Биотический круговорот веществ

Методические указания

 

к лабораторным работам по дисциплине «Экология»

 

Для студентов всех форм обучения

направления подготовки 051000 Профессиональное обучение (по отраслям)

профилей подготовки «Машиностроение и материалообработка», «Металлургия», «Транспорт»

 

 

 

Екатеринбург

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Экология». Екатеринбург, ФГАОУ ВПО «Рос.гос.проф.-пед. университет», 2013. 47 с.

Составители: доц., канд. хим. наук М.В. Слинкина,

доц., канд. хим. наук Г.В. Харина

 

 

 

Методические указания составлены в соответствии с рабочими программами дисциплины «Экология» для направления подготовки 051000 Профессиональное обучение (по отраслям) профилей подготовки «Машиностроение и материалообработка», «Металлургия», «Транспорт» и представляют собой руководство к лабораторным занятиям. Учебный материал методических указаний отвечает стандарту знаний по экологии и является обязательным для студентов указанных профилей подготовки.

Каждой работе предшествует теоретическая часть с основными понятиями и положениями, необходимыми для верной интерпретации полученных результатов и наиболее полного усвоения материала по заданной теме; приведены вопросы для самоконтроля знаний.

 

Одобрено на заседании кафедры металлургических процессов.

Протокол от 24.10.13., № 2.

 

Зав. кафедрой

металлургических процессов Ю.И. Категоренко

 

 

Рекомендовано к печати методической комиссией
Машиностроительного института РГППУ. Протокол от 13.11.13., № 3.

 

Председатель методической комиссии

МаИ РГППУ А.В. Песков

 

© ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2013

© М.В. Слинкина., Г.В. Харина, 2013

 

Содержание

 

Введение.. 4

Работа № 1. 5

Биотический круговорот веществ.. 5

Работа № 2. 13

Химические загрязнители и их влияние на организм человека 13

Работа № 3. 20

Определение жесткости воды... 20

Работа № 4. 24

Определение перманганатной окисляемости воды... 24

Работа № 5. 29

Кислотные осадки.. 29

Работа № 6. 34

Определение нитратов в различных растениях и их плодах 34

Работа №7. 38

Анализ почв.. 38

Работа № 8. 46

определение активного хлора в воде_ 46

ЛИТЕРАТУРА.. 49

 

Введение

 

Вследствие интенсивного развития промышленного и сельскохозяйственного производства, истощения энергетических и сырьевых ресурсов, роста численности народонаселения резко изменилось качество окружающей природной среды, определяющее экологическую безопасность человека и общества в целом.

В настоящее время экология приобретает особое значение как наука, помогающая найти пути выхода из возникшего кризиса, охватившего все стороны жизни человека. В этой связи необходимо осмысление и осознание общих закономерностей глобальных процессов и роли человека в них, поэтому конкретные экологические знания должны быть усвоены при получении любой профессии.

Лабораторные занятия являются составной частью учебного процесса по экологии. Цель таких занятий – самостоятельное получение знаний и представлений о проблемах окружающей среды при выполнении эксперимента, а также обучение студентов элементарным приемам экологического мониторинга и методам интерпретации наблюдаемых явлений.

Для более эффективной самостоятельной работы студентов каждая работа начинается с теоретической части, которая содержит основные термины, принципы и положения, необходимые для понимания и систематизации материала по заданной теме. В конце работы предлагаются вопросы для самоконтроля знаний, которые помогут студентам осмыслить выполненную работу.

Результаты работы оформляются в виде отчета в специальной лабораторной тетради. После выполнения каждая работа защищается студентом в форме индивидуального собеседования с преподавателем, во время которого обсуждаются основные результаты экспериментальных исследований, выводы, а также теоретические аспекты работы по вопросам для самоконтроля знаний.

 

 

Работа № 1

 

Теоретическая часть

 

Природные экосистемы (озера, реки, моря, леса и др.) – это единый комплекс, образованный живыми организмами (биотой) и неживыми (абиотическими) компонентами окружающей среды, в котором осуществляется биотический круговорот веществ – непрекращающийся процесс создания и разрушения органических веществ, обеспечивающий непрерывность жизни.

