Научная статья-1. Влияние свинца на живые организмы
 Скачать 0.6 Mb.
|
|
Влияние свинца на живые организмы автор : Эпова Марина Александровна Россия, Забайкальский край, Чита, Забайкальский краевой лицей-интернат, 11 класс Научная статья Свинец является тяжелым металлом и пагубно влияет на организм. Можно предположить наличие свинца в окружающих объектах, так как он используется при изготовлении металлических предметов, красок и в других сферах. Свинец очень опасен, может накапливаться в костях и зубах долгое время, отравляя организм. Данная проблема заинтересовала нас ввиду опасности данного металла. Цель работы: проанализировать литературные данные о свинце, методах определения в объектах; провести экспериментальную работу по качественному определению свинца. Задачи:
Свинец - один из самых тяжелых металлов распространен гораздо больше, чем его ближайшие соседи – золото, ртуть и висмут. Это связано с тем, что разные изотопы свинца являются конечными продуктами распада урана и тория, так что содержание свинца в земной коре медленно увеличивалось в течение миллиардов лет. Свинец в природе. Содержание Свинца в земной коре 0,0016% по массе. Образование в земной коре около 80 минералов, содержащих Свинец (главный из них галенит PbS), связано в основном с формированием гидротермальных месторождений. В зонах окисления полиметаллических руд образуются многочисленные (около 90) вторичные минералы. Из них основные – галенит (свинцовый блеск) PbS и продукты его химических превращений – англезит (свинцовый купорос) PbSO4 и церуссит («белая свинцовая руда») PbCO3. Реже встречаются пироморфит («зеленая свинцовая руда») PbCl2·3Pb3(PO4)2, миметит PbCl2·3Pb3(AsO4)2, крокоит («красная свинцовая руда») PbCrO4, вульфенит («желтая свинцовая руда») PbMoO4, штольцит PbWO4. В свинцовых рудах часто находятся также другие металлы – медь, цинк, кадмий, серебро, золото, висмут и др. В месте залегания свинцовых руд этим элементом обогащена почва (до 1% Pb), растения и воды. В сильноокислительной щелочной среде степей и пустынь возможно образование диоксида свинца – минерала платтнерита (PbAl2[(OH)2|CO3]2 · H2O). Исключительно редко встречается самородный металлический свинец. Свинец всегда содержится в рудах урана и тория. В биосфере свинец в основном рассеивается, его мало в живом веществе (5·10-5%), морской воде (3·10-9%). Из природных вод Свинец отчасти сорбируется глинами и осаждается сероводородом, поэтому он накапливается в морских илах с сероводородным заражением и в образовавшихся из них черных глинах и сланцах. Свинец как простой элемент. Латинское plumbum дало английское слово plumber — водопроводчик (в Древнем Риме трубы водопровода были именно из этого металла, как наиболее подходящего для отливки), и название венецианской тюрьмы со свинцовой крышей — Пьомби. В алхимии свинец ассоциировался с планетой Сатурном и обозначался её символом ♄. В древности олово, свинец и сурьму часто не отличали друг от друга, считая их разными видами одного и того же металла. Свинец - тяжелый металл голубовато-серого цвета, очень пластичный, мягкий (режется ножом, царапается ногтем), ковкий, сравнительно легкоплавкий. Плотность 11,34 г/см3, температура плавления 237,4º С, температура кипения 1745º С. На воздухе покрывается пленкой оксида, предохраняющей от дальнейшего окисления. Растения поглощают Свинец из почвы, воды и атмосферных выпадений. В организм человека свинец попадает с пищей (около 0,22 мг), водой (0,1 мг), пылью (0,08 мг). Безопасный суточный уровень поступления Свинца для человека 0,2-2 мг. Химические свойства свинца. Свинец (лат. Plumbum), Pb, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 82, атомная масса 207,2. Природный Свинец состоит из 5 стабильных изотопов с массовыми числами 202 (следы), 204 (1,5%), 206 (23,6%), 207 (22,6%), 208 (52,3%). Последние три изотопа - конечные продукты радиоактивных превращений 238U, 235U и 232Th. При ядерных реакциях образуются многочисленные радиоактивные изотопы Свинца. Конфигурация внешних электронных оболочек атома Pb 6s26р2, в соответствии с чем он проявляет степени окисления +2 и +4. Свинец сравнительно малоактивен химически. Металлический блеск свежего разреза Свинца постепенно исчезает на воздухе вследствие образования