Проект И сследование уровня нитратов в плодоовощной продукции, приобретаемой на рынках г. Алдана, и выработка реальных мер, предотвращающих отравления живых организмов нитратами.

Цели проекта Образовательные: обобщить и расширить представление о свойствах нитратов, получить новые знания по теме; развить такие общие умения, как наблюдательность, сравнение, анализ, измерение, умение работать с литературой, рассуждение, оценивание; развитие специфических умений; находить источники нужной информации (книги, журналы, интернет). Воспитательные: воспитывать доброжелательность, дисциплинированность и собранность, честность и усердие, создавать атмосферу сотрудничества и взаимопонимания, обучать передаче информации, вести диалог и быть внимательными слушателями, ответственно выполнять задания. Развивающие: развивать у учащихся творческие, познавательные способности: речь, мышление, внимание, восприятие; развивать сенсорную сферу, глазомер, точность и тонкость различения цвета, формы и т.д.; развивать двигательную сферу, моторику мелких мышц, умение управлять своими двигательными действиями. Креативная: каждый участник творческого процесса – создатель коллективного проекта.

УЧАСТНИКИ ПРОЕКТА Учитель химии Э.Р. Демьянчик; учителя физики Н.С. Калякина, А.С. Фалина; учитель биологии И.В. Некрашевич. Ученики 8-10 классов: Богомолов В., Соболева А., Шишкина С., Селиванова А., Асалханова М., Терехин Д., Фролова Н., Некрашевич С., Киселев Д., Ведерникова О., Пустоводова Е.

Наш проект полностью ориентирован на действующую модифицированную программу по химии и государственные программы по биологии и физике. Была сформирована исследовательская группа учеников по интересам в различных предметных областях. Объединение учащихся в группу, сплоченную общими стремлениями к достижению конечной цели на основе тесного взаимодействия, позволило сократить промежуток времени от постановки задачи до получения конкретного результата. Это достигается за счет разделения труда и целевых направлений в работе. Сотрудничество учащихся и преподавателей привело к повышению образовательного уровня по предметам. Работу над проектом в равной мере осуществляли все члены группы. Содержание проекта представлено логично и удобно для восприятия. Самостоятельные исследования учащихся иллюстрируют основополагающие вопросы данной темы. Тематический плакат, выполненный ребенком, дополняет содержание выступления учащегося. Описание проекта отображает четкую последовательность мероприятий по его внедрению. Проект можно реализовать в разноуровневом обучении. Вступительное слово учителя:

Актуальность проекта: Роль азота в жизни растений довольно противоречива. С одной стороны, это один из основных питательных элементов, необходимых для роста растений (он входит в состав белков, хлорофилла и многих ферментов), с другой стороны, повышенное содержание нитратов в растительной продукции не только влияет на ее качество, но может вызвать отравление при употреблении в пищу. Нитрат-ион один из наиболее распространенных токсичных соединений. Перечисленные аргументы объясняют важность изучения этой проблемы.

Цель работы: Определить наличие нитратов в сырых овощах и фруктах, выработать рекомендации по предотвращению отравлений нитратами.

Задачи: Объяснить значение нитратов в жизни растений и животных. Ознакомиться с основными азотными удобрениями. Проанализировать почвенно- экологические,наследственные факторы, влияющие на интенсивность поглощения нитратов растениями. Выявить роль избыточного употребления минеральных удобрений в загрязнении окружающей среды и продуктов питания.

Изучить влияние нитратов на здоровье человека и научить оказанию первой помощи при отравлении нитратами. Освоить доступные методы обнаружения нитратов. Рассмотреть влияние нитратов на пищевую ценность плодоовощной продукции. Выработать рекомендации, предотвращающие тяжелые отравления нитратами.

Значение нитратов в жизни растений. Нитраты необходимы для нормального питания растений. Основатель отечественной агрохимии Д.Н.Прянишников писал, что главным условием, определяющим среднюю высоту урожая в разные эпохи, была степень обеспеченности сельскохозяйственных культур азотом. При недостатке азота в почве у растений наступает азотное голодание: задерживается образование хлорофилла и замедляется рост из-за ограниченного синтеза белков. Азотные удобрения вносят под все культуры, они увеличивают урожай.

