Муниципальное бюджетное образовательное учреждение Тогучинского района Тогучинская СОШ №4
Исследовательская работа по химии на тему:
Влияние продуктов коррозии железа на растения.
Выполнила: ученица 10 класса
Озерова Анастасия
Руководитель: Кисленко С.А.
Тогучин
2012 г
Содержание:
Введение________________________________________
Теоретическая часть_______________________________
Понятие коррозии______________________________
Влияние соединений железа на живые организмы.____
Описание растения, взятого для эксперимента_______
Экспериментальная часть___________________________
Выводы по практической части работы________________
Заключение______________________________________
Список литературы________________________________
Введение:
Свалки являются признаком несоответствия экологическим стандартам жизнедеятельности городов и других населенных территорий, поскольку в настоящее время промышленность и жилые массивы производят большое количество отходов, которые невозможно бесследно переработать по причинам технологического и экономического характера.
Несанкционированные или плохо оборудованные свалки представляют собой угрозу для окружающей среды. Отравляющие вещества со свалок могут проникать в грунтовые воды, а также естественным водотоком загрязнять реки и другие водоёмы.
Стихийные свалки металлических отходов давно уже стали бичом крупных городов России. Они загрязняют почву, имеют неэстетичный вид и потенциально травмоопасны, ведь куча металла рано или поздно может обрушиться на прохожих. Кроме этого под действием окружающей среды происходит разрушение металлов с образованием различных соединений.
Соединения металлов оказывает большое влияние на почву, растения и на человека в том числе. Важное место при разработке мероприятий по охране природной среды от загрязнения техногенными выбросами занимает изучение поглощения металлов растениями.
Проблема поступления металлов в растения имеет 2 практических аспекта:
во-первых, растения являются промежуточным резервуаром, через который металлы переходят из воды, воздуха и, главным образом, почвы в организмы человека и животных, в связи с чем необходима разработка методов защиты пищевых цепей от проникновения токсикантов в опасных концентрациях;
во-вторых, доказана токсичность некоторых металлов для самих растений – как для низших, так и для высших, что ставит ряд вопросов о реакции растений на избыток металлов в среде.
Объектом нашего исследования является железо. В обычной атмосфере железо неустойчиво: даже в относительно чистом воздухе сельской местности оно покрывается ржавчиной. Гораздо хуже обстоит дело если свалки железа находятся рядом с водоемами, так как влага является одним из факторов увеличения скорости коррозии.
Цель нашей работы выяснить какие процессы происходят с железным ломом после того как он попадает на свалку и как это влияет на растительность.
Исходя из цели, мы поставили перед собой следующие задачи:
Изучить литературу по данному вопросу.
Выяснить от чего зависит скорость коррозии железа.
Установить влияние продуктов коррозии железа на водную растительность.
I. Теоретическая часть.
Понятие коррозии.
«Ржа есть железо» - гласит русская народная поговорка.
Слово коррозия происходит от латинского «corrodere», что означает разъедать. Таким образом, коррозией называют самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды. Несмотря на широкое внедрение в нашу сегодняшнюю жизнь полимерных материалов, стекла, керамики, основным конструкционным материалом продолжает оставаться железо и сплавы на его основе. С изделиями из железа мы на каждом шагу встречаемся в быту и знаем, как много хлопот доставляют его ржавление и сама ржавчина. Ржавлением называют только коррозию железа и его сплавов. Другие металлы коррозируют, но не ржавеют. В повседневной жизни человек чаще всего сталкивается с коррозией железа. Строгие расчеты показывают, что большинство металлов имеет склонность к коррозии. Поэтому удивительно не то, что металлы коррозируют, а то, что изделия из них могут существовать длительное время. Скорость, с которой протекает коррозия, не поддается теоретическому вычислению. Как правило, она определяется опытным путем. Скорость, прежде всего, зависит от характера образующихся продуктов коррозии и прочности их сцепления с металлом. Гидратированный оксид железа Fе2O3•H2О и является тем, что люди называют ржавчиной. Это рыхлый порошок светло-коричневого цвета. Многие металлы при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с металлами оксидной пленкой, которая не позволяет кислороду воздуха и воде проникнуть в более глубокие слои и потому предохраняет металл от дальнейшего окисления. Например, алюминий – очень активный металл, однако его поверхность покрывается плотной пленкой оксида Al2O3, которая защищает металл от воздействия воды и кислорода. Проблема защиты металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими металлами и прежде всего легкоплавким оловом (лужением). В трудах древнегреческого историка Геродота (V в. до н.э.) уже имеется упоминание о применении олова для защиты железа от коррозии. Установлено, что коррозии железа способствует наличие в нем серы. Современных людей поражает устойчивость к коррозии некоторых античных предметов, изготовленных из железа. Одной из причин этого является низкое содержание в нем серы. Обычно в железо она попадает из каменного угля при доменной выплавке из руд. Продукты коррозии железа имеют различный состав, зависящий от условий в которых протекает коррозия. Часто образуются такие соединения как гидроксид железа(II), гидроксид железа (III), смесь оксидов двух и трехвалентного железа.