тончайшей пленки РbО, предохраняющей от дальнейшего окисления. С кислородом образует ряд оксидов Рb2О, РbО, РbО2, Рb3О4 и Рb2О3. По химическим свойствам свинец – малоактивный металл: в электрохимическом ряду напряжений он стоит непосредственно перед водородом. Поэтому свинец легко вытесняется другими металлами из растворов его солей. Если опустить в подкисленный раствор ацетата свинца цинковую палочку, свинец выделяется на ней в виде пушистого налета из мелких кристалликов, имеющего старинного название «сатурнова дерева». Если затормозить реакцию, обернув цинк фильтровальной бумагой, вырастают более крупные кристаллы свинца. Наиболее типична для свинца степень окисления +2; соединения свинца(IV) значительно менее устойчивы. В разбавленных соляной и серной кислотах свинец практически не растворяется, в том числе из-за образования на поверхности нерастворимой пленки хлорида или сульфата. С крепкой серной кислотой (при концентрации более 80%) свинец реагирует с образованием растворимого гидросульфата Pb(HSO4)2, а в горячей концентрированной соляной кислоте растворение сопровождается образованием комплексного хлорида H4PbCl6. Разбавленной азотной кислотой свинец легко окисляется: Pb + 4HNO3 = Pb(NO3)2 + 2NO2 + H2O В присутствии кислорода свинец растворяется также в ряде органических кислот. При действии уксусной кислоты образуется легкорастворимый ацетат Pb(CH2COO)2 (старинное название – «свинцовый сахар»). Свинец растворим также в муравьиной, лимонной и винной кислотах. Растворимость свинца в органических кислотах могло раньше приводить к отравлениям, если пищу готовили в посуде, луженной или паянной свинцовым припоем. Растворимые соли свинца (нитрат и ацетат) в воде гидролизуются: Pb(NO3)2 + H2O = Pb(OH)NO3 + HNO3 При нагревании свинец реагирует с кислородом, серой и галогенами. Так, в реакции с хлором образуется тетрахлорид PbCl4 – желтая жидкость, дымящая на воздухе из-за гидролиза, а при нагревании разлагающаяся на PbCl2 и Cl2. (Галогениды PbBr4 и PbI4 не существуют, так как Pb(IV) – сильный окислитель, который окислил бы бромид- и иодид-анионы.) Тонкоизмельченный свинец обладает пирофорными свойствами – вспыхивает на воздухе. При продолжительном нагревании расплавленного свинца он постепенно переходит сначала в желтый оксид PbO (свинцовый глет), а затем (при хорошем доступе воздуха) – в красный сурик Pb3O4 или 2PbO·PbO2. Это соединение можно рассматривать также как свинцовую соль ортосвинцовой кислоты Pb2[PbO4]. С помощью сильных окислителей, например, хлорной извести, соединения свинца(II) можно окислить до диоксида: Pb(CH3COO)2 + Ca(ClO)Cl + H2O = PbO2 + CaCl2 + 2CH3COOH Диоксид свинца – сильный окислитель. Струя сероводорода, направленная на сухой диоксид, загорается; концентрированная соляная кислота окисляется им до хлора: PbO2 + 4HCl = PbCl2 + Cl2 + H2O Соединения свинца Нитрат свинца(II) (динитрат свинца)-неорганическое химическое соединение с химической формулой Pb (NO3)2. В обычном состоянии — бесцветные кристаллы или белый порошок. Хорошо растворим в воде. Это вяжущее ограниченного применения. В промышленности его используют в спичечном производстве, крашении и набивке текстиля, окраске рогов и гравировке. Хлорид свинца(II) - неорганическое соединение, соль металла свинца и соляной кислоты с формулой PbCl2, прозрачные кристаллы, слабо растворимые в воде. Хлорид свинца очень токсичен своими парами. Применяется для приготовления красок. Используется в препаратах, борющихся с огородными вредителями. Входит в состав ингредиентов при производстве пластмасс. Применяется в фармакологии. РbСl2 применяют для обработки опухолей. Используется для получения свинцовых пигментов. Во влажном воздухе при нагревании гидролизуется. Может восстанавливаться до металла в присутствии паров Н2О и угля. Ацетат свинца(II) (свинец уксуснокислый) — химическое соединение, свинцовая соль уксусной кислоты. Химическая формула: Pb(CH3COO)2.