. поглощающие свойства. Почему же эта небольшая черненькая таблеточка способна так эффективно поглощать различные вещества? И почему аналогичными свойствами не обладает сердечник от простого карандаша или, скажем даже, алмаз – ведь они все состоят из углерода. Весь фокус кроется в особом производстве активированного угля. Производство активированного угля состоит из двух этапов. Первый этап – это получение древесного угля. Он образуется при нагревании древесины без доступа кислорода. Однако полученный таким образом древесный уголь не способен выполнять функцию адсорбента – поры и микроканальцы в нем есть, но их довольно мало и они закрыты. Тогда древесный уголь подвергают активации – это второй этап, в процессе которого уголь либо нагревают, предварительно пропитав его специальными химическими соединениями, либо обрабатывают перегретым водяным паром. В обоих случаях процесс протекает без доступа кислорода, чтобы уголь не загорелся. В результате этих операций получается особая углеродная структура, которая представляет собой слои атомов углерода, расположенных хаотично относительно друг друга, из-за чего между слоями образуется пространство – поры. Эти поры как раз и придают активированному углю его свойства – поры способны поглощать и удерживать в себе другие вещества. И пор этих невероятное количество. Так, площадь пор всего 1 грамма активированного угля может доходить до 2000 м2! [http://ownlab.ru/] 2. Методики исследования 2.1. Методики проведения исследования. Мы изучили методики проведения опытов по определению адсорбционных свойств веществ: калориметрический (основанный на разнице теплот, выделяемых при адсорбции), хроматографический. Колориметрия — это метод количественного определения содержания веществ в растворах, либо визуально, либо с помощью приборов, таких как колориметры. Колориметрия может быть использована для количественного определения всех тех веществ, которые дают окрашенные растворы, или могут дать окрашенное растворимое соединение с помощью химической реакции. Колориметрические методы основываются на сравнении интенсивности окраски исследуемого раствора, изучаемого в пропущенном свете, с окраской эталонного раствора, содержащего строго определенное количество этого же окрашенного вещества, или же с дистиллированной водой. Адсорбционная хроматография — вид хроматографии, при которой разделение веществ, входящих в смесь и движущихся в потоке подвижной фазы, происходит за счёт их различной способности адсорбироваться и десорбироваться на поверхности адсорбента с развитой поверхностью. Процесс взаимодействия может сопровождаться химическим взаимодействием примесей с неподвижной фазой, то есть хемосорбцией . Для проведения этих опытов требуется специальное оборудование. Мы провели исследования доступные школьной лаборатории [Тяглова Е.В.]. Опыт 1: в воде растворили красную гуашь и помещали адсорбент, засекая время, когда начнёт происходить обесцвечивание (адсорбент будет поглощать краситель). Адсорбенты способны поглощать вещества не только из растворов. Опыт 2: на дно колбы капнули парфюмерной воды, поместили адсорбент, закрыли пробкой, встряхнули и отмечали изменение запаха, вплоть до полного исчезновения. Опыт 3: Растворили ацетат свинца, приготовив 2 % раствор. Добавили адсорбенты. Затем проверили с помощью качественного обнаружения наличие ионов Pb2+ в растворе спустя неделю. 2.2. Материалы и оборудование Для проведения эксперимента мы взяли следующие адсорбенты: Активированный уголь Вайтсорб Выбранные адсорбенты обладают следующими основными свойствами: -необходимой селективностью; -отсутствием каталитической активности и химической инертностью к компонентам разделяемой смеси (воздух – запах, вода – гуашь); -быть доступным. 3.Результаты исследований. 3.1.Адсорбционные свойства некоторых адсорбентов Опыт 1: в воде растворили красную гуашь и поместили ли адсорбент, засекая время, когда начнёт происходить обесцвечивание (до полного обесцвечивания), а также отмечали отношение к впитыванию влаги.