Влияние соединений железа на живые организмы.
Коррозия железа и других металлов также вызывают серьёзные экологические последствия. Утечка опасных веществ из разрушенных коррозией трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды, что отрицательно воздействует на здоровье и жизни людей.
Рассмотрим влияние железа на воду, растения и человека.
Железо, как микроэлемент участвует в процессах кроветворения, в создании гемоглобина, без него ткани мозга и желез внутренней секреции, как и всего тела, не могут быть обеспечены кислородом. Железо необходимо не только для создания кровяных телец и работы мышц, но и для создания многих металлоферментов, приводящих в действие разнообразные жизненные процессы, особенно в тканях мозга — этой самой высокоорганизованной формы живой материи. Дефицит железа в организме встречается довольно часто. У человека в результате этого развиваются болезни крови, появляются упадок сил, общее ухудшение самочувствия, неестественная бледность кожи.
Все знают о том, что "низкий уровень железа - это плохо". И только в последнее время заговорили, что и в повышенном содержании этого элемента нет ничего хорошего. Ведь помимо переноса кислорода железо регулирует работу иммунной системы, принимает участие в работе щитовидной железы, способствует выведению токсинов из организма, участвует в процессах регенерации, улучшает состояние кожи, структуру волос и ногтей... Словом, большинство процессов в наших клетках протекает с участием железа. Но при его избытке происходят реакции, похожие на образование ржавчины: молекулы железа окисляются и повреждают живые ткани.
Повышенное содержание железа в воде придает ей буроватую окраску, неприятный металлический привкус, вызывает зарастание водопроводных сетей и водоразборной арматуры, является причиной брака в текстильной, пищевой, бумажной химической и др. отраслях промышленности. Избыток железа в питьевой воде вреден для здоровья человека. При продолжительном введении в организм железа, оно накапливается в печени в коллоидной форме оксида железа, получившей название гемосидерина, который вредно действует на клетки печени, вызывая их разрушение. Поэтому воду с повышенным содержанием железа необходимо обезжелезивать.
Железо в растениях содержится в незначительных количествах. Физиологическая роль железа заключается в том, что оно входит в состав ферментов, а также участвует в синтезе хлорофилла, в дыхании и в обмене веществ. При недостатке железа в листьях растений нарушается образование хлорофилла, в результате чего развивается хлороз листьев, который проявляется в первую очередь на молодых верхних листьях и побегах (листья теряют зеленую окраску, бледнеют и преждевременно опадают). Избыток железа случается довольно редко, при этом прекращается рост корневой системы и всего растения. Листья при этом принимают более темный оттенок. Если же в силу каких-либо причин избыток железа оказался очень сильным, то листья начинают отмирать и осыпаться без всяких видимых изменений.
Описание и условия обитания растения, взятого для эксперимента.
Валлиснерии — настоящие водные растения (гидрофиты), приспособленные к жизни в реках или озёрах. Это растения с длинным тонким ползущим корневищем. Растение распространено в пресноводных водоёмах тропиков и субтропиков Западного и Восточного полушарий, некоторые виды продвинулись в зону умеренного климата. В России (на Нижнем Дону и Нижней Волге, в Предкавказье и на Дальнем Востоке) произрастает один вид — Валлиснерия спиральная (Vallisneria spiralis L.).
