Определение солей тяжелых металлов в листьях растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение солей тяжелых металлов в листьях растений

Автор: Фролова Оксана,

учащаяся 10 класса МБОУ

г. Иркутск СОШ №73

Руководитель:

Макарова Галина Ильинична,

учитель химии высшей

квалификационной категории МБОУ

г. Иркутск СОШ №73,

Содержание:

Введение

Глава I. Изучение защитной зелёной полосы пришкольного участка

Глава II. Характеристика тяжелых металлов

Глава III Накопление растениями металлов

Глава IV. Токсичное действие тяжелых металлов на живые организмы

Глава V. Экспериментальная часть

5.1 Определения солей тяжелых металлов в листьях растений качественными реакциями

5.2 Количественное определение солей тяжелых металлов в листьях растений

Заключение

Список используемой литературы

Приложение

Введение

На чуткой их листве мутнеют росы,

Деревья о себе расскажут быль.

Всю жизнь они - живые пылесосы,

Из воздуха отсасывают пыль.

…Они давно оставили бы город,

Да только понимают не шутя,-

Лишь отойди и кислородный голод

Возьмёт за горло спящее дитя.

А. Чиков

Пришкольная территория является частью окружающей среды для школьного здания и всех его обитателей. Экологически чистая, полноценная внешняя среда наряду с другими факторами является важной предпосылкой сохранения и укрепления здоровья и развития людей.

Непременным экологическим требованием является расположение детских учреждений на достаточном удалении от предприятий, шоссейных дорог и т.п., наша школа построена так, что с трех сторон она окружена дорогами, поэтому важное значение приобретает озеленение пришкольной территории.

Зеленые насаждения способны очищать атмосферный воздух от пылегазовых частиц и аккумулировать тяжелые металлы, находящиеся во взвешенном состоянии, особенно опасном для здоровья человека. Загрязнение окружающей среды закономерно приводит к накоплению тяжелых металлов в растениях. Максимальное содержание тяжелых металлов в листьях растений отмечено в первой половине сентября.

Но сами растения также подвергаются неблагоприятному воздействию загрязняющих веществ, поступающих в окружающую среду. Это сказывается на их развитии и физиологических процессах, что, в свою очередь, снижает биологическую устойчивость и защитные функции зеленых насаждений. Растения также поглощают звуковые волны, снижая внешнюю шумовую нагрузку.

Гипотеза: Наша школа находиться на улице Радищева. Это оживленная улица с большим потоком легкового и грузового транспорта. Содержатся ли в растениях пришкольного участка тяжелые металлы.

Цель работы: Определить содержатся ли в зелёных насаждениях пришкольной территории тяжелые металлы.

Задачи:

1. Провести литературное исследование о тяжелых металлах и токсичном действии их на живые организмы.

2. Определить содержание цинка в растениях разными методами

тяжелые металлы пришкольный растение реакция

Глава I. Изучение защитной зелёной полосы пришкольного участка

Рис.1

Пришкольный участок нашей школы включает зоны:

а) учебная зона;

б) спортивная зона;

в) зона отдыха;

г) хозяйственная зона.

Измерили с помощью рулетки расстояние от школы до дорог, заполнили таблицу и сравнили с санитарно - гигиеническими нормами:

Таблица 1

Расстояние от границ школы до дорог.

Измерение	Полученные результаты	Санитарно-гигиенические нормы, м.
	Улица Фрунзе	Улица Кочубея	Улица Радищева
Расстояние от школы до дороги с нерегулярным движением автотранспортом	5,5 м.	3 м.		15 - 20
Расстояние от школы до проездов с регулярным движением автотранспорта			8м.	100 -170

Вывод: Расстояние, от границ школы до дороги с регулярным движением автотранспорта, не соответствует нормам.

Проанализировали растительные насаждения пришкольной территории, данные занесли в таблицы:

Таблица 2

Анализ растительных насаждений пришкольной территории.

Количество деревьев и кустарников	Порода	Состояние
34	тополь	Неудовлетворительное
14	акация	Удовлетворительное
10	яблоня	Удовлетворительное

Таблица 3

Растительные насаждения пришкольной территории.

