Изучение влияния синтетических моющих средств на окружающую среду 10 Класс

Региональная научно-исследовательская конференция

школьников «Открытие»

Секция химия

Изучение влияния

синтетических моющих средств на окружающую среду

Исследовательская работа

Выполнена учеником

10 класса МОУ «Красненская СОШ им. М.И. Светличной»,

Красненского района Белгородской области

Поповым Иваном Владимировичем

Научный руководитель —

учитель химии МОУ «Красненская СОШ им. М.И. Светличной»,

Красненского района Белгородской области

Глотова Оксана Александровна

Красное, 2011

Оглавление

1. Введение……………………………………………………………………………3-4

2. Краткий обзор литературы………………………………………………………..5-7

3. Материалы и методика………………………………………………..………..…8-9

4. Результаты и обсуждение……………………………………………………..…..9-10

5. Практические рекомендации………………………………………………….…..11

6. Заключение…………………………………………………………………..…….11

7. Литература…………………………………………………………………..……..12

8. Приложение…………………………………………………………………..……13

1. Введение

Актуальность

С древнейших времён для поддержания чистоты человек использует моющие средства. Легенда гласит, что само слово soap (мыло) произошло от названия горы Сапо в древнем Риме, где совершались жертвоприношения богам. Животный жир, выделяющийся при сжигании жертвы, скапливался и смешивался с древесной золой костра. Поученная масса смывалась дождем в глинистый грунт берега реки Тибр, где жители стирали белье и, естественно, наблюдательность человека не упустила того факта, что благодаря этой смеси одежда отстирывалась гораздо легче. Поэтому долгое время изобретение мыла приписывалось именно римлянам.

Но, с возникновением в 19 в. мыловаренной промышленности, природные моющие средства быстро утратили своё хозяйственное значение.

Любое моющее средство представляет собой химический раствор сложного состава, следовательно, является химическим загрязнителем, способным вызывать острые отравления, хронические болезни, а также оказывать канцерогенное и мутагенное действие. Основу синтетического моющего средства составляют поверхностно-активные вещества – различные соли сульфокислот или эфиры полиэтиленгликолей, также различные вспомогательные вещества, улучшающие моющую способность, ферменты для удаления пятен и ароматизаторы.

Они являются одним из главных факторов, оказывающих негативное воздействие на природную среду.

Развивающаяся быстрыми темпами химическая промышленность и индустрия синтетических моющих средств обеспечили широкий выбор данной продукции. По нашему мнению, это неизбежно должно было отразиться на экологическом состоянии окружающей среды.

Для того чтобы проверить высказанные предположения мы провели исследование.

Цель: выявить зависимость влияния на водные растения различной концентрации синтетических моющих средств.

Объект исследования: водоросль Элодея

Предмет исследования: синтетические моющие средства.

Задачи:

1.Определить влияние различных видов СМС на водоросль элодею.

2. Изучить влияние на растения различной концентрации СМС.

3. Познакомиться с методом очистки воды.

Гипотеза.

Если небольшая концентрация синтетических моющих средств нарушает жизнедеятельность водоросли элодея, и это зависит от вида СМС, то синтетические моющие средства влияют на окружающую среду.

2. Краткий обзор литературы

Производство мыла имеет давнюю историю, а вот первое синтетическое моющее средство появилось только в 1916 году. Изобретение немецкого химика Фрица Понтера предназначалось для промышленного использования, бытовые синтетические моющие средства, менее безвредные для рук, стали выпускать в 1935 году. С тех пор был разработан целый ряд синтетических моющих средств (CMC) узкого назначения, а их производство стало важной отраслью химической промышленности.

Моющими средствами называются натуральные и синтетические вещества с очищающим действием, в особенности мыло и стиральные порошки, применяемые в быту, промышленности и сфере обслуживания [1, с.20].

Синтетические моющие средства представляют собой составы на основе синтетических моющих веществ. Обычно они содержат 10—40% синтетических моющих веществ и добавки, повышающие моющую способность средства, обеспечивающие их выпуск с учетом свойств отстирываемых материалов. Анализ изученной литературы позволил разделить моющие средства по:

· назначению, консистенции;

· видам моющего вещества;

· содержанию моющего вещества.

По консистенции различают моющие средства твердые (кусковые, гранулированные, порошковые), мазеобразные (пасты) и жидкие.