Азотные удобрения. В обрабатываемых почвах наблюдается постоянное уменьшение содержания азота за счёт удаления растений из почвы и процессов выщелачивания. Нитраты и нитриты легко вымываются водой, поэтому для получения высоких урожаев необходимо применение минеральных и органических (компост, навоз) удобрений или их композиций. Обычно используют следующие минеральные удобрения, содержащие азот: натриевая, кальциевая, аммиачная селитры и карбамид. Важно соблюдать нормы и сроки внесения удобрений. Не рекомендуется вносить поздней осенью и ранней весной. И нельзя запахивать удобрения в почву.

Краткая характеристика азотных удобрений Название удобрения Химический состав Цвет и внешний видПолучение в промышленности и нахождение в природе Нитрат натрия (натриевая селитра) NaNO 3, W(N)=16,5% Белое или серое кристаллическое вещество с гигроскопическими свойствами (серый цвет придают примеси) Получают при производстве азотной кислоты. Нитрозные газы (NO, NO 2 ), не поглощенные водой, пропускают через растворы соды: Na 2 CO 3 +2NO 2 NaNO 3 +NaNO 2 +CO 2 Нитрит натрия окисляется в нитрат натрия. Нитрат калия (калийная селитра) KNO 3, W(N)=13,9% Белое кристаллическое вещество. Сравнительно небольшие залежи находятся в Средней Азии. В промышленности его получают так: KCl+NaNO 3 NaCl+KNO 3 (нагревая до 100 о С)

Сульфат аммония (NH 4 ) 2 SO 4, W(N)=20,5-21% Белый (из-за примесей серый или зеленоватый) кристаллический порошок, слабо гигроскопичен. Получают при взаимодействии аммиака с серной кислотой: 2NH 3 +H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 КарбамидCO(NH 2 ) 2, W(N)=46% Белое мелкокристаллическое, гигроскопическое, иногда зернистое вещество. Получают при взаимодействии оксида углерода (IV) с аммиаком (при высоком давлении и температуре): CO 2 +2NH 3 CO(NH 2 ) 2 +H 2 O Нитрат аммония (аммиачная селитра) NH 4 NO 3, W(N)=15-16% Белое кристаллическое вещество Получают при нейтрализации 48-60% азотной кислоты аммиаком: NH 3 +HNO 3 NH 4 NO 3 Полученный раствор концентрируют и в специальных башнях производят кристаллизацию.

Почвенно-экологические, наследственные факторы,влияющие на интенсивность поглощения нитратов растениями Почвенно-экологические факторы (влажность, свет, температура воздуха и почвы), действуя в комплексе, могут усиливать или ослаблять друг друга. Поглощение нитратов растениями увеличивается при сильной освещённости. При низких температурах поступление нитратов уменьшается. Интенсивное увлажнение почвы усиливает поглощение нитратов корнями. В то же время в засушливые периоды высокий уровень нитратов можно снизить поливом. Сбалансированность минерального питания (выбор определённых доз удобрений) также сказывается на поглощение нитратов. Например, недостаток фосфора косвенно способствует накоплению нитратов, т.к. он стимулирует активность нитраторедуктазы. Калий влияет на синтез белков. Кроме того, процессы метаболизма азота тесно связанны с циклом углерода в растениях, поэтому в течение суток содержание нитратов нестабильно (колебание 4-7%). Установлено, что накопление нитратов различными культурами носит наследственный характер. Существуют сортовые различия по накоплению нитратов, обусловленные разной реакцией на условия окружающей среды, продолжительностью периода вегетации сортов, а также генетически закреплённым уровнем нитраторедуктазы. Недозрелые овощи (кабачки, баклажаны, картофель), а также сорта раннего созревания содержат нитратов больше, чем достигшие нормальной уборочной зрелости.

