Важкі метали, їх вплив на живі організми та екологічна небезпека

Тема: Важкі метали, їх вплив на живі організми та екологічна небезпека

Мета: систематизувати знання учнів про метали; розповісти про вплив на організм людини різних металів та їх поширення в приро­ді; закріпити знання про будову атомів металів, їхні фізичні та хі­мічні властивості, загальні спо­соби їх добування; формувати ці­лісне уявлення про живу й нежи­ву природу; поглибити інтерес до вивчення природничих наук; ви­ховувати бережливе ставлення до вичерпних природних ресурсів.

Тип заняття: засвоєння нових знань, урок-проект.

Міжпредметні зв’язки: біологія, гео­графія, історія, медицина.

Хід заняття

І. Організаційний етап

Формування робочого настрою.

ІІ. Актуалізація опорних знань

«Мозкова атака»

Дати відповіді на запитання.

  1. Скільки елементів металів міс­тить періодична система? (88)
  2. Де розташовані типові метали? (І—ІII групи)
  3. Скільки електронів на зовнішньо­му енергетичному рівні міститься у металів? (Один-три електрони)
    4.

Який хімічний зв’язок характер­ний для металів? (Металічний)

5. Назвіть основні фізичні власти­вості металів.

6. Який метал перебуває в рідкому агрегатному стані? (Ртуть)

7. Який метал найкраще проводить електричний струм? (Срібло)

8. Як змінюються металічні власти­вості в періодах і групах? (У періо­дах ослаблюються зліва направо, вниз у групах посилюються)

9. Які властивості виявляють мета­ли? (Відновні)

10.Хто склав витискувальний ряд металів? (Бекетов)

11.Які метали взаємодіють з кисло­тами? (Ті, що у витискувальному ряді стоять до водню)

12.Чи взаємодіють метали із соля­ми? (Взаємодіють, якщо метал, що вступає в реакцію, активніший за метал у складі солі)

Здійснити перетворення:

Ва → ВаО → ВаСl2 → Ва(ОН)2 → ВаSО4

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

У давнину і в середні віки вважали, що існує лише сім металів: золото, срібло, мідь, олово, свинець, залізо, ртуть. Вони мали своєрідні позна­чення й відповідали небесним сві­тилам, планетам:

 


        

 

Золото        Срібло      Ртуть           Мідь          Залізо        Олово         Свинець

Сонце       Місяць     Меркурій      Венера       Марс       Юпітер         Сатурн

 

У 1789 році до списку простих речо­вин було включено всі відомі на той час сімнадцять металів: Sb, Аg, Аs, Ві, Со, Сu, Sn, Fе, Мn, Аu, Ni, Рt, Рb, W, Zn, Нg, Мо. У першій поло­вині XIX століття було відкрито пла­тинові метали, способом електролізу одержано деякі лужні, лужноземель­ні й радіоактивні метали. На початку 60-х років XIX століття було відкри­то Сs, Іn, Gа, Gе. У кінці XIX століт­тя почалися пошуки радіоактивних елементів. Методом радіоактивних перетворень, починаючи із середини XX століття, було одержано не існу­ючі в природі радіоактивні елементи.

Висока відновна здатність металів — це причина того, що в природі вони трапляються переважно у вигляді сполук. Сполуки металів — основна складова частина металічних руд. Метали супроводжують людину, вхо­дять до складу організму, приносять людині користь, а також шкоду. Яку саме?

IV.    Повідомлення теми заняття

Очікування від уроку

Сьогодні ми маємо розглянути по­ширення металів у природі, вико­ристання їх людиною, вміст металів в організмах людини, тварин, рослин, вплив металів на живі організми.