Для осуществления биотического круговорота веществ необходимы автотрофные и гетеротрофные организмы, биогенные элементы и солнечная энергия.

Биогенные элементы – это химические элементы, жизненно необходимые живым организмам и входящие в их состав. Они циркулируют, т.е. совершают круговорот (цикл) из абиотической окружающей среды через живые организмы обратно в окружающую среду. К биогенным элементам относятся такие макроэлементы как углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор, кальций, магний, натрий, калий, хлор, и микроэлементы – железо, медь, цинк, фтор и др.

Автотрофные организмы (продуценты) – это зеленые растения, которые синтезируют органические вещества из неорганических веществ окружающей среды с использованием солнечной энергии (Е_СОЛН) в процессе фотосинтеза:

6СО₂ + 6Н₂О С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

 

Солнечная энергия, проходящая через экосистему, превращается зелеными растениями в другую форму энергии – энергию химических связей (Е_хим) органических соединений (сначала глюкозы, а затем многих других, синтезируемых на основе глюкозы).

Гетеротрофные организмы (консументы, детритофаги, редуценты) потребляют созданные растениями органические вещества и разрушают их до более простых органических и неорганических веществ в процессе клеточного дыхания, возвращая их вновь в окружающую среду. К консументам принадлежат все животные, включая человека. Различают консументов первого порядка, питающихся растительной пищей, а также второго, третьего и последующих порядков, питающихся животной пищей. Детритофаги (черви, личинки, моллюски и др.) и редуценты (грибы и бактерии) – это организмы, потребляющие детрит – мертвые растительные и животные остатки: опавшие листья, трупы животных, экскременты и т.д. В отличие от других гетеротрофов редуценты в ходе жизнедеятельности превращают органические остатки в неорганические вещества, снова используемые растениями, и тем самым замыкают биотический круговорот.

Клеточное дыхание – это процесс окисления созданных продуцентами органических веществ. В целом он противоположен фотосинтезу: в присутствии кислорода на уровне клетки происходит окисление глюкозы (и других органических веществ) с образованием углекислого газа и воды. При этом извлекается запасенная в химических связях этих веществ химическая энергия (Е_хим):

 

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ 6СО₂ + 6Н₂О + Е_хим

 

Химическая энергия (Е_хим) используется живыми организмами (и автотрофными, и гетеротрофными) для жизнедеятельности (совершения работы). Однако в соответствии со вторым законом термодинамики не вся Е_хим идет на совершение работы, часть ее превращается в тепловую форму (Е_тепл) и рассеивается в окружающей среде.

Таким образом, путь энергии в экосистеме однонаправлен (от Солнца через зеленые растения к гетеротрофам) и связан с неизбежными потерями в форме теплоты. Значительная часть органических веществ, созданных растениями и потребленных гетеротрофами, разрушается с выделением энергии, обеспечивающей функционирование организма, и лишь небольшая часть органического вещества используется растениями и другими организмами в качестве строительного материала для роста и обновления тканей.

Круговорот углерода осуществляется благодаря четко отлаженному в ходе эволюции механизму функционирования двух фундаментальных процессов – фотосинтеза и клеточного дыхания.

В ходе фотосинтеза атомы углерода, входящие в состав углекислого газа, содержащегося в воздухе и воде, включаются в состав глюкозы и других органических веществ, из которых построены все растительные ткани. В дальнейшем они переносятся по пищевым цепям и образуют ткани всех остальных живых организмов экосистемы. Однако шансы отдельно взятого атома углерода “побывать” в течение одного цикла в составе многих организмов крайне малы, так как при каждом переходе с одного трофического уровня на другой велика вероятность, что содержащая его органическая молекула будет окислена в процессе клеточного дыхания для получения энергии. При этом атомы углерода вновь поступают в окружающую среду в составе углекислого газа, завершив один цикл и приготовившись начать следующий. Аналогичным образом атомы углерода возвращаются в атмосферу в результате сжигания органики.