Валлиснерии считаются неприхотливыми в содержании, выдерживающие довольно значительные колебания температуры, не предъявляют особых требований к химическому составу воды, хорошо растут как при естественном, так и искусственном освещении. Однако растение погибает от присутствия в воде окиси железа (ржавчины)
Экспериментальная часть
Эксперимент 1
Для начала мы определили, в какой воде (морской, речной, водопроводной) железо корродирует сильнее. Для этого мы готовим раствор солей близкий по составу к морской воде (в 97 мл воды растворяем 2,4г хлорида натрия, 0,25г хлорида магния, 0,2г сульфата магния, 0,04г хлорида калия). Наливаем в одну колбу указанный раствор и кладем в него железный гвоздь, во вторую колбу наливаем речную воду, кладем гвоздь, в третью колбу наливаем водопроводную воду и тоже кладем гвоздь. Три колбы оставляем до следующего дня. На следующий день отмечаем, что в морской воде железо коррозирует сильнее всего, а слабее в водопроводной.
|
| Морская вода | Речная вода | Водопроводная вода |
| Степень коррозии желез | +++ | ++ | + |
+++ - сильная коррозия
++ - средняя коррозия
+ - слабая коррозия
Эксперимент 2
Оборудование: колбы – 6 шт., пробирки, штативы, пипетки, водоросль валлиснерия.
Реактивы: роданид калия, гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль), универсальная индикаторная бумага.
В шесть колб наливаем воду из аквариума и помещаем водоросли.
В ходе эксперимента систематически проверяем колбы с водорослями на: цвет, запах, pH, наличие ионов трех- и двухвалентного железа
Первый день эксперимента
Взяв шесть колбочек с водорослями, мы видим, что цвет во всех прозрачный. Запах в колбах слегка болотный. Следующее, что мы делаем – проверяем воду на pH. Опускаем индикаторные бумажки в пробы с водой, цвет не изменяется, это дает нам понять, что среда нейтральная. Далее мы в две пробирки наливаем FeCl3 (хлорид железа), затем в одну из них добавляемK3(Fe(CN)6) (красную кровяную соль), а в другую роданид калия KCNS. В первой пробирки цвет стал синий, а во второй красный (качественные реакции на ионы железа) Затем берем двенадцать пробирок с пробами воды, в первые шесть добавляем K3(Fe(CN)6), а в другие KCNS. Мы видим, что реакции на ионы железа отрицательные.
|
| 1 колба | 2 колба | 3 колба | 4 колба | 5 колба | 6 колба |
| цвет | прозрачный | Прозрачный | прозрачный | прозрачный | прозрачный | прозрачный |
| запах | болотный | болотный | болотный | болотный | болотный | болотный |
| pH | нейтральная | нейтральная | нейтральная | нейтральная | нейтральная | нейтральная |
| Наличие ионов железа | ____ | ____ | ____ | ____ | ____ | ____ |
В чистом виде железо используется редко, поэтому в эксперименте используем комбинации железа с различными металлами. Это позволит нам на практике увидеть каким образом контакт с другим металлом влияет на степень и скорость коррозии железа.
После того как провели исследование качества воды в колбах помещаем во вторую – железный гвоздь, в третью – железный гвоздь, соединенный с цинком, в четвертую – железный гвоздь со свинцом, в пятую – железный гвоздь с медью, в шестую – железный гвоздь с оловом. В первую колбу ничего не помещаем (она контрольная). Оставляем колбы на несколько дней.
Третий день эксперимента
В первой колбе ничего не изменилось
Во второй колбе образовалась ржавчина.
В третьей колбе изменений нет.
В четвертой образовался налет ржавчины и слизь на водоросли.
В пятой колбе образовался налет ржавчины на гвозде.
В шестой колбе также образовался налет и ржавчина.
|
| 1 колба | 2 колба | 3 колба | 4 колба | 5 колба | 6 колба |
| цвет | прозрачный | прозрачный, но с осадком | прозрачный | прозрачный, но с осадком | прозрачный, но с осадком | Прозрачный, но с осадком |
| запах | болотный | болотный | болотный | болотный | болотный | болотный |
| pH | нейтральная | Слабокислая | слабощелочная | слабокислая | слабокислая | слабокислая |
| Наличие ионов железа | ____ | ____ | ____ | ____ | ____ | ____ |
Пятый день эксперимента
В первой и третьей колбах изменений нет. В остальных развивается ржавчина на гвозде, реакция на ионы железа отрицательная. В четвертой колбе водоросль почти погибла.