V. Вивчення нового матеріалу. Захист проектів

Проект «Метали й геологія»

Сu  Мідь трапляється у природі іноді у ви­гляді самородків помітних розмірів. Наприклад, у 1857 р. в США в райо­ні Великих Озер знайдено самородок масою 420 т. Його частини, що висту­пають, були відбиті ще кам’яними со­кирами. У Кемеровській області було знайдено самородок міді масою 7 т. Багато мінералів міді яскраво і кра­сиво забарвлені. Шматочки ковеліну виблискують усіма кольорами рай­дуги. Мідний блиск має синювато-сталевий колір. Халькопірит виблис­кує золотом. Азурит густо – синього кольору, а землистий азурит — яскраво-блакитного.

Fе  Крім метеоритного, трапляється са­мородне залізо земного походження. На початку нашого століття біля Вла­дивостока було знайдено самород­ний чавун, що містив близько 3,2 % вуглецю. Особливе самородне залізо було виявлене в місячному ґрунті. Воно не кородувало на повітрі, не реагувало з киснем. Це пояснюється тим, що поверхня металу тривалий час, за умов вакууму опромінювала­ся сонячним вітром.

Ве  Берилій — досить рідкісний і розпо­рошений метал. В одній тонні земних порід його міститься в середньому до 3,5 г. Основна маса берилію розпоро­шена в гранітних пегматитах, сієні­тах та інших породах. Але часто трап­ляються і власні берилієві мінерали, яких геологи налічують близько 30. Це, в основному, алюмосилікати та силікати Берилію. Для добування бе­рилію використовують переважно бе­рил

3ВеО∙А1203∙6SіО, — найбільш поширений мінерал, відомий людям із сивої давнини. Різновиди берилу, забарвлені домішками деяких мета­лів, — коштовні камені. Чудові зеле­ні смарагди здавна ціняться дорож­че від алмазів. Надзвичайно красиві кольору морської води аквамарин, золотаво-жовтий геліодор і рожевий морганіт… І все ж найкоштовніший серед них смарагд. Ним прикрашали себе царі й церковні владики, йому вклонялися як божеству… Стародав­ній грецький історик Геродот зазна­чає, що в скіфів у найбільшій пошані серед усіх самоцвітів були смарагди. Поряд з іншими коштовними каме­нями смарагди сяяли в гетьманській булаві Богдана Хмельницького.

Рt  Чиста платина в природі трапляєть­ся дуже рідко. Найбільший саморо­док масою 9,63 кг до наших днів не зберігся. Другий самородок масою 8,395 кг знайдено на початку нашо­го століття в басейні річки Іси (збе­рігається в колекції Алмазного фон­ду). Платина в перекладі з іспанської означає «сріблечко».

Проект «Метали та історія»

Fе  Хімічно чисте, у повному розумін­ні цього слова, залізо мало хто ба­чив. Таке залізо кується, і в моноліт­них шматках за звичайних умов не окиснюється. Неподалік міста Делі стоїть залізна колона без найменшого сліду ко­розії, хоча їй «виповнилося» майже 2800 років. Це відома Кутубська ко­лона, висотою близько семи метрів і масою 6,5 г. Напис на колоні свід­чить про те, що вона була встановле­на в IX ст. до н. є. Корозія заліза від­бувається внаслідок утворення метагідроксиду Феруму FеО(ОН) під дією вологи й кисню повітря:

4 Fе + 2Н20 + 302  =4FеО(ОН)

Проте, ця реакція протікає лише за умови наявності в залізі різноманіт­них домішок, насамперед вуглецю, силіцію та сірки. Колона виготовле­на з металу високої чистоти, вміст заліза в колоні становить 99,72 %. Саме завдяки високому вмісту заліза коло­на не піддається корозії. В арабських легендах часто згадуєть­ся про зброярів, які не змогли вико­нати замовлення еміра Бухари, який наказав виготовити з «небесного ка­меню» чудодійний меч. За це вони за­платили дорогою ціною — власним життям. Зброярі не знали, що мете­оритне залізо (містить домішки ні­келю) кується лише холодним, а під час нагрівання стає крихким.

Зброя з унікального «металу з неба» була в індійських правителів у XVII ст., у російського царя Олександра І та в латиноамериканського героя, ле­гендарного Болівара.