Измерения	Полученные результаты	Санитарно-гигиенические нормы, м.
Ширина защитной полосы из деревьев и кустарников: На границе территории Со стороны автомагистрали	1 - 15 3	Не менее 1,5 Не менее 6
Расстояние от школы до деревьев	6	Не менее 15
Расстояние от школы до кустарников	1.60	Не менее5

Таким образом, по результатам данных, мы приходим к выводу, что санитарно - гигиеническим нормам соответствует только ширина защитной полосы из деревьев на границе территории.

Глава II. Характеристика тяжелых металлов

Тяжелые металлы включают в себя более 40 элементов периодической системы Д.И. Менделеева. К ТМ относятся свинец (Pb), цинк (Zn), кадмий (Cd), ртуть (Hg), молибден (Mo), марганец (Mn), никель (Ni), олово (Sn), кобальт (Co), медь (Cu) и др. Среди исследуемых металлов Zn и Cu играют роль микроэлементов. По действию на человеческий организм тяжелые металлы относятся к разным группам опасности: Cd, Pb, Zn - высокой опасности; Сu - умеренной опасности.

Глава III. Накопление растениями металлов

Основное поступление тяжелых металлов в растения осуществляется через почву. Рассматриваемые нами тяжелые металлы в различной степени поглощаются растениями: Zn характеризуется сильным поглощением, а Сu, Cd, Pb - средним. При загрязнении почв металлами из атмосферного воздуха, содержание их более всего увеличивается в верхних горизонтах, довольно быстро снижается с глубиной. Глубина миграции соединений металлов зависит от свойств почвы, соединений металлов, особенностей климата, рельефа других факторов. Поглощение элементов растениями иллюстрируется биогеохимическим циклом (рис. 2).

Глава IV. Токсичное действие тяжелых металлов на живые организмы

Поскольку задачей нашего исследования является определение содержания в листьях растений таких металлов, как РЬ, Cu, Cd, Zn, то следует рассмотреть их биологическую роль и токсичность.

Среди исследуемых металлов Zn и Cu играют роль микроэлементов. Среднее содержание их в организме взрослого человека 2,3 и 0,072 г, соответственно. Их недостаток, так же, как и избыток вызывает заболевания растений и животных. По действию на человеческий организм тяжелые металлы относятся к разным группам опасности: Cd, Pb, Zn - I класс опасности; Сu, - II класс опасности. Характер действия и степень токсичности этих элементов зависят от их физико-химических свойств, особенно летучести, растворимости в воде и жирах. Чем выше дисперсность, тем легче вещества проникают в организм, поэтому яды, находящиеся в мелкодисперсном пылевом состоянии, более опасны. Цинк и медь в виде тончайших аэрозолей могут вызывать тяжелое заболевание - «литейную лихорадку». Свинцовая пыль обладает кумулятивным действием, изменяет состав крови и костного мозга, вызывает мышечную слабость и паралич лучевого нерва, свинцовые колики, поражает головной мозг, печень и почки. В зависимости от биологического действия, токсичные вещества подразделяют на: наркотические, нервные (нейротропные), печеночные (гепатотропные), кровяные, ферментативные, раздражающие, аллергены, мутагены, канцерогены.

К нервным ядам относится марганец (вызывает структурные повреждения в нервной системе). Соединения свинца относят к мутагенам. Они вызывают нарушения в наследственном аппарате человека и животных. Кроме того, свинец вызывает структурные изменения печени. Высокая токсичность кадмия обусловлена тем, что он химически подобен цинку, играющему важную роль во многих биохимических реакциях. Подобие цинку позволяет кадмию замещать его в биохимических системах, но Cd не способен в точности выполнять функции цинка.

Токсическое действие тяжелых металлов на растения проявляется в угнетении роста, снижении биологической продуктивности, хлорозах и нейрозах. При атмосферном загрязнении металлами могут наблюдаться морфологические изменения у растений: мелколистность, морщинистость, искривление листовых пластинок, сокращение междоузлий и др., морфологическая изменчивость долей цветка. Большие концентрации металлов в почвах угнетают рост корней, препятствуют прорастанию семян и выживанию сеянцев и саженцев растений.

Глава V. Экспериментальная часть

5.1 Определения солей тяжелых металлов в листьях растений качественными реакциями

План эксперимента:

1.Сбор листьев.