Наиболее широкое применение нашли порошковые средства. Удобны моющие средства в виде гранул и паст. Жидкие средства легко растворяются, хорошо дозируются. Они эффективны для стирки текстильных изделий и мытья посуды, автомашин, стекла и т. д.

В зависимости от вида моющего вещества моющие средства разделяют на мыла и синтетические моющие средства. Содержание моющего вещества в средстве колеблется от 5 до 85%. Большинство моющих средств хозяйственного назначения содержат 10—75% моющего вещества.

По содержанию моющего вещества (натриевых или калиевых солей жирных, смоляных и нафтеновых кислот) мыло делят на сорта.

Твердое кусковое хозяйственное мыло бывает 60, 66, 70 и 72%-ное, жидкое—40%-ное (1-й сорт) и 60%-ное (высший сорт).

Порошковые мыла представляют собой измельченное и высушенное мыло (68—82%) или составы, содержащие 10—25% жирных кислот в смеси со щелочными солями/

По назначению моющие средства делят на хозяйственные, туалетные, специальные (медицинские, технические и др.). Хозяйственные в свою очередь делятся на: [6]

* средства для стирки изделий из хлопковых и льняных волокон содержат 20—40% моющего вещества (обычно сульфонола)—до 55% щелочных солей (триполифосфата, соды кальцинированной, силиката натрия), 10—15% сульфата натрия, небольшое количество душистых веществ (отдушки), отбеливающих веществ и карбоксиметилцеллюлозы. Эти средства образуют сильнощелочныё моющие растворы (рН 10—11).

* Средства для стирки изделий из шерстяных и шелковых волокон содержат 35% алкилсульфата, до 55% нейтральных солей (сульфата натрия), небольшое количество щелочных электролитов, отбеливатели, отдушку. В моющем растворе эти средства создают среду, близкую к нейтральной (рН 7,3—8,5).

* Средства для стирки изделий из синтетических волокон также образуют среду, близкую к нейтральной. По составу они напоминают средства, предназначенные для стирки шерстяных и шелковых тканей, но содержат повышенное количество карбоксиметилцеллюлозы и электролитов.

* Средства для стирки изделий из шерсти, шелка и синтетических волокон обычно не содержат активных щелочей типа карбонатов и силикатов натрия.

* Универсальные средства рекомендуют для стирки изделий из растительных, животных и химических волокон. Эти средства не содержат сильнощелочных солей (соды кальцинированной), в результате чего моющий раствор имеет умеренно щелочную реакцию (рН 8—9,5). Универсальные средства бывают без отбеливателя (обычного типа) и с перекисным отбеливателем.

* Средства для мытья посуды, раковин, ванн и других предметов домашнего обихода представляют собой составы, которые должны хорошо смачивать поверхности, обладать высокой эмульгирующей, растворяющей и пенообразующей способностью. Эти средства обычно взаимодействуют с загрязнениями на очищаемой поверхности. В состав средств входят моющие вещества (синтетические и мыла), органические растворители, щелочные и другие химические соединения.

* Средства для мытья стекол (оконных, зеркал, хрусталя) содержат дополнительно восстановитель блеска (красители типа метилен голубой и др.).

* Средства для мытья (очистки) ковров, обивки мебели, искусственного меха, кожи содержат компоненты, способствующие образованию обильной пены, которая обволакивает и размягчает загрязнение, при удалении пены удаляется и загрязнение, а изделие не успевает промокнуть. Средства для мытья посуды, ванн и раковин могут содержать также антисептики, обладающие бактерицидными свойствами.

СМС, попадая в окружающую среду (водоемы), изменяют её кислотно-щелочной баланс. Водные организмы приспособлены к определенной величине рН. Когда значение рН снижается до 4,5 – 5,0 может исчезнуть значительное количество водных организмов, составляющих основу пищевой цепи. Это, в свою очередь, сказывается на птицах, рыбах, пресмыкающихся и млекопитающих, которым погибшие виды служат источником питания. При величине рН более 9,0 вода тоже становится непригодной для большинства водных организмов. Особенно чувствительны к изменению кислотности икра и мальки рыб.

Уменьшение величины рН может также способствовать переходу в воду ионов металлов, содержащихся в донных отложениях, которые в обычных условиях осаждаются на дно с частицами взвеси и погребаются в толще донных отложений.

В последнее время в пробах природной воды все чаще обнаруживаются фосфаты. Виновник – человек. Мы используем стиральные порошки, которые содержат фосфаты, добавляемые для снижения жесткости воды при стирке.