Рb   Деякі історики припускають, що за­ непад Римської імперії зумовлений масовим отруєнням свинцем. Відо­мо, що водопровідна система Дав­нього Риму була виготовлена зі свин­цю. Також для покращення смаку низькопробних вин до них додава­ли свинець, зберігали вино у свин­цевих чанах.         .

Sn   У 1912 році англійський дослідник Скотт очолив експедицію до недо­ступного тоді Південного полюса. Долаючи страшний холод, полярни­ки невпинно просувалися вглиб шос­того континенту. Під час перепочин­ку члени експедиції захотіли зігрітися гарячим чаєм. Та коли вони витягай свої олов’яні казанки, то побачили, що їх стінки, раніше сріблясто-білі, тепер були густо вкриті сірими пляма­ми. Варто було стиснути такий каза­нок або легенько вдарити по ньому; як він розсипався на порошок. Поляр­ники везли із собою і пальне в баках запаяних оловом. Та на тріскучому морозі металеві банки раптом «роз­клеїлись» і все пальне витекло. Екс­педиція на чолі з її сміливим провід­ником загинула від холоду в крижа­ній пустелі Антарктиди.

U   6 серпня 1945 року вранці в центрі японського міста Хіросіма з амери­канського боїнга була скинута пер­ша атомна бомба «Малятко», яка міс­тила 45 кг Урану-235. Грибоподібна, хмара білого й чорного диму підня­лася на висоту 18 км. Ударна хви­ля знищувала все на своєму шляху. З 250 тис. населення міста враз за­гинуло 89 тис. З’явилася нова масо­ва хвороба — променева хвороба. До початку 1950 року кількість людей, які загинули від променевої хворо­би, сягнула 150 тис. осіб.

Проект «Метали й медицина»

Нg В епоху Ренесансу отруєння ртуттю називати «хворобою божевільного капелюшника», оскільки нею хво­ріли майстри, які використовували препарати Меркурію у виробництві фетрових капелюхів. Метали виробничих відходів у річ­ці Агано й затоці Мінамата викли­кали в 60-х роках XX століття спалах нової хвороби, яку назвали «хворо­бою Мінамати». Жителі прибереж­них районів споживати рибу, ткани­ни якої містили ртуть. Учені встано­вили, що елементи підгрупи Цинку дуже отруйні. Особливо це стосуєть­ся металічної ртуті.

Рb Із літопису Києво-Печерської лав­ри відомо, що інок  Алімній, перший із прославлених художників, вико­ристовував свинцеві білила не лише як фарбу, а і для лікування шкірних хвороб. Свинцеві білила містять основний плюмбум карбонат     Рb(ОН)2 + 2РbС03. Як фарба свинцеві білила безпечні для людини. Використання ж їх у вигляді мазі загрожує здоров’ю людини. По­трапляючи в людський організм че­рез шкіру, свинець уражає централь­ну нервову систему, викликає зміни складу крові. Виробників свинцевих білил у XVII— XVIIІ ст. називали приреченими. Пил солей Плюмбуму, потрапляючи в ле­гені та кров’яне русло, викликав смертельне отруєння, і через один-два роки робітники помирали в жах­ливих муках.

АsУсім відоме ім’я імператора Франції Наполеона 1, який правив на початку XIX ст. Але не всім відомо, як і де він закінчив своє життя, сповнене подви­гами й невдачами. Згідно з офіційною версією, Наполеон помер від раку шлунка. Медичний висновок підпи­сав лікар Антомаркі. Через 140 років шотландські лікарі Сміт і Форшуфвуд вирішили дослідити волосся На­полеона, яке зрізали з його голови за кілька годин перед смертю.