Роль избыточного употребления минеральных удобрений в загрязнении окружающей среды. Коэффициент использования азотных удобрений – 40-60%. Избыточное употребление удобрений не только ведёт к аккумуляции нитратов, но и приводит к загрязнению ими водоёмов и грунтовых вод. Эта тенденция отмечена во всем мире. Одним из признаков загрязнения водоёмов служит «цветение» воды, вызываемое бурным размножением сине-зеленых водорослей. Особенно интенсивно оно происходит во время таяния снега, летних и осенних дождей.

Роль избыточного употребления минеральных удобрений в загрязнении продуктов питания. При избытке нитратов в почве они полностью не перерабатываются, накапливаются в растительной продукции и попадают в организмы животных и человека. 70% нитратов поступают с овощами, 20% - с водой, 6% - с мясными и консервированными продуктами. В желудочно-кишечном тракте часть нитратов всасывается в неизменном виде, другая часть, в зависимости от присутствия микроорганизмов, превращается в нитриты. Доказано, что в кишечнике человека из нитратов могут образоваться вторичные нитрозамины, обладающие высокой мутагенной и канцерогенной активностью. Выявлена прямая зависимость между случаями появления злокачественных опухолей и интенсивностью поступления в организм нитратов.

Влияние нитратов на здоровье человека. ПДК нитратов регламентируются ГОСТом. Для суммы нитратов в почве принято значение 130 мг/кг (класс опасности 3), в воде водоисточников – 45 мг/л(класс опасности 2). Смертельная для человека доза нитратов – 8-15г., допустимое суточное употребление –5мг/кг. В литературе описаны случаи тяжёлых отравлений при работе в поле с аммиачной селитрой, пищевыми продуктами с повышенным содержанием нитратов (в частности, дынями), массового отравления водопроводной водой, загрязнённой нитратом кальция, завезённым в качестве удобрения в район водоисточника. Все они сопровождались тошнотой, одышкой, кашлем, болями в области сердца (явления острой сердечно-сосудистой недостаточности), признаками миокардита, токсического нефрита. В крови увеличивается содержание молочной кислоты, холестерина, лейкоцитов, снижается количество белков. В ЖКТ нитраты превращаются в нитриты, которые, взаимодействуя с гемоглобином, образуют метгемоглобин. Это вещество угнетает дыхательный центр, так как не переносит кислород.

Влияние нитратов на пищевую ценность продуктов. Основные витамины человек получает из сырых овощей и фруктов. Овощи богаты водорастворимыми витаминами В1, В2, РР, С, а так же каротином. Но наряду с витаминами в них содержатся нитраты. Человек избавляется от нитратов с помощью замачивания продуктов и тепловых обработок. Но вместе с нитратами разрушаются и витамины, что влечет за собой снижение пищевой ценности овощей и фруктов. Даже в наши дни люди заболевают такими тяжелыми болезнями, как цинга, пеллагра, рахит, полиневрит и т.д. в результате нехватки витаминов в организме.

Под действием нитратов в растениях наблюдается бурный рост и значительное накопление влаги. В итоге снижается массовая доля сухих веществ и калорийность овощей и фруктов. Калорийность – энергетическая ценность пищевых продуктов. Суточная потребность в энергии молодого организма до18 лет составляет около 2000 ккал. Проведя расчеты, мы выяснили, что с овощами мы получаем 250 ккал в сутки, это лишь 1/8 часть от общего количества. Под влиянием нитратов количество энергии, полученной из овощей и фруктов, существенно уменьшается. Овощи, фрукты.Количество в 100 г, ккал. Количество потребляемых продуктов в день, кг. Количество в день, ккал. Картофель660,1599 Капуста170,058,5 Свекла390,0519,5 Морковь380,0519 Помидор280,0514 Огурцы240,0512 Яблоко410,141 Мандарин420,0312,6 Груша400,0312 ИТОГО:237,6

Меры первой помощи при отравлении нитратами: обильное промывание желудка, прием активированного угля, солевых слабительных. После оказания мер первой помощи необходимо пройти медицинское обследование.

Доступные методики обнаружения нитратов. В настоящее время разработано множество методов обнаружения нитрат-ионов и их количественного определения: 1. колориметрический метод. При исследовании содержания нитратов мы брали те овощи и фрукты, которые регулярно используем в питании.