3. Материалы и методика

Для исследования влияния синтетических моющих средств на зеленые водные растения была использована методика из практикума «Методические рекомендации по проведению экологического практикума» авторы Пуган Н.А., Евстигнеев В.Е.., М. 2006 год. [4]

Для исследования необходимо приготовить 5% и 10% -ой концентрации растворы мыла хозяйственного, средства для мытья посуды «FAIRY» и стирального порошка «Ariel».

Методика приготовления растворов мыла хозяйственного,

стирального порошка «Ariel» и раствора средства для мытья посуды

«FAIRY» различной концентрации

(из расчета на 100г р-ра)

На лабораторных весах отмеряем 5 г мыла или стирального порошка «Ariel» или раствора средства для мытья посуды «FAIRY», мыло измельчаем и помещаем в стакан, доливаем 95 мл воды (отмеренную мерным цилиндром). Тщательно перемешиваем до полного растворения. Получаем 5%-ный раствор.

Для получения 10 — ного раствора отмеряем на весах 10г мыла, стирального порошка «Ariel» или раствора средства для мытья посуды «FAIRY» и доливаем соответственно 90 мл воды. Получаем растворы нужной концентрации.

Потом проводились исследования:

1. Поместить по веточке элодеи в стакан с чистой водой и в стакан с раствором разных видов СМС и разной концентрации. Каждый опыт по три повторности.

2. Через 20 минут описать изменения веточек: цвет, форму, состояние листьев.

3. Приготовить микропрепарат листа элодеи: из сосуда с чистой водой и из сосуда с раствором СМС.

4. Поочередно рассмотреть микропрепараты под микроскопом и сравнить состояние растительных клеток.

Очистка воды от СМС

1. Налить в пробирку раствор СМС до метки 5 мл.

2. Определить pH раствора с помощью индикаторной бумаги опустив один конец полоски в раствор.

3. Добавить в пробирку с СМС сухую соль – хлорида натрия примерно

1-2 г.

4. Нагреть содержимое пробирки и описать наблюдения.

5. Отфильтровать содержимое пробирки.

6. Определить с помощью индикаторной бумаги среду раствора.

3. Результаты

На основании методики мы провели опыты с водорослью элодея и тремя видами СМС. [4]

Приготовили 5%-ные растворы СМС. Из каждой колбы отлили растворы в химические стаканы и опустили туда по одной веточке элодеи. В контрольном стакане была налита чистая вода и в эту жидкость опустили веточку водоросли.

Измерение среды раствора показало, что (Таблица 1)

Чистая вода – нейтральная среда рН=7

Мыло – слабощелочная рН=8

«Ariel» — щелочная рН=9

«FAIRY» — слабокислую рН=5.

Через 20 минут описали изменения веточек: цвет, форму, состояние листьев.

(Таблица 2)

Чистая вода – водоросль не изменилась

Мыло – элодея стала вялая

«Ariel» — слегка потемнели листья, скрутились, стали мягкие.

«FAIRY» — листья стали вялые.

Приготовленные микропрепараты листа элодеи: из сосуда с чистой водой и из сосуда с раствором СМС показали следующие результаты: (Таблица 3)

Все клетки из СМС потеряли прозрачность.

Чистая вода – клетки имеют форму прямоугольников, без повреждений.

Мыло – клетки стали овальные, некоторые потемнели.

«Ariel» — клетки разрушились, появились большие черные пятна.

«FAIRY» — некоторые клетки разрушились и появились небольшие черные пятна.

Те же опыты провели с 10- %-ым раствором СМС. Для получения раствора отмеряем на весах 10г мыла, стирального порошка «Ariel» или раствора средства для мытья посуды «FAIRY» и доливаем соответственно 90 мл воды. Получаем растворы нужной концентрации.

Измерение среды раствора показало, что (Таблица 1.)

Чистая вода – нейтральная среда рН=7

Мыло – слабощелочная рН=8

«Ariel» — щелочная рН=10

«FAIRY» — слабокислую рН=4.

Через 20 минут описали изменения веточек: цвет, форму, состояние листьев

(Таблица 4)

Чистая вода – водоросль не изменилась

Мыло – элодея стала вялая, скользкая на ощупь

«Ariel» — на листьях и стеблях появились черные пятна, водоросль стала мягкая.

«FAIRY» — листья стали вялые и непрочные.

Приготовленные микропрепараты листа элодеи: из сосуда с чистой водой и из сосуда с раствором СМС показали следующие результаты:

Чистая вода – клетки имеют форму прямоугольников, без повреждений.