Результати аналізу були вражаючими. У волоссі Наполеона вміст Арсену в 13 разів перевищував норму. Відомо, що Арсен, потрапляючи в людський організм у вигляді оксиду Аs203, по­ступово накопичується у волоссі. Лі­карі дійшли висновку, що імператора отруїли Арсеном, який підмішували в мікро дозах до їжі. Це речовина білого кольору без запа­ху і смаку, а симптоми отруєння схо­жі на симптоматику холери, яка лю­тувала в той час в Європі. З’ясували, що і шпалери в апартаментах імпера­тора також містили Арсен. Вони були пофарбовані в насичений зелений ко­лір фарбою, яка містила купрум діоксоарсенат Сu(Аs02)2.

Проект «Метали й біологія»

Для повноцінного живлення рослин, тварин і людей потрібно щонаймен­ше 12 елементів: С, О, Р, Н, N, S, Nа, Сl, Са, К, Mg, Fе. Крім цих основ­них елементів, живі організми по­требують у невеликих кількостях і та­ких елементів, як Бор, Рубідій, Іод, Бром, Цинк, Манган, Купрум, Ко­бальт, Уран, Молібден та ін. Ці еле­менти називають мікроелементами. Цікаво, що в людському організмі мі­кроелементи переважно накопичу­ються в певних органах та тканинах, зокрема, Нікель — у підшлунковій залозі, Кадмій — у нирках, Хром — у мозку; Цинк — у зубах, Купрум — у печінці, Аргентум і Молібден — у мозку, Марганець — у серці, Станум — у язиці, Плюмбум — у довгих кістках, Арсен — у нігтях і чоловічому волоссі, Аурум — у жіночому волос­сі, Стронцій — у хребцях, Барій — у пігментній оболонці очей.

Fе   Залізо — одна з найважливіших скла­дових організму людини і тварин. Воно входить до складу гемоглобіну й різних ферментів, які знаходяться в печінці й селезінці, що стимулюють роботу кровотворних органів. І сьо­годні, особливо після катастрофи на Чорнобильській АЕС, лікарі реко­мендують уживати препарати заліза, оскільки все в більшій кількості в на­селення виявляють зниження вмісту гемоглобіну в крові та анемію.

Ве   Коли почалося інтенсивне застосуван­ня Берилію, виявилося, що він і його сполуки небезпечні для організму лю­дини. У разі вдихання пилу, що міс­тить маленькі часточки берилію або його сполук, розвивається тяжка хво­роба — бериліоз. Відбувається подраз­нення і запалення дихальних шляхів, у легенях виникає безліч незагойних ран, часто трапляються носові крово­течі, утруднюється дихання. Потрапивши на шкіру та слизові обо­лонки, сполуки Берилію спричинюють запальні процеси. Берилій, що надхо­дить до організму разом з їжею чи во­дою, діє згубно на ферменти, а також вилучає фосфат-іони з кісток і тим са­мим їх ослаблює. Отруєння берилієм, розвивається повільно, нерідко дає про себе знати лише через кілька років (на­віть через десять) і може призвести до смерті. Ось чому берилій за його під­ступну і згубну дію на живі організми назвали «повзучою смертю».

 В Бор сприяє обміну речовин, без ньо­го неможливий нормальний ріст рос­лин, їх цвітіння і плодоношення. Не­стача бору в рослинах знижує швид­кість окиснення цукрів, гальмує синтез білків у клітинах. Без бору не можуть розвиватись і плодоносити горох, буряк, льон, конюшина, тю­тюн тощо. Якщо ж у ґрунтах зовсім немає бору, рослини гинуть.

Zn  Цинк необхідний для нормально­го росту, цвітіння та плодоношен­ня рослин. Деякі рослини накопи­чують у собі помітні кількості цин­ку, наприклад, подорожник, фіалка. Чимало цинку і в грибах. У багатьох безхребетних цинк виконує ту саму роль, що й залізо в крові хребетних. У людському організмі цинк містить­ся в статевих залозах, печінці, мозку, підшлунковій залозі. Щодоби людина потребує близько 15 мг цинку, який надходить до організму з їжею.