Приготовление стандартных растворов нитрата калия Исходный раствор 1 концентрацией 1000 мг/л готовят следующим образом: берут навеску KNO 3 массой 0,41г, переносят ее в мерную колбу на 250мл, растворяют и доводят до метки дистиллированной водой. Затем отбирают пипеткой 10мл раствора 1, помещают его в мерную колбу на 100мл, доводят до метки дистиллированной водой, получается раствор 2 концентрацией 10мг/л. Стандартные растворы 3, 4, 5 концентрацией 50, 25 и 12,5 мг/л соответственно готовят последовательным разбавлением предыдущего раствора в два раза.

Реактивом на нитрат-ион может служить раствор дифениламина в серной кислоте, дающий синее окрашивание разной интенсивности. После появления окрашивания делают вывод о приблизительной концентрации нитрат-ионов в стандартных растворах. Интенсивность окраскиКонцентрация NO 3 -, мг/л Интенсивно синий1000 Синий100 Интенсивно голубой50 Голубой25 Бледно- голубой10 Окрашивание отсутствуетМенее 6

Обнаружение нитратов в овощах и фруктах. Взвешиваем опытные образцы овощей и фруктов.

Отжимаем соки из овощей и фруктов.

Взаимодействие соков с дифениламином Помещаем в углубление фарфоровой пластинки 2 капли анализируемого сока и 5 капель раствора дифениламина. По интенсивности окраски судим о приблизительном содержании нитрат-ионов в испытуемом образце.

2. Кондуктометрический метод. Метод анализа основан на измерении электропроводности растворов. Кондуктометрия принадлежит к числу старейших физико-химических методов анализа. Все овощи и фрукты содержат воду, и нитраты, растворяясь в ней, образуют электролит, хорошо проводящий электрический ток. Чем больше нитратов, тем лучше проводимость растворов. Построив график зависимости электропроводности от концентрации в стандартных растворах, мы определили концентрацию нитрат-ионов в соках.

Собираем электрическую цепь.

Определяем электропроводность стандартных растворов и соков.

Параллельные опыты с использованием колориметрического метода и определения концентрации нитрат-ионов по электропроводности доказывают достоверность полученных данных о приблизительном содержании нитратов в соках овощей и фруктах.

Данные исследований плодоовощной продукции на содержание нитратов Овощная культураКонцентрация NO 3 - мг/кг ПДК, мг/кг Яблоко13460 Помидор Груша459 Огурец Мандарин223 Морковь Капуста (кочан) Капуста (листья) Свекла Картофель400250

Рефлексия участников проекта Терехин Дима, победитель районной олимпиады по химии, победитель заочного тура Республиканской олимпиады по химии. Нитрат-ион… Зачем он нужен? С какими элементами он дружен? Входит в наши удобренья… И питает все растенья… Но хочу сказать вам я, Осторожнее, друзья. Ведь бывает, что нитрат- Очень сильный, страшный яд. Выделяя кислород, Он взрывчатку нам дает. С кислотой соляной вместе Все разъест на том же месте. Вот такой он, наш нитрат, Для одних он просто клад, Ну а для других – отрава. Вы решайте – ваше право, Кто такой он, наш нитрат, Иль отрава, или клад.

Шишкина Соня: Мне было интересно все. Я считаю, такие проекты нужно осуществлять чаще, потому что это научило меня работе в группе, последовательности в исследованиях, а так же я усовершенствовала отдельные практические навыки. Соболева Настя: Мне было интересно собирать материал, работать над проектом, выполняя практическую часть. Я узнала, какими методиками определяют нитраты. А существуют ли другие методы?..

Фролова Настя: Я считаю, что самый интересный этап деятельности – исследовательский. Я научилась взвешивать, делать стандартные растворы, определять электрическую проводимость растворов, а также оказывать первую помощь при отравлениях. Асалханова Маша: Больше всего меня заинтересовали сбор материала и исследовательский этап. Я научилась определять нитраты с помощью электропроводности растворов и с помощью индикаторов. Теперь я нитратов не боюсь, я знаю, как уменьшить их вредное воздействие.