В нормальных условиях представляет собой прозрачные кристаллы. Тригидрат имеет сладкий вкус, однако ввиду чрезвычайной ядовитости его нельзя пробовать на вкус. Свинцовый сурик — это твёрдое и химически стойкое вещество. По своему химическому составу свинцовый сурик представляет собой плюмбат свинца Pb2PbO4, суммарная формула Pb3O4, имеющий насыщенный красно-оранжевый цвет и высокую плотность. Свинцовый сурик имеет применение в качестве весьма качественного оранжевого пигмента и грунта, а также используется как наполнитель резиновых изделий и пластиков. Свинцовый сурик — сильный окислитель, и этим обусловлены высокие антикоррозиойные свойства красок на его основе: вступая в реакцию с железом, он окисляет его до получения плотной плёнки чёрного оксида железа(II), нерастворимого в воде и не пропускающего кислород из воздуха. Покрытые свинцовым суриком стальные конструкции не ржавеют даже в морской воде, однако в большинстве стран производство красок из свинцового сурика сильно ограничено из-за его токсичности. Сульфат свинца(II) (свинцовый купорос) — PbSO4. В природе распространён как минерал англезит. Применяется при изготовлении свинцовых аккумуляторных батарей; компонент пигментов. Как и большинство соединений свинца, сульфат свинца ядовит. При попадании в организм накапливается, вызывая повреждение почек, нарушение зрения, поражение центральной нервной системы. При попадании в глаза оказывает местное раздражающее действие. Тринитрорезорцинат свинца (ТНРС) -химическое соединение C6H(NO2)3O2Pb. Синонимы: 1,3-дигидрокси-2,4,6-тринитро-бензол,ТНРС, Свинца (II) тринитрорезорцинат, стифнат свинца. Кристаллическое вещество, от оранжевого до коричневого цвета, обладает сильными токсическими и взрывчатыми свойствами. Моногидрат ТНРС обладает хорошей чувствительностью к искре и пламени, поэтому используется в качестве инициирующего взрывчатого вещества (ВВ) в капсюлях детонаторах и воспламенителях Применение и производство свинца. Свинец используется многие тысячелетия, поскольку он широко распространён, легко добывается и обрабатывается. Он очень ковкий и легко плавится. Бусины из свинца, датируемые 6400 г. до н.э., были найдены в культуре Чатал-Хююк. Самым древним предметом, сделанным из свинца часто считается статуэтка стоящей женщины в длинной юбке времен первой династии Египта, датируемая 3100—3900 гг. до н.э., хранящаяся в Британском музее . Самым крупным производителем свинца доиндустриальной эпохи был Древний Рим, с годовым производством 80000 тонн. Добыча римлянами свинца происходила в Центральной Европе, римской Британии, на Балканах, в Греции, Малой Азии и Испании. Римляне широко применяли свинец в производстве труб для водопроводов, свинцовые трубы часто имели надписи римских императоров. Трубы, выстроенные рабами, были свинцовыми. Очевидно, поэтому такой короткой и была средняя продолжительность жизни римлян. Все растворимые соединения свинца являются ядовитыми. На устойчивость свинца к воде оказывает большое влияние содержащийся в ней углекислый газ. При малых количествах он образует на поверхности свинца соединение, не растворимое в воде (углекислый свинец), и тем способствует устойчивости свинца. Если же содержание углекислого газа в воде сравнительно велико, а так именно было с водой, питавшей древний Рим, то углекислый газ, реагируя со свинцом, образует кислый углекислый свинец, который хорошо растворяется в воде. Поступая в организм в малых порциях, свинец задерживается в нем и, постепенно замещая кальций, входящий в состав костей, вызывает хроническое отравление. Правда, ещё Плиний и Витрувий считали, что это нехорошо для общественного здоровья. После падения Римской империи в IV в. н.э. использование свинца в Европе упало и оставалось на низком уровне около 600 лет. Затем свинец начали добывать в восточной Германии. Свинец стали добавлять в вино для улучшения его вкусовых качеств, это стало широко распространено и продолжалось даже после запрета папской буллой в 1498 году. Такое использование свинца в средние века приводило к эпидемиям свинцовой колики. В Древней Руси свинец использовали для покрытия крыш церквей, а также широко применяли в качестве материала навесных печатей к грамотам. Индустриальная революция привела к новому росту потребности в свинце. К началу 1840-х гг. годовое производство очищенного свинца впервые превысило 100000 тонн и выросло до более чем 250000 тонн в течение следующих 20 лет. До последних десятилетий XIX века добыча свинца в основном проводилась тремя странами: Британией, Германией и Испанией. К началу XX века добыча свинца в