Сu  Купрум є своєрідним каталізатором внутрішньоклітинних процесів. У цар­стві фауни найбільшу кількість міс­тять безхребетні: восьминоги, каль­мари, устриці та деякі інші молюски. В їх крові Купрум виконує функцію Феруму — переносника кисню. Вона входить до складу блакитного пігмен­ту — гемоціаніну. Через це кров у ба­гатьох головоногих і ракоподібних не червона, а блакитна. У вищих тварин і людини Купрум накопичується пере­важно в печінці, нирках та клітинних ядрах інших тканин. Встановлено, що клітини пухлин, навпаки, містять дуже мало Купруму Нестача Купруму при­зводить до серйозних розладів в орга­нізмі — сповільнюється новоутворен­ня гемоглобіну й настає недокрів’я.

Со  Кобальт рослини вбирають із ґрунтів, де він міститься в мізерних кількос­тях. Кобальт входить до складу кро­вотворного вітаміну В12. У чистому вигляді — це рожева кристалічна ре­човина, що містить 4,5 % Кобальту. Вітамін В12  накопичується переваж­но в печінці, селезінці та кістковому мозку. У разі його відсутності розви­вається тяжке захворювання — зло­якісне недокрів’я. Коли кобатьту до організму потрап­ляє більше, ніж треба, то може стати­ся отруєння. Надлишок кобальту змі­нює забарвлення волосся — воно на­буває блакитного або синього відтінку. Був час, коли солі Кобальту додавали до пива, щоб воно довше зберігало­ся, не псувалось і недуже пінилось. Та згодом виявилося, що любителі цьо­го напою все частіше скаржилися на серцеву недостатність. Ретельні до­слідження показали, що причиною захворювання був кобальт.

Рu  З Плутонієм та його сполуками пра­цюють дуже обережно. Особливо він небезпечний, коли з повітрям, водою чи їжею потрапляє всередину орга­нізму. Там він відкладається пере­важно в кістках І опромінює альфа – частинками живі тканини, передусім кістковий мозок. Це може спричини­ти тяжке смертельне захворювання — лейкоз (білокрів’я).

Елементи-метали К, Nа, Са, Мg віді­грають життєво важливу роль у струк­турі живих організмів і в біологічних процесах, які в них відбуваються. Усі рослини і тварини містять ці елемен­ти, тому їм приділяється велика ува­га в біологічних і сільськогосподар­ських науках.

Nа, К  Біологічні рідини (плазма крові, піт і внутрішньоклітинна рідина) в ор­ганізмах тварин містять такі йони, як Nа, К, Са, Мg Сl, НСО3. Йони На­трію підтримують певний осмотичний тиск крові, є складовою частиною поту, який оберігає тіло людини і тварин від перегрівання, Йони Натрію і Калію пе­редають електричні імпульси від од­нієї клітини до інших клітин нервово­го волокна. Йони Калію нормалізують тиск крові. На них багаті бобові, кар­топля, яблука, виноград.

Са Організму дорослої людини необхід­но кожний день споживати близь­ко і г Кальцію. Приблизно 99 % цієї кількості міститься у вигляді фосфа­ту Кальцію в кістковій і зубній ткани­нах. Без Кальцію неможливе зсідання крові, скорочення м’язів і функціону­вання нервової системи. Засвоєнню Кальцію з їжі у шлунково-кишковому  тракті сприяє вітамін D нестача яко­го, особливо у дітей, може призвес­ти до такої хвороби, як рахіт. Основ­ним джерелом йонів Кальцію є мо­лочна їжа — молоко й сир.

Мg   Магній необхідний для правильного функціонування м’язів і нервової системи, бере участь у формуванні кісток, обміні вуглеводів і енергетичному об­міні. За день доросла людина повинна споживати 400 мг Магнію. Майже по­ловина цієї норми задовольняється хлі­бом і круп’яними виробами, а також зеленими листками овочів. Магній входить до складу хлорофілу у вигляді магній органічного комплексу.