Важная особенность круговорота углерода состоит в том, что в далекие геологические эпохи (сотни миллионов лет назад) значительная часть фотосинтезируемого органического вещества не использовалась гетеротрофами, а накапливалась и постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в земле миллионы лет, этот детрит под действием высоких температуры и давления превращался в ископаемое топливо – нефть, природный газ и уголь. Теперь мы в огромных количествах добываем это ископаемое топливо для обеспечения энергетических потребностей нашего индустриального общества, а сжигая его, в определенном смысле завершаем круговорот углерода. Одновременно резко увеличивается концентрация углекислого газа в воздухе: его поступление туда существенно превышает поглощающие возможности современных растений. За последние десятилетия содержание СО₂ в атмосфере увеличилось на 10%. Это обстоятельство привело к серьезным климатическим изменениям. Избыточная концентрация CO₂ в атмосфере порождает так называемый парниковый эффект, так как углекислый газ задерживает тепловое излучение Земли, что способствует общему потеплению климата.

 

Экспериментальная часть

Тема работы «Цикл углерода»

Цель работы – проследить различные пути движения гипотетического атома углерода из атмосферы через различные организмы обратно в атмосферу.

 

Выполнение опыта

Рассмотрите схему (рис. 1). Начинайте игру фишкой (любой мелкий предмет), представляющей атом углерода, с позиции 1 (диоксид углерода в атмосфере). По очереди подбрасывая монеты, продвигайте Ваш “атом углерода” в соответствии с тем, что выпадет, на позиции, указанные в приводимой ниже инструкции. Читайте, что означает каждая позиция. Обратите внимание, что перемещение фишек (атомов) не соответствует порядку номеров, а происходит случайно в зависимости от того, как упадут монеты. Когда Ваш “атом” возвратится в атмосферу – один цикл углерода завершен. Продолжайте играть, начав следующий цикл.

Проследите путь своей фишки в каждом цикле. Каждый, кто получит ясное представление о непрерывном круговороте атомов углерода в биосфере, уже выиграл.

1. Атом углерода входит в состав молекулы СО₂ в атмосфере

Подбросьте две монеты

Два орла (ОО) - Атом углерода не поглощается растением и остается в атмосфере до следующего хода.

Орел - решка (ОР) или две решки (РР) - атом углерода поглощается листом растения. - Переход на позицию 2.

 

2. Молекула СО₂ с углеродным атомом находится в листе растения

Подбросьте две монеты

ОО - Нет солнечного света! Фотосинтез не происходит. Молекула СО₂ с Вашим углеродным атомом возвращается в атмосферу. - Переход на позицию 1.

ОР или РР - Солнечный свет! Происходит фотосинтез. Ваш углеродный атом в результате включается в молекулу глюкозы. - Переход на позицию 3.

3. Атом углерода включен в молекулу глюкозы в растении

Подбросьте две монеты

ОО - Молекула глюкозы с Вашим атомом углерода окисляется в процессе клеточного дыхания, обеспечивающего растение энергией для роста. Углеродный атом возвращается в составе молекулы СО₂ в атмосферу - на позицию 1.

ОР или РР - Молекула глюкозы с Вашим углеродным атомом превращается в молекулу, входящую в состав ткани растения. - Переход на позицию 4.

 

Схема цикла углерода

 

4. Атом углерода включен в молекулу, входящую в состав растительной ткани

Подбросьте две монеты

ОО - Растение съедено животным. - Переход на позицию 5; подбросьте одну монету 2 раза и определите, какое это животное.

ОР или РР - Часть растения отмирает; образуется мертвое органическое вещество - детрит. - Переход на позицию 6.

 

5. Ткань растения с углеродным атомом съедена первичным консументом

Подбросьте два раза одну монету

ОО - Травоядное млекопитающее. - Переход на позицию 8 а.

ОР - Птица. - Переход на позицию 8 б.

РО - Насекомое. - Переход на позицию 8 в.

РР - Человек (возможно, Вы сами). - Переход на позицию 9.

 

6. Атом углерода находится в молекуле мервого органического вещества (детрита)

Подбросьте две монеты

ОО или ОР - Детрит съеден детритофагом или редуцентом. - Переход на позицию 10, и сыграйте еще раз, чтобы определить, каким именно.

РР - Пожар! - Переход на позицию 7.

 

7. Молекула с углеродным атомом окисляется (сгорает). Кислород соединяется с углеродным атомом и тот высвобождается в атмосферу с составе молекулы диоксида углерода

Возвращайтесь на позицию 1.