1.1.Собрала листья с деревьев на улицах: Фрунзе, Радищева, И. Кочубея, с парковой зоны пришкольного участка, у фонтана, со стадиона и с лесной зоны у озера Юннатка по 20 шт.

2.Извлечение влаги и получение сухого остатка.

2.1. Измельчила листья в ступке.

2.2.Взвесила прокалённые чашки.

2.3. Измельчённые листья переложила в чашки.

2.4. Высушила в сушильном шкафу при t=105⁰C, (до постоянного веса в течение 12часов)

Таблица 4

Извлечение влаги и получение сухого остатка.

Объект	Образец №	Масса пустых чашек	Масса листьев и чашек до прокаливания, г.	Масса листьев и чашек после двух прокаливаний, г.
Лесная зона	1	41,086	44,388	44,289
Кусты акации (стадион)	2	40,009	42,585	42,462
Парковая зона	3	34,929	38,108	37,983
У фонтана	4	39,251	43,667	43,443
Ул. Радищева	5	35,835	39,835	39,757
Ул. Фрунзе	6	38,259	43,681	43,360
Ул. И. Кочубея	7	58,849	69,667	69,145

2.5. Сожгла на плитке листья в чашке.

2.6. Поместила в муфельную печь.

3. Определение солей тяжелых металлов качественными реакциями.

3.1. Обработала HNO₃ конц.

3.2. Прокалила на плитке до удаления оксидов азота (бурое окрашивание исчезло).

3.3. Поставила в муфельную печь на 30мин.

3.4. Остудила, обработала HCl, чтобы перевести металлы в хлориды.

3.5. Высушила досуха на плитке.

3.6. Растворила в 10 мл. горячей дистиллированной воды.

3.7. Остаток отфильтровала.

3.8. Провела качественные реакции на ионы тяжелых металлов.

Реакция на катион Pb²⁺ Хромат калия K₂CrO₄ и дихромат калия K₂Cr₂O₇ образуют с катионом Pb²⁺ малорастворимый хромат свинца жёлтого цвета: Pb²⁺ +CrO₄^2- > PbCrO₄v

Реакция на катион Hg²⁺

1.Хромат калия K₂CrO₄ даёт с катионами Hg²⁺ красный осадок Hg₂CrO₄

2.Иодид калия образует с катионом Hg²⁺ красный осадок иодида ртути HgI₂, растворимый в избытке реагента: Hg²⁺ +2I^->HgI₂v HgI₂+2I^-+2K⁺>K₂[HgI₄]

Реакция на катион Сu²⁺ Тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ даёт с катионом Сu²⁺ тёмно-бурый осадок сульфида меди Cu₂S: Сu ²⁺ + S₂O₃^2-> Cu₂Sv

Реакция на катион Fe³⁺ Растворы солей, содержащих катион Fe³⁺,имеют жёлтую или красно-бурую окраску.

1. Гексациано-(II) феррат калия K₄[Fe(CN)_6] образует с катионом Fe³⁺ тёмно-синий осадок берлинской лазури гексациано-(II) феррата железа Fe₄[Fe(CN)₆] ₃

2. Роданид аммония NH₄SCN образует с катионом Fe³⁺ роданид железа кроваво-красного цвета. Наличие ионов Fe²⁺ не мешает реакции: Fe³⁺+3SCN^- - Fe (SCN) ₃

Реакция на катион Zn²⁺ Гексацианоферрат (II) калия K₄ [Fe(CN)₆] образует с Zn²⁺ белый осадок двойной соли - гексацианоферрат (II) цинка и калия:

3Zn²⁺+2K⁺+2[Fe (CN) ₆]^4->K₂Zn₃ [Fe (CN) ₆] _2v

Вывод: В результате проведенных опытов, определили наличие цинка в образцах № 3-7, это листья с деревьев которые произрастают: в парковой зоне школы, у фонтана, вдоль забора школы по улицам Радищева, Фрунзе , И. Кочубея .

5.2. Количественное определения солей тяжелых металлов в листьях растений

План эксперимента:

Оборудование: фотоколориметр КФК-3; мерные колбы вместимостью 50 мл - 6 шт.; пипетки вместимостью 1мл; стаканы объёмом 100 мл.

Реактивы: буфер рН = 6, вода дистиллированная; индикатор кселеновый оранжевый.