U  Деякі дослідники вважають, що уран сприяє засвоєнню живим організ­мом Калію, Фосфору й Нітрогену — важливих життєвих елементів. Був проведений такий дослід. Щурів про­тягом року підгодовували мікродoзами уранових солей. Уміст урану в організмі щурів майже не змінив­ся. Ніяких негативних наслідків не спостерігалося. Проте, маса тварин збільшилася майже вдвічі, порівня­но з контрольними щурами, які не споживали солі Урану.

Сd   В одному з районів Японії вияви­ли нову хворобу, яку назвали «ітай-ітай». Хвороба протікала з деформа­цією скелета, гострими болями в по­переку, виникненням множинних переломів кісток, переломів ребер під час кашлю. Причиною захворю­вання виявилося забруднення рисо­вих полів стічними водами місцевого заводу, які містили значну кількість солей Кадмію.

Проект «Метали й технології»

Та, Nb  Ніобій і особливо тантал називають «металами хірургів». Оскільки вони добре обробляються і на них не діє жоден медикамент, з них виготовля­ють різноманітні хірургічні інстру­менти. Ніобій і тантал абсолютно не подразнюють живої тканини, не вза­ємодіють із кров’ю та клітинними со­ками й завдяки цьому чудово «прижи­ваються» в організмі. Ними скріплю­ють поламані кістки й «залатують» проламані черепи. З ніобію і танталу виробляють тонкі нитки, якими зши­вають порвані сухожилля, кровонос­ні судини і навіть… нерви.

Ті   За звичайних умов титан — хімічно пасивний метал й тому надзвичай­но стійкий проти корозії. Його добре розчиняє тільки флуороводнева кислота, а хлоридна та нітратна кис­лоти повільно діють на титан лише за нагрівання. На повітрі титан стійкий, а в разі нагрівання до 400—550 °С по­верхня металу вкривається щільною плівкою оксиду й нітриду Титану, яка міцно утримується і захищає метал від дальшого окиснення. За висо­ку корозійну стійкість титану деякі вчені називають його «вічним мета­лом». Завдяки таким якостям метал став найважливішим конструкцій­ним матеріалом. Здебільшого він за­стосовується в авіа та ракетобуду­ванні, тому його називають металом надзвукових швидкостей і міжпла­нетних подорожей.

Сu   Мідь з давніх часів застосовують у ви­готовленні монет. Найбільшою мід­ною монетою була шведська моне­та масою близько 20 кг. У петровські часи в Росії з міді виготовляли моне­ти вартістю 1,2, 5, і 10 копійок. Деякі з них були надзвичайно великі. Так, із 16 кг міді виготовляли грошових зна­ків лише приблизно на 10—15 крб.

VI. Закріплення знань

Дати відповіді на запитання.

  • Перелічіть метали, що входять до складу організму людини.
  • Який елемент входить до складу гемоглобіну?
  • Коли виникає хвороба рахіт?
  • Чи може кров мати блакитний колір?
  • Від чого сивіє волосся?
  • Коли не зсідається кров?
  • Який метал надає рослинам зеле­ного кольору?
  • Розв’язати задачу. У результа­ті взаємодії металу масою 3,4 г із хлором утворилося 13,5 г хлориду, в якому валентність металу дорів­нює II. Визначити метал. (Мg)

VІІ. Підбиття підсумків уроку

Чи досягнули ми очікуваних резуль­татів? Чи стануть вам у пригоді отри­мані на уроці знання?

VIIІ.  Домашнє завдання й оцінювання роботи учнів

Вивчити «Поширення металів у при­роді. Біологічна роль металів».

Скласти кросворд «Метали».

ЗАВАНТАЖИТИ

Для скачування файлів необхідно або Зареєструватись

Важкі метали, їх вплив на живі організми та екологічна небезпека (46.0 KiB, Завантажень: 7)

завантаження...
WordPress: 22.92MB | MySQL:26 | 0,345sec