|
| 1 колба | 2 колба | 3 колба | 4 колба | 5 колба | 6 колба |
| цвет | прозрачный | желтый | прозрачный | желтый | оранжевый | желтый |
| запах | болотный | болотный | болотный | резкий неприятный запах | болотный | Неприятный запах |
| pH | нейтральная | слабокислая | слабощелочная | слабокислая | слабокислая | слабокислая |
| Наличие ионов железа | ____ | ____ | ____ | ____ | ____ | ____ |
Девятый день эксперимента
В четвертой и пятой колбах обнаружены ионы трехвалентного железа. В колбе номер четыре растение погибло.
|
| 1 колба | 2 колба | 3 колба | 4 колба | 5 колба | 6 колба |
| цвет | Прозрачный | Светло -коричневый | прозрачный | Светло -коричневый | коричневый | Светло-коричневый |
| запах | Болотный | болотный | болотный | резкий неприятный запах | болотный | неприятный запах |
| pH | нейтральная | слабокислая | слабощелочная | слабокислая | слабокислая | слабокислая |
| наличие ионов железа | ____ | _____ | ____ | Положительный результат на ион железа (III) | Положительный результат на ион железа (III) | ____ |
Одиннадцатый день эксперимента
В первой и во второй колбах никаких изменений. В остальных колбах водоросли погибли.
|
| 1 колба | 2 колба | 3 колба | 4 колба | 5 колба | 6 колба |
| цвет | Прозрачный | коричневый | прозрачный | коричневый | коричневый | коричневый |
| запах
| Болотный | болотный | болотный | болотный | болотный | болотный |
| pH | нейтральная | слабокислая | слабощелочная | слабокислая | слабокислая | слабокислая |
| Наличие ионов железа | ____ | _____ | ____ | Положительный результат на ион железа (III) | Положительный результат на ион железа (III) | Положительный результат на ион железа (III) |
Выводы по практической части работы.
Наиболее сильно железо коррозирует при наличии в воде солей (в морской воде).
Скорость и степень коррозии железа зависит от того в контакте с каким металлом оно находится.
Одним из способов защиты железа от коррозии является применение протектора (контакта с наиболее активным металлом). В результате нашего опыта мы убедились, что цинк является хорошим протектором.
Соединения железа, образующиеся в результате коррозии, губительно влияют на водные растения.
Т.о. мы можем рассматривать коррозию как фактор загрязнения окружающей среды.
Заключение.
Природа - не только среда, окружающая нас, но всенародное достояние и богатство, за которое каждый гражданин нашего общества в ответе.
В.А.Сухомлинский
Неблагополучная экологическая ситуация в 60-х годах прошлого века и ужесточение (в основном через экономику и законодательство) экологических требований привели к изменениям в промышленном производстве, энергетике, транспорте в направлении усиления природоохранных и средозащитных функций.
Беспечное и беспорядочное отношение к отходам производства сменилось организованным их складированием и захоронением, созданием специализированных полигонов и хранилищ. При этом мало кто задумывается о том, что и в таком виде они могут наносить ущерб окружающей среде.
Вернувшись к теме нашего исследования, добавим, что 1/3 вводимого в эксплуатацию металла подвергается коррозии. Часть его переплавляется и снова возвращается в промышленность. Но всё-таки 10% от общей массы - теряется безвозвратно. Ежегодно из-за коррозии теряется около четверти всего произведенного в мире железа. Затраты на ремонт или замену судов, автомобилей, приборов и коммуникаций, водопроводных труб во много раз превышают стоимость металла, из которого они изготовлены. И это лишь одна сторона вопроса. Более существенно то, что коррозия вызывает серьезные экологические последствия: ее продукты вызывают загрязнение окружающей среды, отрицательно воздействуют на жизнь и здоровье людей. В своей работе мы раскрыли лишь крошечную часть проблемы.
Список литературы.
О.С. Габриелян, «Химия», 9 класс
Никитин Л.П., Новиков Ю.Б. Окружающая среда и человек. М.: Высшая школа, 1980; Химия и охрана природы. Методические письма и рекомендации. Вып. 4. Курск, 1973, с. 90–97.
Будников Г.К. «Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных систем», М:1998
Материалы «Википедии»
2 758
18 621 
