Харитонова Элла Викторовна,
учитель химии ГБОУ школа №38 Приморского района,
г. Санкт-Петербурга.
Наш век характеризуется значительным усилением экологических про-блем, что вызывает необходимость формирования экологического мышления у школьников. На уроках химии открываются большие возможности для изучения вопросов глобальной экологии, для изучения негативного влияния последствий воздействия человека на природу и поиски возможных путей устранения этого негативного влияния.
Так, например, при изучении темы «Периодический закон и периодическая система элементов Д. И. Менделеева» учащиеся знакомятся с биогенными элементами, устанавливают связь между положением элемента в периодической системе и биологической ролью в организме. Они устанавливают, что химический состав организмов зависит от химического состава окружающей их среды, а количественное содержание химических элементов в живом веществе зависит от величины относительных атомных масс. Химическое загрязнение природной среды отрицательно сказывается на жизнедеятельности биологических систем. Распространение элементов в природе и концентрация их в живых организмах подчиняются определенным закономерностям:
- количественное содержание элементов в живом веществе находится в обратной пропорциональной зависимости от величины их относительных атомных масс;
- с возрастанием относительной атомной массы снижается содержание элементов в природе, уменьшается доля их участия в обмене веществ в живом организме;
- с увеличением атомного номера, относительной атомной массы и радиуса атома возрастает токсичность элементов.
Например, химический элемент кальций – это макроэлемент, участвую-щий в образовании костной ткани, регулирующий работу сердца, участвующий в процессах свертывания крови. Магний также необходимый биоэлемент, содержится в печени, костях, крови, нервной ткани и мозге. Магний входит в состав хлорофилла растений, а следовательно участвует в процессах фотосинтеза. Элемент этой же подгруппы - барий даже в неболь-ших количествах опасен для организма. Соли бария (хлорид, нитрат, сульфид) – очень ядовиты. Барий вытесняет из костей кальций и фосфор, что приводит к нарушению кальциевого обмена и тяжелому поражению костной ткани. Элемент побочной подгруппы II группы цинк – незаменимый для живых организмов микроэлемент. Он входит в состав ферментов и гормонов, например инсулина, вырабатываемого поджелудочной железой. Кроме того, цинк влияет на рост растений, на репродуктивную функцию животных и человека. В то же время содержание кадмия и ртути – элементов той же подгруппы – в живом организме минимально. Биологическая роль кадмия и ртути отрицательная. Их ионы и некоторые растворимые в воде соединения могут попадать в организм, где, взаимодействуя с рядом ферментов, подавляют их активность. Таким образом, очень малые их количества чреваты крайне тяжелыми физиологическими и неврологическими последствиями. Известно, что кадмий проявляет канцерогенные свойства. Этот элемент попадает в биосферу с минеральными удобрениями и фунгицидами, а также при сжигании мусора, содержащего изделия из пластмассы.
В IV группе главной подгруппе расположен элемент углерод, который является основой жизни любого живого организма и в этой же группе находится токсический элемент свинец, соединения которого - яды, вызывающие рак почек и желудочно-кишечного тракта, препятствуют газообмену у рыб (уплотняют слизь, покрывающую жабры).
Наличие свинца в природной среде связано с применением его в про-мышленности в технологических целях. Большие количества свинца сбрасывают с отходами в почву и воду такие производства, как добыча и переработка руд, производство стали, аккумуляторных батарей, печатных шрифтов, пигментов, нефтепродуктов, фотографических материалов, взрывчатых веществ, стекла и телевизионных трубок.
У учащихся может вызвать интерес исторический факт о вырождении династии римских военачальников. Существует гипотеза о том, что полководцев погубила свинцовая посуда и водопровод, изготовленный из свинца. Известно, что многие императоры, правившие Римом в первые столетия нашей эры, т.е. в последний период существования империи, страдали теми или иными психическими заболеваниями. Средняя продолжительность жизни римских патрициев не превышала 25 лет. Люди низших сословий в меньшей степени подвергались свинцовому отравлению, поскольку они не имели дорогой посуды и не употребляли косметических средств. Но и они пользовались знаменитым водопроводом, "сработанным еще рабами Рима", а трубы его, как известно, были сделаны из свинца. Все растворимые соединения этого элемента ядовиты. Установлено, что вода, которая питала Древний Рим, была богата углекислым газом. Реагируя со свинцом, он образует хорошо растворимый в воде кислый углекислый свинец. Поступающий даже в малых порциях в организм свинец задерживается в нем и постепенно замещает кальций, который входит в со-став костей. Это приводит к хроническим заболеваниям. Значительные дозы этого металла попадали в их организм вместе с пищей и водой, и там накапливались. Хроническое свинцовое отравление сказывалось, прежде всего, на угнетении функций центральной нервной системы, ослабевала воля, снижалась быстрота реакции, утрачивалась способность принимать верные решения и т.п.