 

8а, б, в. Ткань растения с углеродным атомом съел первичный консумент

Подбросьте две монеты

ОО - Молекула с углеродным атомом переварилась, и он вошел в состав соединения, образующего ткань тела консумента. - Переход на позицию 11б.

ОР - Клеточное дыхание! - Переход на позицию 12.

РР - Молекула с углеродным атомом не переварена; пройдя через желудочно-кишечный тракт, она вышла наружу с фекалиями. - Переход на позицию 6.

 

9. Ткань растения с углеродным атомом съел человек (возможно, Вы сами)

Подбросьте две монеты

ОО - Молекула с углеродным атомом переварилась, и он вошел в состав соединения, образующего ткань человеческого тела. - Переход на позицию 11а.

ОР - Клеточное дыхание! - Переход на позицию 12.

РР - Молекула с углеродным атомом не переварена; пройдя через желудочно-кишечный тракт, она вышла наружу с фекалиями.- Переход на позицию 6.

 

10. Молекула с углеродным атомом съедена первичным детритофагом или редуцентом

Подбросьте два раза одну монету

ОО - Земляной червь.- Переход на позицию 15б.

ОР - Гриб. Переход на позицию 15в.

РО - Бактерия - Переход на позицию 15а.

РР - Насекомое. - Переход на позицию 15г.

 

11а. Атом углерода входит в состав соединения, образующего ткань человеческого тела.

Подбросьте монету

О - Соединение подверглось окислению в процессе клеточного дыхания. - Переход на позицию 12.

Р - Человек умирает и его тело кремируют. - Переход на позицию 7.

 

11б. Атом углерода входит в состав соединения, образующего ткань первичного консумента или фитофага.

Подбросьте две монеты

ОО - Соединение подверглось окислению в процессе клеточного дыхания. - Переход на позицию 12.

ОР - Первичный консумент съеден вторичным консументом. - Переход на позицию 13.

РР - Первичный консумент погиб от ранения или болезни.- Переход на позицию 6.

 

11в. Атом углерода входит в состав соединения,образующего ткань вторичного консумента (плотоядного животного).

Подбросьте две монеты

ОО - Молекула поверглась окислению в процессе клеточного дыхания. - Переход на позицию 12.

ОР - Вторичный консумент съеден консументом третьего порядка. – Переход на позицию 14.

РР - Вторичный консумент погиб от ранения или болезни.– Переход на позицию 6

 

11г. Атом углерода входит в состав соединения,образующего ткань консумента третьего порядка (плотоядного животного)

Подбросьте две монеты

ОО – Молекула подверглась окислению в процессе клеточного дыхания. Переход на позицию 12.

ОР – Консумент третьего порядка съеден консументом четвертого порядка. – Переход на позицию 14.

РР - Консумент третьего порядка погиб от ранения или болезни. – Переход на позицию 6.

 

12. Молекула, содержащая атом углерода, окисляется в процессе клеточного дыхания с выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности консумента. При этом углеродный атом соединяется с атомами кислорода и высвобожается в атмосферу в составе диоксида углерода.

Возвращайтесь на позицию 1

 

13. Молекула с углеродным атомом съедена вторичным консументом

Подбросьте две монеты

ОО - Молекула с углеродным атомом переварена с образованием соединения, входящего в состав ткани консумента. - Переход на позицию 11в.

ОР - Клеточное дыхание! - Переход на позицию 12.

РР - Молекула с углеродным атомом не переварена; пройдя через желудочно-кишечный тракт, она вышла наружу с фекалиями. - Переход на позицию 6.

14. Молекула с углеродным атомом съедена консументом третьего или четвертого порядка.

Подбросьте две монеты

ОО - Молекула с углеродным атомом переварилась с образованием соединения, входящего в состав ткани тела консумента. - Переход на позицию 11г.

ОР - Клеточное дыхание! - Переход на позицию 12.

РР - Молекула с углеродным атомом не переварена; пройдя через желудочно-кишечный тракт, она вышла наружу с фекалиями. - Переход на позицию 6.

 

15а. Молекула с углеродным атомом поглощена бактерией.

Подбросьте монету

О - Молекула включена в состав бактериальной клетки. - Переход на позицию 16.