1. Приготовление исследуемого раствора. В мерную колбу вместимостью 50 мл, насыпаем золу листьев, добавляем 5 мл. концентрированной соляной кислоты и разбавляем дистиллированной водой тщательно перемешиваем.

2. Построение градуировочного графика. Для построения калибровочного графика в пять мерных колб вместимостью 50 мл вносят по 20 мл воды, отмеривают стандартный раствор соли цинка (Т zn²⁺ = 0,02 мг/мл) в количестве 1,00; 2,00; 3,00; 4,00; 5,00 мл соответственно, добавляют 0,50 мл 0,05М раствора I_2, 1,00 мл 0,5 % раствора кселеновый оранжевый и доводят объемы в колбах до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают.

По истечении 10 мин измеряют оптическую плотность стандартных растворов на фотоколориметре КФ-3 (л=540 нм). По полученным данным строят градуировочный график в координатах «Оптическая плотность А - концентрация Zn²⁺(мг)».

А оптическая плотность	С концентрация г/мл
0,149	1
0,205	2
0,249	5
0,267	7
0,313	10
0,429	20
0,437	30
0,501	40
0,538	50

2. Определение концентрации цинка. Полученный раствор исследуем на фотоколориметре КФ-3 измеряя его оптическую плотность при длине волны равной 550 нм. на фоне воды, объем пробы 1 мл. добавляем 50 мл. буфера и 1 мл. индикатора кселеновый оранжевый. Расчёт содержание цинка в исследуемой пробе (мг/л) ведем по формуле:

Y = 0,1364x+0,1664 R² = 0,967 x-концентрация x = (А - 0,1664)/0,1364

V- объем раствора = 50мл. W = C_X·50мл/ m(навески) ·100%

X₁= (0,172-0,1664)/0,1364=0,04105·10^-6 г./мл.

Таблица 5

Определение цинка в сухом остатке.

№ образца	m масса сухого остатка	А оптическая плотность	С концентрация г/мл	W %
1	1,3833	0,172	0,04105·10-6	1,48377·10-4
2	0,7971	0,193	0,19501·10-6	12,23246·10-4
3	0,7222	0,215	0,35630·10-6	24,66768·10-4
4	0,9709	0,178	0,08504·10-6	4,37944·10-4
5	0,9012	0,272	0,77419·10-6	42,95328·10-4

Заключение

В ходе своей работы с помощью качественных реакций на тяжелые металлы, определила, что в листьях тополей на территории школы обнаружен катион цинка. Проведя исследование на фотоколориметре КФ-3 определила количественное содержание иона цинка в листьях. Листья, которые были сорваны с деревьев в лесной зоне у озера на станции Юных натуралистов и кустов акации со школьного стадиона ионов тяжелых металлов не обнаружено. Наибольший процент содержания ионов цинка обнаружено в листьях растений, которые сорваны с деревьев произрастающие по улице Радищево ( наибольший поток автомобильного транспорта)

Основным источником загрязнения окружающей среды школы является автомобильный транспорт, на его долю приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду около школы. Этот источник загрязнения является постоянным, поэтому ионы цинка попадают в листья деревьев из атмосферного воздуха.

Литература

1. Пресс-служба "Байкальской Экологической Волны"

2. О.Бельская, olga@baikalwave.eu.org, 24 июля 2002 г.

3. Дзятковская Е.Н. «Экология и здоровье», изд- во ИЧП «Арком», И.1994г

4. С.В. Алексеев, Н.В. Груздева, Э.В. Гущина «Экологический практикум школьника», изд-во «Учебная литература», 2005г.

5. С.В. Алексеев, Н.В. Груздева, Э.В. Гущина «Экологический практикум школьника» (методическое пособие для учителей), изд-во «Учебная литература», 2006г.

6. Е.Н. Дзятковская Сборник экологических задач. Лабораторных работ и деловых игр по химии, биологии и физике. Изд-во «Папирус», Иркутск-1993г

7. Экологический информационно-методический журнал «Волна», №3(16-17), 1998г.; № 3-4 (20-21), 1999г.; 2(11),1997г.

Приложение 1

Школа №73 г. Иркутска

Приложение 2

Качественные реакции на ионы тяжелых металлов.

Сухой остаток листьев

Размещено на Allbest.ru

...