Мыло – клетки стали овальные, некоторые еще потемнели.

«Ariel» — клетки разрушились, почти весь лист почернел.

«FAIRY» — некоторые клетки разрушились и появились черные пятна.

Каждый опыт по три повторности.

В третьем опыте мы решили проверить, а можно ли очистить воду от СМС.

Для этого налили в пробирку раствор порошка до метки 5 мл. Определили pH раствора с помощью индикаторной бумаги рН = 9.

Добавили в пробирку с СМС сухую соль – хлорида натрия примерно 1-2 г. И нагрели. Во время нагревания в растворе появились хлопья белого цвета. Отфильтровали полученный хлопьевидный осадок от фильтрата. И определили с помощью индикаторной бумаги, что среда раствора уменьшилась до рН=7,5.

3. Практические рекомендации

В ходе исследовательской работы было установлено, что растворы СМС негативно действуют на экосистему водоемов: способствуют гибели живых организмов, изменяют рН воды.

Недостатком большинства CMC является их трудная биоусвояемость в сточных водах микроорганизмами, так как они фактически для них это яды. Поэтому сточные воды, содержащие синтетические моющие средства, сильно загрязняют водоемы (реки, озера). Попадание ПАВ в водоемы неблагоприятно влияет на органолептические (цвет, запах, вкус) и бактериологические показатели воды. Таким образом, недопустимо сбрасывать в водоемы сточные воды крупных прачечных без предварительной очистки.

3. Заключение

В ходе проведения работы мы доказали, что чем лучше у СМС выражены моющие способности, тем более негативно они действует на окружающую среду. Меньше влияет на растение хозяйственное мыло, в большей степени моющее средство «FAIRY», и самое большое воздействие оказывает порошок «Ariel». 5 %-ая концентрация порошка «Ariel» разрушает клетки водоросли. Мыло и порошок изменяют среду воды, она становится щелочной, а «FAIRY» делает среду раствора кислой.

Изучив метод очистки воды от порошка мы доказали, что хлорид натрия способствует очистки воды. Он вступает в реакцию с СМС и выпадает в осадок. Величина рН до реакции была 9, а после реакции стала рН=7,5.

Полученные результаты, доказывают отрицательную роль СМС на живую природу, а бытовые стоки, содержащие СМС будут изменять химический состав водоемов.

3. Литература

1. Алексеев С. В., Груздева Н. В., Муравьева А. Г., Гущина Э. В. Практикум по

экологии: Учебное пособие/ под ред. С.В. Алексеева. — М.:АО МДС, 1996.- 192с.

2. Боднарук М.М., Ковылина Н.В. Биология. Дополнительные материалы к урокам и внеклассным мероприятиям по биологии и экологии в 10-11 классах – Волгоград: Учитель, 2007.

4. Пуган Н.А., Евстигнеев В.Е. Методические рекомендации по проведению экологического практикума. – М.: ФГУП «Центр МНТП», 2006

5. Тяглова, Е.В. Исследовательская деятельность учащихся по химии: метод. Пособие / Е.В. Тяглова. – 2-е изд. – М.: Глобус, 2007. – 224 с. –(Уроки мастерства).

6. Сайты Интернет

8. Приложение.

Среда растворов СМС разной концентрации

Таблица 1.

СМС

Описали изменения веточек: цвет, форму, состояние листьев водоросли элодеи в 5 %-ых растворах синтетических моющих средств

Таблица 2.

СМС

Микропрепараты листьев водоросли элодеи в 5 %-ых растворах синтетических моющих средств

Таблица 3.

СМС

Микропрепарат клеток элодеи в чистой воде

Микропрепарат клеток элодеи в 5 %-ом растворе мыла

Микропрепарат клеток элодеи в 5 %-ом растворе «FAIRY»

Микропрепарат клеток элодеи в 5 %-ом растворе «Ariel»

Описали изменения веточек: цвет, форму, состояние листьев водоросли элодеи в 10 %-ых растворах синтетических моющих средств

Таблица 4.

СМС

Микропрепараты листьев водоросли элодеи в 10 %-ых растворах синтетических моющих средств

Таблица 5.

СМС

Микропрепарат клеток элодеи в чистой воде

Микропрепарат клеток элодеи в 10 %-ом растворе мыла

Микропрепарат клеток элодеи в 10 %-ом растворе «FAIRY»

Микропрепарат клеток элодеи в 10 %-ом растворе «Ariel»