Р - Молекула окисляется в процессе клеточного дыхания. - Переход на позицию 12.

 

15б. Молекула с углеродным атомом съедена земляным червем.

Подбросьте две монеты

ОО - Молекула включается в состав тела червя. - Переход на позицию 17.

ОР. - Молекула окисляется в процессе клеточного дыхания. - Переход на позицию 12.

РР - Молекула не переварена; пройдя через желудочно-кишечный тракт, она вышла наружу с фекалиями. - Переход на позицию 6.

 

15в. Молекула с углеродным атомом поглощена грибом

Подбросьте монету

О - Молекула включается в состав гриба. - Переход на позицию 18.

Р - Молекула окисляется в процессе клеточного дыхания.- Переход на позицию 12.

 

15г. Молекула с углеродным атомом съедена личинкой насекомого

Подбросьте две монеты

ОО - Молекула включается в состав тела насекомого - Переход на позицию 19.

ОР - Молекула окисляется в процессе клеточного дыхания.- Переход на позицию 12.

РР - Молекула не переварена; пройдя через желудочно-кишечный тракт, она вышла наружу с фекалиями. - Переход на позицию 6.

16. Атом углерода входит в состав бактериальной клетки

Подбросьте две монеты

ОО - Молекула окисляется в процессе клеточного дыхания. - Переход на позицию 12.

ОР - Бактерия съедена земляным червем. - Переход на позицию 15б.

РР - Бактерия погибла. - Переход на позицию 6.

 

17. Атом углерода входит в состав тела земляного червя

Подбросьте две монеты

ОО - Молекула окисляется в процессе клеточного дыхания. - Переход на позицию 12.

ОР - Земляного червя съела птица. - Переход на позицию 8б.

РР - Земляной червь погиб от ранения или болезни. - Переход на позицию 6.

 

18. Углеродный атом входит в состав гриба

Подбросьте две монеты

ОО - Молекула окисляется в процессе клеточного дыхания. - Переход на позицию 12.

ОР - Гриб съеден насекомым. - Переход на позицию 15г.

РР - Гриб отмер. - Переход на позицию 6.

 

19. Атом углерода входит в состав тела насекомого

Подбросьте две монеты

ОО - Молекула окисляется в процессе клеточного дыхания. - Переход на позицию 12.

ОР - Насекомое съедено мелким млекопитающим. - Переход на позицию 14.

РР - Насекомое погибло от ранения или болезни. - Переход на позицию 6.

 

Запись результатов работы

Запишите путь своей фишки в каждом цикле, указывая номера и названия позиций, через которые двигается “Ваш атом углерода”. Нумеруйте эти циклы – 1, 2, 3 и т.д.

В выводе ответьте на вопросы, какие фундаментальные процессы лежат в основе круговорота углерода, и в результате протекания каких процессов атом углерода может возвращаться в атмосферу?

Вопросы для самоконтроля знаний

 

1. Что такое биотический круговорот веществ? Какую роль играют в нем автотрофные и гетеротрофные организмы?

2. Что такое биогенные элементы? Приведите примеры макро- и микроэлементов. Почему биогенные элементы являются связующим звеном между абиотическим и биотическим компонентами экосистемы?

3. Какую особую роль в биосфере играют грибы и бактерии? Почему не происходит загрязнения природной экосистемы отходами жизнедеятельности различных организмов?

4. В каких превращениях участвует атом углерода, проходя цикл?

5. Что является основным источником энергии в экосистеме? Почему это движущая сила круговорота веществ?

6. Какие превращения энергии происходят в биотическом круговороте веществ? Почему для каждого цикла углерода требуется новая порция солнечной энергии? Дайте ответ, используя законы термодинамики.

7. Почему атомы углерода из диоксида углерода не включаются в молекулу глюкозы в темноте? Какова потенциальная энергия диоксида углерода и глюкозы? Что необходимо для образования соединения с большей энергией?

8. Почему по мере продвижения энергии по трофической цепи количество высококачественной энергии резко сокращается? Не противоречит ли такая потеря энергии на каждом звене цепи 1-му началу термодинамики?

9. Каким образом человек нарушает круговорот углерода? Каковы негативные последствия этого нарушения?