Некрашевич Сергей: Мне был интересен процесс исследования. Когда я начал работать в проекте, мной двигала просто любознательность, а по мере углубления в проект обретался и опыт. Я научился анализировать и сравнивать. Особенно мне запомнилась экскурсия в химическую лабораторию. Я поражен тем, что трудную физическую работу выполняют одни женщины. Ведерникова Оля: Исследовательский этап – это круто. Я исследовала, как механическая и тепловая обработка продуктов питания разрушает нитраты, а вместе с тем и витамины. Я очень хочу, чтобы все люди полноценно питались и были здоровыми и красивыми.

Пустоводова Катя: Мне очень понравилось заниматься исследовательской работой. Я запомнила экскурсию в лабораторию «Алдангеологии». Много узнала о калорийности овощей и фруктов и могу её рассчитать. Я всегда буду стройной. Киселев Дима: Больше всего мне понравилось выступать перед большой аудиторией. Побольше бы таких коллективных творческих поисков.

Селиванова Настя: Используя полученные данные, я рассчитала массу нитратов, съеденных с продуктами питания нашей семьей, и оформила результаты в виде таблицы (см. ниже). Теперь все члены моей семьи будут правильно обрабатывать овощи и фрукты перед их употреблением. Богомолов Вася: Самым интересным для меня в проекте был исследовательский этап. До меня дошло, что нитраты опасны. Раньше я думал, что вся эта беда далеко, пока сам не научился определять нитраты. Теперь мне грустно.

Название продукта. Значение концентрации NO 3 - мг/кг. m продукта, съеденного всей семьей, кг. m (NO 3 -- ), съеденного всей семьей с продуктами Число членов семьи, съевших продукт, h. m (NO 3 -- ), съеденного с продуктами одним членом семьи m 2 = m 1 /h. Свекла кг мг. 441,175 г ,75 мг. 110,29375 г. Морковь кг мг. 157,48 г мг. 39,37 г. Яблоки13460 кг.8070 мг. 8,07 г ,5 мг. 2,0175 г. Капуста кг мг. 408,16 г мг. 102,04 г. Картофель кг мг. 80 г мг. 20 г. Помидоры37630 кг мг. 11,286 г ,5 мг. 2,8215 г. Огурцы27430 кг.8232 мг. 8,232 г мг. 2,058 г. = 1086,815

Рекомендации, предотвращающие тяжёлые отравления нитратами. 1. Очистка от кожицы овощей и фруктов. 2. Тепловая обработка и заморозка. 3. Удаление участков наибольшего скопления нитратов. 4. Вымачивание. 5. Применение медленно действующих форм удобрений (гранулы, покрытые защитной пленкой). 6. Использование сортов, склонных к низкому накоплению нитратов. 7. Проведение просветительской работы по вопросам охраны здоровья и окружающей среды (курсы для начинающих садоводов и огородников, на уроках биологии и химии в средних учебных заведениях и т.д.) 8. При выращивании овощей важно вносить строго определенные дозы удобрений, при которых нитраты не поглощаются в концентрациях, больше ПДК.

Конечный результат: В ходе выполнения данного проекта мы получили новые знания из области химии, физики, биологии, информатики. Наш интеллектуальный багаж пополнился в результате экскурсии в химлабораторию «Алдангеологии». Мы подготовили наглядные материалы, графики, таблицы, иллюстрирующие различные закономерности и процессы. Силами учащихся была организована радиопередача, посвященная нашему проекту и просмотр фильма. В течение нескольких дней в кабинете химии проводились экспресс-анализы по определению содержания нитратов в овощах и фруктах, которые предоставляли для исследования учащиеся и сотрудники лицея. Результаты анализов вызвали большой интерес и заставили многих задуматься о качестве продуктов питания. В результате тесного общения и сотрудничества улучшился психологический контакт между учащимися, занятыми в проекте. Достигнуто более глубокое усвоение учебного материала, соответствующего тематике проекта. Итогом работы над проектом стало выступление учащихся лицея перед директорами, завучами учебных заведений района.