Элементы-аналоги могут вытеснять друг друга в живых организмах, оказывая тем самым влияние на структуру макромолекул, их биохимическую активность. В качестве примера можно рассмотреть галогены. Избыток фтора в окружающей среде препятствует поступлению йода в организм человека. В связи с этим возникают заболевания щитовидной железы, эндокринной системы в целом. Также, замена натрия или калия в организмах животных и человека на литий вызывает расстройства нервной системы, так как в этом случае изменяется разность потенциалов на клеточных мембранах, и клетки не проводят нервный импульс. Подобные нарушения приводят к шизофрении.
Вопросы экологии поднимаются при изучении многих тем органической химии. Изучение курса следует начать с выявления взаимосвязи между строением и свойствами веществ, на примере проявления веществом свойства токсичности. Биологическая активность химических веществ в значительной степени зависит от химической структуры молекулы. По правилу Ричардсона в гомологическом ряду сила токсического действия возрастает с увеличением числа атомов углерода в молекуле. Так, например, токсическое действие усиливается от пентана (С5Н12) к октану (С8Н18), от этилового спирта (С2Н5ОН) к аллиловому (С4Н9СН2ОН).
Разветвление углеродных цепей ослабляет токсическое действие, так, нормальный пропиловый и бутиловый спирты - более токсичны, чем изопропиловый и изобутиловый, пропилбензол сильнее изопропилбензола, октан - изооктана.
Замыкание цепи углеродных атомов усиливает токсическое действие ве-щества: пары циклопентана и циклогексана действуют сильнее, чем соответ-ствующие метановые соединения.
Введение в молекулу гидроксильной группы (ОН) приводит, как правило, к ослаблению токсичности веществ. Спирты, например, менее токсичны по сравнению с соответствующими углеводородами. Резко возрастает токсическое действие при введении атомов хлора в молекулы гомологического ряда углеводородов. Например, от метана (СН4) к хло-ристому метилу (СН3Cl), хлористому метилену (СН2Cl2), хлороформу (СНCl3). Исключение представляет четыреххлористый углерод (СCl4), который обладает меньшим токсическим действием, чем хлороформ.
Наличие кратных связей увеличивает химическую активность органических соединений, что в свою очередь не только обусловливает усиление токсического эффекта, но и может изменить характер воздействия вещества. Воздействие токсического вещества также зависит от его концентрации, летучести и растворимости. Знание перечисленных закономерностей поможет учащимся понять воздействие органических соединений на живые объекты природы.
При изучении темы «Углеводороды» следует рассмотреть вопрос о за-грязнении окружающей среды нефтью и продуктами ее сгорания. Сырая нефть и продукты ее переработки нередко оказываются загрязнителями окружающей среды. Разлитая в результате аварий нефть отрицательно влияет на живые организмы. Следует обратить внимание на то, почему нельзя мыть автомобили вблизи водоемов. В теме «Полимеры» следует обратить внимание на такую важную проблему как производство и применение биологически разлагаемых пластиков на основе синтетических полимеров. Биологически разлагаемые полимеры представляют собой смесь широко используемых синтетических полимеров и природных полимеров, таких как крахмал, целлюлоза, лигнин, хитин. Известно, что отработавшие свой срок службы изделия из пластических масс чаще всего подвергаются утилизации захоронением в почву. При этом такие полимеры как полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и другие могут находиться в почве, не разлагаясь в течение очень длительного времени - до десятков и сотен лет. Разложение полиэтилена в течение 10 лет происходит только на 1 %. Использование же в разумных пределах природных полимеров для получения биологически разлагаемых композиций приводит к разложению отработавшего свой срок полимера под действием микроорганизмов почвы, влаги и света в течение короткого периода - от двух недель до нескольких месяцев.
Экологическое воспитание осуществляется не только на занятиях, но и во внеурочное время. Учителями и учащимися школы № 38 г. Санкт - Петер-бурга совместно со студентами факультета биоэкологии СПбГАВМ в апреле 2011 года была проведена экологическая конференция: «Сохраним мир вокруг нас». На этой конференции были заслушаны доклады: «Мусорный шанс», «Пути решения экологических проблем», «Планета бушует», «Проблема загрязнения воздуха городским транспортом», «Проблемы очистки питьевой воды», «Влияние загрязнений воздуха на поведение животных» и др. Конференция показала, что и школьникам и студентам небезразлична тема охраны окружающей среды.
Литература
1. Грушко Я.М. Вредные органические соединения в промышленных сточных водах. Л., «Химия», 1982.
2. Муравьева С.И., Казнина Н.И., Прохорова Е.К. Справочник по контролю вредных веществ в воздухе. М., «Химия», 1988, 320.
3. Небел Б. Наука об окружающей среде. Т.1. М., «Мир», 1993.
4. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. М.., «Химия», 1989.
5. Шапошникова И.А., Болгова И.В. Таблица Менделеева в живых организмах. М. «Бином», 2010.