 

Работа № 2

Теоретическая часть

 

Химические загрязнители – это вещества, которые попадают в биосферу в результате антропогенной деятельности и нарушают качество окружающей среды, делая ее менее благоприятной для человека и других организмов.

Основными источниками поступления химических загрязнителей в биосферу являются предприятия химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, топливной и других промышленных отраслей; различные виды транспорта; теплоэнергетика; сельскохозяйственное производство и др.

В современном обществе используется свыше 6 млн. химических веществ. Среди них есть мутагенные (порождающие мутации), канцерогенные (вызывающие раковые заболевания), тератогенные (вызывающие уродства). Потенциальными канцерогенами признано около 25000 соединений. Среди наиболее опасных веществ-загрязнителей – тяжелые металлы (Pb, Cd, Hg, Co, Mo, Zn, Cu, и др.), продукты сгорания (CO, NO₂, SO₂, и др.), пестициды (ядохимикаты, использующиеся для борьбы с вредителями сельского хозяйства), ядовитые и канцерогенные вещества в продуктах питания, радиоактивные вещества. Вещества-загрязнители, попав первоначально в один из компонентов окружающей среды, постепенно загрязняют остальные. В итоге перераспределение загрязнителей в окружающей среде может привести к прямому воздействию на человека. Многие токсичные вещества (тяжелые металлы, пестициды, радиоактивные вещества) обладают способностью к биоаккумуляции (накоплению в организме) и к биологическому накоплению в пищевых цепях. Высокотоксичными в этих случаях могут стать зерновые и овощные культуры, рыба, мясо домашнего скота. Например, в рыбе концентрация ртути может быть в 1000 раз больше, чем в водах, из которых она выловлена. Токсичные вещества могут накапливаться избирательно в каком-либо органе или ткани. Например, в почках концентрируются кадмий и ртуть; в волосах и ногтях – ртуть, алюминий свинец; в жировых тканях – пестицид ДДТ. Высокий процент биоаккумуляции многих химических веществ, попадающих с продуктами питания в организм человека, способствует накоплению их в организме тех групп населения, которые проживают в химически загрязненных районах.

Одной из серьезных экологических проблем является загрязнение окружающей среды стойкими органическими загрязнителями, к числу которых относятся полихлорированные дибензо-n-диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ), являющиеся побочными продуктами многих производств. Наиболее опасен для человека 2,3,7,8-тетрахлордибензо-n-диоксин (ТХДД), отличающийся высокой стабильностью, устойчивый к высокой температуре (разлагается при температуре 750⁰С), обладающий высокой растворимостью в жирах, мясе и молоке. Он переносится по цепям питания и длительное время негативно воздействует на живые организмы. Допустимая суточная доза для человека по рекомендациям ВОЗ составляет 10 нг/кг. Диоксины способствуют превращению многих веществ синтетического и природного происхождения в опасные для организма яды.

Современные технологии изготовления продуктов питания зачастую предполагают применение пищевых добавок. Пищевые добавки – это природные соединения и химические вещества, которые в ограниченных количествах вводятся в продовольственные товары с целью придания им заданных свойств, увеличения стойкости к различным видам порчи, сохранения структуры, внешнего вида и т.д. Пищевыми добавками могут быть консерванты, эссенции, эмульгаторы, стабилизаторы и красители, которые могут вредить здоровью покупателей. На этикетках качественных товаров производители указывают индекс, представленный буквой “Е” и трехзначной цифрой. Каждый индекс соответствует веществу, которое может нанести вред здоровью человека (табл. 1, 2).

 

Таблица 1

Классификация пищевых добавок

 