Европе стала меньше, чем в остальном мире, благодаря увеличившейся добыче в США, Канаде, Мексике и Австралии. Изделия из этого металла (монеты, медальоны) использовались в Древнем Египте, свинцовые водопроводные трубы — в Древнем Риме. Указание на свинец как на определённый металл имеется в Ветхом Завете. Выплавка свинца была первым из известных человеку металлургических процессов. До 1990 года большое количество свинца использовалось (вместе с сурьмой и оловом) для отливки типографских шрифтов, а также в виде тетраэтилсвинца — для повышения октанового числа моторного топлива. Перхлорат свинца используется для приготовления тяжелой жидкости (плотность 2,6 г/см³), используемой во флотационном обогащении руд, он иногда применяется в мощных смесевых взрывчатых веществах как окислитель. Фторид свинца самостоятельно, а также совместно с фторидом висмута, меди, серебра применяется в качестве катодного материала в химических источниках тока. Висмутат свинца, сульфид свинца PbS, иодид свинца применяются в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях. Хлорид свинца PbCl2 в качестве катодного материала в резервных источниках тока. Теллурид свинца PbTe широко применяется в качестве термоэлектрического материал, самый широкоприменяемый материал в производстве термоэлектрогенераторов и термоэлектрических холодильников. Двуокись свинца PbO2 широко применяется не только в свинцовом аккумуляторе, но так же на её основе производятся многие резервные химические источники тока, например —свинцово-хлорный элемент, свинцово-плавиковый элемент и др. Свинцовые белила, основной карбонат Pb(OH)2•PbCO3, плотный белый порошок, — получается из свинца на воздухе под действием углекислого газа и уксусной кислоты. Использование свинцовых белил в качестве красящего пигмента теперь не так распространено, как ранее, из-за их разложения под действием сероводорода H2S. Свинцовые белила применяют также для производства шпатлевки, в технологии цемента и свинцовокарбонатной бумаги. Арсенат и арсенит свинца применяют в технологии инсектицидов для уничтожения насекомых — вредителей сельского хозяйства (непарного шелкопряда и хлопкового долгоносика). Борат свинца Pb(BO2)2·H2O, нерастворимый белый порошок, используют для сушки картин и лаков, а вместе с другими металлами — в качестве покрытий стекла и фарфора. Хлорид свинца PbCl2, белый кристаллический порошок, растворим в горячей воде, растворах других хлоридов и особенно хлорида аммония NH4Cl. Его применяют для приготовления мазей при обработке опухолей. Хромат свинца PbCrO4 известен как хромовый жёлтый краситель, является важным пигментом для приготовления красок, для окраски фарфора и тканей. В промышленности хромат применяют в основном в производстве желтых пигментов. Нитрат свинца Pb(NO3)2 — белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Это вяжущее ограниченного применения. В промышленности его используют в спичечном производстве, крашении и набивке текстиля, окраске рогов и гравировке. Сульфат свинца PbSO4, нерастворимый в воде белый порошок, применяют как пигмент в аккумуляторах, литографии, в технологии набивных тканей. Сульфид свинца PbS, чёрный нерастворимый в воде порошок, используют при обжиге глиняной посуды и для обнаружения ионов свинца. Поскольку свинец хорошо поглощает γ-излучение, он используется для радиационной защиты в рентгеновских установках и в ядерных реакторах. Кроме того, свинец рассматривается в качестве теплоносителя в проектах перспективных ядерных реакторов на быстрых нейтронах. Значительное применение находят сплавы свинца. Пьютер (сплав олова со свинцом), содержащий 85-90 % Sn и 15-10 % Pb, формуется, недорог и используется в производстве домашней утвари. Припой, содержащий 67 % Pb и 33 % Sn, применяют в электротехнике Сплавы свинца с сурьмой используют в производстве пуль и типографского шрифта, а сплавы свинца, сурьмы и олова — для фигурного литья и подшипников. Сплавы свинца с сурьмой обычно применяют для оболочек кабелей и пластин электрических аккумуляторов. Из свинца делали бронзу, а также таблички для письма острым твердым предметом. Вино, так как у древних римлян (и на Кавказе) вино хранили всвинцовых сосудах, придававших ему своеобразный вкус; этот вкус ценилистоль высоко, что не