   2 2 1 1 2  1-Контрольный образец ацетата свинца 2-Ацетет свинца с активированным углем 1-Контрольный образец ацетата свинца 2-Ацетет свинца с вайтсорбом Опыт 2: на дно колбы поместили адсорбент, капнули на него каплю парфюмерной воды, закрыли пробкой, встряхнули и отмечали изменение запаха, вплоть до полного исчезновения.
Опыт 3: Растворили ацетат свинца, приготовив 2 % раствор. Добавили адсорбенты (по 2 таблетки на 20 мл исследуемого образца). Затем проверили с помощью качественного обнаружения наличие ионов Pb2+ в растворе спустя неделю.
     1 2 3 4 5 1 2 3  1-контрольный образец 2-ацетат свинца с вайтсорбом 3-проверка на ионы свинца 4-ацетат свинца с активированным углем 5-проверка на ионы свинца  1- контрольный образец ацетата свинца 2- ацетат свинца с вайтсорбом 3- ацетат свинца с активированным углем Проверка на качественное обнаружение проводили с помощью иодида калия. Ионы йода I-, соединяясь с ионами свинца Pb2+, дают характерное желтое окрашивание. (СН3СОО)2Pb+2KI=PbI2↓+2CH3COOK 2CH3COO- + Pb2+ +2K+ +2I- = PbI2↓ +2CH3COO- +2K+ Pb2+ + 2I- = PbI2↓ Выводы Для эксперимента мы выбрали два адсорбента: активированный уголь, вайтсорб. Выбранные адсорбенты обладают следующими основными свойствами: они доступны для исследования, химически инертны, пористы (большая площадь соприкосновения). В результате опытов, мы выяснили, что адсорбционные показатели у препарата «Вайтсорб» по поглощению газов, запахов в воздухе и посторонних веществ в растворе чуть лучше, чем у активированного угля. А и ионы свинца лучше всего поглощает активированный уголь. Выяснили значение адсорбции. Активированный уголь отличается обычного тем, что у него гораздо больше поверхность поглощения веществ. Его частицы буквально пронизаны порами (для этого уголь особым способом обрабатывают и удаляют из него примеси). А так как адсорбция - это поглощение поверхностью, то ясно: чем больше поверхность, тем и поглощение лучше. А особенностью вайтсорб является то, что сорбция молекул происходит на поверхности частиц в местах связи оксида кремния с гидроксильными группами. Заключение Адсорбционные явления чрезвычайно широко распространены в живой и неживой природе. Толщи горных пород и почвы являются огромными колоннами с адсорбентами, по которым перемещаются водные и газовые растворы. Легочная ткань подобна адсорбенту - носителю, на котором удерживается гемоглобин крови, обеспечивающий перенос кислорода в организм. Многие функции биологических мембран живой клетки связаны со свойствами их поверхности, так, например, общая площадь биологических мембран в организме человека достигает десятков тысяч квадратных метров. Человек нашёл применение адсорбции в быту, в военном деле, в промышленности. Сейчас на многих кухнях над газовыми плитами ставят разнообразные устройства для очистки воздуха от чада и дыма. В таких устройствах, помимо прочего, есть патрон с каким-либо адсорбентом, через который прогоняют загрязненный воздух. А когда вся поверхность будет занята посторонними, «впитанными» из воздуха частицами, патрон заменяют свежим. Самое простое вещество – уголь, благодаря своим адсорбционным свойствам спасло жизни русских солдат в период первой мировой войны, когда германские военачальники применили химическое оружие - пары ядовитого хлора. Литература B.А. Астахов, М.М. Дубинин, Изучение свойств адсорбентов. М., 2003г. Бердоносов С.С., Бердоносов П.С. Справочник по общей химии. М.: АСТ Астрель,2000. Габриелян О.С. Химия 9 класс. М.: «Дрофа», 2009. Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика.-М.: «Высшая школа», 1991. Тяглова Е.В. Исследовательская деятельность учащихся по химии. М.: «Глобус»,2007. [http://islimming.ru/1206/adsorbent] [http://ownlab.ru/] https://ru.wikipedia.org referat.yabotanik.ru›himiya/znachenie…rastvorov. glinam.narod.ru›28glina.html |