Индекс Е	Функциональ-ный класс	Технологические функции	Индексы добавок, запрещенных к применению в России
100 –182	Красители	Окраска продуктов	103, 107, 111, 121, 123, 125, 127, 128, 130, 155, 166, 173, 175, 180, 182
200 – 299	Консерванты	Способствуют длительному хранению	209, 213 – 219, 225 – 228, 231– 233, 237, 238, 240, 241, 252, 263, 264, 281 – 285
Продолжение таблицы 1
300 – 399	Антиокисли- тели	Замедляют окисление, предохраняют от порчи	302, 303, 305, 309 – 314, 317 – 319, 323 –329, 343 – 353, 355 –359, 365 – 375, 381, 387 – 390, 391
400 –499	Стабилизаторы	Сохраняют заданную консистенцию	403, 408, 419, 429 – 434, 436, 441– 444, 446, 462, 463,465, 467, 474, 478 – 480, 482 – 489, 492 – 496
500 – 599	Эмульгаторы	Поддерживают определенную структуру	505, 512, 519 – 523, 535 – 538, 542 – 550, 554 – 557, 559, 560, 574, 577, 580
600 – 699	Усилители вкуса и аромата	Модифицируют вкус, способствуют развариванию	623 – 625, 632 – 635, 637, 640, 642, 650
900 – 999	Пеногасители	Понижают количество пены, например при разливе пива	906, 908 – 919, 922, 923, 924b, 925, 926, 929, 942, 943 – 946, 957,959
1000 и далее	Глазирователи	Придают блестящий вид или образуют защитный слой	1000, 1001, 1503

Таблица 2

Опасные пищевые добавки, разрешенные в России

 

Индекс Е	Воздействие на организм и применение
	Вызывает приступы астмы и аллергию
	Вызывает воспаления кожи и повышенную активность у детей. Используется в копченой рыбе, цветных драже, леденцах от кашля, жвачках
	Вызывает аллергические реакции, насморк, тошноту, боли в животе, гиперактивность. Добавляется в конфетную глазурь, джемы, окрашенные напитки, пакетированные супы, соусы и др.
	Является пигментом, получаемым из тела самок насекомых. Применяется при изготовлении йогуртов, конфет, джемов, напитка «Coca-cola», детского питания. Вреден для кожи.
124, 129, 131, 132, 133, 142	Канцерогены. Можно обнаружить в кексах, бисквитах, творожных изделиях, салями, мороженом, сухом печенье, консервированном горошке, безалкогольных напитках.
	Вреден для кожи
152, 153	Канцерогены
	Нарушает артериальное давление
210, 211, 212	Канцерогены. Используется в напитках, кетчупах, рыбных продуктах
Продолжение таблицы 2
220 (диоксид серы)	Используется во многих областях пищевой промышленности
	Канцероген. Сильный аллерген. Используется для обработки кожуры цитрусовых
	Вызывает аллергические реакции, тошноту, понос
	Используется при консервировании овощей, производстве безалкогольных напитков, как консервант кормов для животных.
Е 239	Вреден для кожи. Используется для консервирования икры лососевых рыб.
249, 250	Канцерогены. Используются в копченостях и колбасах.
	Канцероген
320, 321	Увеличивают содержание холестерина, вызывают заболевания желудочно-кишечного тракта, печени, почек.
330 (лимонная кислота)	В больших дозах может иметь канцерогенный эффект. Используется практически во всех фруктовых и овощных соках
340 – 342, 354	Вызывают заболевания желудочно-кишечного тракта
450 – 452 (фосфаты)	Нарушают баланс между фосфором и кальцием. Вызывают расстройство желудка.
	Вызывает расстройство желудка
	Компонент моющих жидких средств, источник CO2 в огнетушителях и при производстве безалкогольных напитков
	Применяются как разрыхлители теста
(соляная кислота)	Применяется в качестве регулятора кислотности в пищевой промышленности
(глютамат натрия)	В сочетании с витамином Е вызывает оксидативное повреждение клеток, повреждая ДНК. При частом употреблении атрофируются вкусовые рецепторы
626–629	Нарушают нормальное артериальное давление
950, 951(аспартам), 954 (сахарин)	Используются как заменители сахара практически во всех газированных напитках. Имеют огромное количество побочных эффектов.

Подозрительными добавками, запрещенными в ряде стран, являются добавки Е 122 (Вызывает сыпь и аллергию), Е 143 (Нет данных о влиянии на организм), Е 150а, Е 150b, E 150c, E 150d (Нет данных о влиянии на организм).

Если на этикетке имеются цифры или индексы, не указанные выше, товар безупречен. Наличие перечисленных компонентов укладывается в стандарты качества, но потребитель должен сам решать, употреблять такой продукт или нет, так как от употребления его можно ожидать любых негативных последствий.

Экспериментальная часть

Тема работы « Химические загрязнители и их влияние на организм человека».