обращали внимания на возможность отравления ядовитыми веществами. Трубы для перекачки кислот, сточные трубы химических лабораторий, военная техника, производство электрических кабелей, свинцового стекла-хрусталя, глазурей – все это требует много чистого свинца. Книги, журналы, газеты изготовляются руками людей, которым приходится работать с типографским металлом, содержащим свинец. Растворимые соединения свинца применяются в медицине как вяжущие, болеутоляющие и противовоспалительные средства. Свинцовая примочка известна многим. Иногда ее называют «свинцовым сахаром» за сладковатый вкус. Не следует забывать о большой ядовитости свинцового сахара. Почти все автомашины работают на «бензин этилированный» бензине и заметно отравляют воздух городов свинцом. Этилированный бензин содержит тетраэтилсвинец (ТЭС), который уменьшает детонацию топлива в моторе, но в виде летучих соединений поступает из глушителей в воздух, которым мы дышим. Свинец до сих пор используют при изготовлении некоторых красок, детских игрушек, керамики, бензина, в производстве литиевых батареек. Люди подвергаются повышенному риску попадания свинца в кровь через зараженную воду, почвы и воздух. Консервные банки имеют свинецсодержащие припои, что послужило гибелью многих людей. Многие косметические товары и продукция народных промыслов (особенно азиатские и мексиканские) содержат свинец. Металл содержат соки, транспортировавшиеся или хранящиеся в емкостях с нарушенной технологией покрытия свинца. Экспериментальная работа: Изучив некоторые сведения о свинце и подобрав методы исследования, нами был проведен 1-ый этап экспериментальной работы по определению наличия соединений свинца в растительных с использованием работы №1. Работа №1 Для обнаружения свинца были взяты пробы с крашеного забора на улице, внутренней стороны двери и внешней (рамкой 10см х 10 см). Кроме того, для обнаружения Pb беру газету и журнал, игрушку – змейку, пластмассовый кубик, две фигурки из шоколадных яиц, а также упаковку от них, ручку и линейку. Рву страницы на маленькие кусочки и помещаю в химический стакан. В пробирку кладу плоды черемухи и яблоньки. С листьями черемухи и яблоньки поступаю аналогичным образом. Остальные объект заливаю 40 % раствором CH3COOH. Обнаружение свинца основывается на реакциях: 2CH3COOH + Pb = (CH3COO)2Pb + H2 (CH3COO)2Pb + 2 Kl = Pbl2 + 2 CH3COOK↓ (CH3COO)2Pb +K2CrO4= 2CH3COOK↓ +PbCrO4 Каждый полученный раствор разливаю на две пробирки и добавляю в одну KI,а в другую - K2CrO4 . Если образуется желтый осадок (CH3COOK),то, значит, свинец содержится в выбранных предметах. Проведенное исследование показало, что во всех выбранных предметах и смывах свинец не обнаружен (приложение 1,2,5,6,). Работа №2 Беру консервные банки, мою их мылом, затем обезжириваю ацетоном. На дно банки кладу вату, смоченную 40% раствором CH3COOH. Оставляю на 4 минуты. Затем убираю вату и к тому же месту прикладываю вату, смоченную KI. Если в консервных банках есть свинец, то вата должна пожелтеть, т. к образуется желтый осадок : (CH3COO)2Pb + 2 Kl = Pbl2 + 2 CH3COOK↓ Свинец ни в одной консервной банке не обнаружен (приложение № 3,7,9). Работа №3. Буру отфильтрованный раствор мясного и овощного паштета из исследуемых банок, делаю раствор с 40%-й уксусной кислотой, добавляю Kl. При наличии свинца происходит реакция : (CH3COO)2Pb + 2 Kl = Pbl2 + 2 CH3COOK↓ В выбранных образцах пищи свинец не обнаружен (приложение 3,8). Работа №4. Для исследования были взяты четыре чашки Петри, в них пророщены семена редиса (по 10 в чашке). При этом контрольный образец проращивался водой, а остальные солями свинца : Pb ( NO3)2 * 10 -2 , Pb ( NO3)2 *10 -3 , Pb ( NO3)2 *10 -4 . Полученные результаты изложены в приложении №4 и №10. Библиография:
Таким образом, свинец может содержаться в окружающих нас предметах. Данное явление может происходить из-за того, что иногда при изготовлении красок, производстве и других действия используется свинец, пагубно влияющий на организм. Существуют различные методы анализа содержания свинца. При определении наличия свинца в пластмассовых предметах, ягоде и консервных банках оказалось, что свинец отсутствует в выбранных объектах. + семяна. Библиография:
Приложение. №1
№2
№3
№4
№5 №6   №7 №8   №9  №10  |