Цель работы – ознакомление с основными загрязнителями окружающей среды, последствиями их воздействия на организм человека и способами защиты. Анализ качества продуктов питания.

Работа № 3

Определение жесткости воды

Теоретическая часть

Жесткость воды – один из показателей, принятых для характеристики состава и качества природных вод.

Жесткость – это природное свойство воды, обусловленное наличием в ней ионов кальция (Са²⁺) и магния (Mg²⁺), содержащихся в виде разных солей.

 

 

Суммарное содержание этих солей в воде называется ее общейжесткостью. Общую жесткость воды условно подразделяют на два вида: временную (или карбонатную) и постоянную (или некарбонатную) жесткость воды.

Количественной мерой жесткости воды является сумма концентраций (С) ионов Са ²⁺ и Mg ²⁺ :

Ж = С_Са²⁺ + С_Mg²⁺

Измеряют жесткость числом миллимолей эквивалентов ионов жесткости Са²⁺ и Mg²⁺ в 1 дм³ воды, т.е. в ммоль/дм³ эквивалентов ионов жесткости.

При расчетах, связанных с жесткостью воды, следует учитывать, что эквивалент иона Са²⁺ – Э(Са ²⁺) = ½ Са²⁺,

эквивалент иона Mg²⁺ Э(Mg²⁺) = ½ Mg²⁺;

молярная масса эквивалента иона кальция М_Э(Са²⁺) = ½ М_И (Са²⁺) = 20 г/моль
(М_И – молярная масса иона),

молярная масса эквивалента иона магния М_Э (Mg²⁺) = ½ М_И (Mg²⁺ ) = 12 г/моль.

Другими словами, масса 1 моль эквивалента Са²⁺ равна 20 г, а Mg²⁺ – 12 г. Тогда, например, 0,2 г – это масса 0,01 моль или 10 ммоль эквивалентов Са²⁺.

Общая жесткость природных вод изменяется в широких пределах. Она различна в разных водоемах, а в одной и той же реке изменяется в течение года. Жесткость морей значительно выше, чем рек и озер, а максимальное значение жесткость достигает в водах океана. Так, вода с жесткостью до 3 ммоль/дм³ называется мягкой, от 4 до 7 – средней и выше 8 – жесткой.

Жесткая вода не пригодна для технических целей и бытового использования. Так, например, стенки паровых котлов постепенно покрываются плотной коркой накипи, которая уже при толщине около 1 мм значительно снижает передачу теплоты стенками котла и, следовательно, ведет к увеличению расхода топлива. Кроме того, она может служить причиной появления трещин, как на кипятильных трубах, так и на стенках самого котла. Вода с жесткостью свыше 10 ммоль/дм³ имеет неприятный вкус. Резкий переход при пользовании от мягкой к жесткой воде (а иногда и наоборот) может вызвать у людей расстройство желудочно-кишечного тракта.

При использовании жесткой воды ухудшается течение почечно-каменной болезни. Жесткие воды способствуют появлению дерматитов. При повышенном поступлении в организм кальция с питьевой водой на фоне йодной недостаточности чаще возникает зобная болезнь. Для питьевых целей используют воду средней жесткости – от 3 до 7 ммоль/дм³, для хозяйственных и промышленных целей – мягкую воду – до 3 ммоль/дм³.

Одним из способов устранения временной жесткости воды является кипячение. При этом растворимые гидрокарбонаты переходят в малорастворимые карбонаты, общая жесткость воды уменьшается.

 

t⁰

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃↓ + CO₂ + H₂O

 

t⁰

Mg(HCO₃)₂ = MgCO₃ ↓ + CO₂ + H₂O

Постоянную жесткость можно удалить добавлением в воду гидрокарбоната натрия (питьевой соды – NaHCO₃) или карбоната натрия (технической соды – Na₂CO₃).

При этом ионы кальция и магния связываются с ионами СО₃^2–, образуя малорастворимые соли:

Са ²⁺ + СО₃ ^2– = CaCO₃↓,

Са ²⁺ + НСО₃ ^- = CaCO₃↓ + Н⁺

 

Жесткость воды при этом также уменьшается.

 

Экспериментальная часть

Тема работы “Определение жесткости воды”.