III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

РЕАКЦИИ В КАСТРЮЛЬКЕ
Кривоногова Д.С.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


   

Введение

Стремление человечества максимально улучшить условия среды обитания, сделать их максимально комфортными для своего проживания зачастую оборачивается серьезными проблемами, которые влияют на состояние здоровья и продолжительность жизни.

Вред, который оказывают на человека тяжелые металлы: ртуть, кадмий, свинец, известны давно. Алюминий, не являющийся тяжелым и считавшийся не токсичным, может оказывать вредное влияние на организм человека. Многие растворимые в воде соединения алюминия могут оказывать вредное воздействие на человека, оказывая действие на нервную систему, накапливаясь в нервной ткани, и приводя к тяжёлым расстройствам функции центральной нервной системы. По некоторым биологическим исследованиям поступление алюминия в организм человека было сочтено фактором в развитии болезни Альцгеймера, но эти исследования были позже раскритикованы и вывод о связи одного с другим опровергался.

Своим исследованием я хотела бы ответить на следующие вопросы:

  1. Выявить и установить возможность попадания ионов алюминия в организм через металлическую посуду, опытным путем подтвердить, что алюминиевая посуда непригодна для приготовления пищи.

  2. Подготовить памятки с рекомендациями «Советы хозяйкам».

(Приложение №4)

Гипотеза:

Если алюминий взаимодействует с кислотами и щелочами, то пища, имеющая соответствующую реакцию среды, приготовленная в посуде из алюминия будет содержать ионы этого металла и переходить в организм человека и представлять опасность для здоровья человека.

Цель исследования: исследовать возможные пути попадания ионов алюминия в организм человека через использование в быту алюминиевой посуды; опытным путем подтвердить непригодность алюминиевой посуды для приготовления и хранения пищи.

Задачи исследования:

  • Теоретическим путем изучить химические свойства алюминия и возможное негативное воздействие на живой организм ионов Al3+.

  • Определить, насколько широко алюминиевая посуда используется в быту в наше время.

  • Изучить действие кислот и щелочей на алюминий.

  • Определить рН среды различных видов пищи, которую готовят в алюминиевой посуде.

  • С помощью качественного анализа определить наличие ионов Al3+ .

  • На основе проведенных исследований сделать вывод о пользе или вреде алюминиевой посуды и дать рекомендации по её правильному использованию.

Объект исследования: металл алюминий

Предмет исследования: алюминиевая посуда

Методы исследования:

  • обзор и анализ литературы по изучению влияния алюминия на организм человека;

  • социологический опрос по использованию алюминиевой посуды в быту;

(Приложение №1)

  • лабораторные исследования по определению рН среды различных видов пищи, которую готовят в алюминиевой посуде;

(Приложения №2,3)

  • исследование свойств металлического алюминия.

  1. Основная часть

1.1 Алюминий, его свойства и физиологическая роль

Алюминий легкий серебристый с металл с высокой электропроводностью. Химически активен, на воздухе покрывается, оксидной пленкой, которая защищает металл от взаимодействия с кислородом и водой. Растворим в горячих концентрированных растворах кислот и щелочей. По распространённости в мире алюминий занимает 3 место среди химических элементов (после кислорода и кремния), и первое место среди металлов. Известно несколько сотен минералов содержащих алюминий, к которым в первую очередь относятся бокситы и алюмосиликаты. Получают алюминий путем электролиза глинозема.

Сплавы металлического алюминия широко используют как базовый материал в авиа- и судостроении. Особо чистый алюминий служит для изготовления проводников в электротехнике. Чистый алюминий используют для изготовления различной кухонной посуды, фольги и т.п.

В медицине используются адсорбирующие, обволакивающие, антацидные, защитные и обезболивающие свойства препаратов содержащих алюминий. Силикат алюминия и жженые квасцы принимают, как правило, наружно в виде присыпок, паст и мазей при лечении кожных заболеваний. Гидроокись алюминия принимают внутрь как антацидное средство при язве желудка, заболевании двенадцатиперстной кишки.

Физиологическая роль алюминия.

Алюминий является постоянной составной частью клеток, где преимущественно находится в виде Al3+. Его присутствие в том или ином виде обнаружено практически во всех органах человека. Алюминий в небольших количествах необходим для организма, особенно для костной ткани, в случае же избытка этот металл может представлять большую опасность для организма человека. В целом алюминий относят к токсичным элементам.

Последствия избытка алюминия в организме:

  • Энцефалопатия (нарушения памяти, нервозность, наклонность к депрессии, трудности в обучении в детстве и прогрессирующее старческое слабоумие и т.д.);

  • Остеомаляция (размягчение костей), а также связанные с ней переломы и др. заболевания опорно-двигательного аппарата.

  • Нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта;

  • Нарушение функции почек;

  • Развитие аллюминоза (профессиональное заболевание работников металлургии) c характерными изменениями в легочной ткани;

  • Нарушение обмена железа, фосфора, магния, кальция, цинка, меди.

1.2 Историческая справка

Были времена, когда алюминий ценился выше драгоценных металлов. У Плиния Старшего в «Естественной истории» есть упоминание о мастере, который принес императору Тиберию чашу из легкого белого металла, добытого, по его словам, из глины. Тиберий тогда испугался, что все его богатства обесценятся, и привычно отрубил мастеру голову — тогда проблемы конкуренции на рынке решались просто. В 1855 году, когда алюминий был впервые показан публике на Всемирной выставке в Париже, его называли «серебром из глины», он был очень дорогим металлом. При дворе императора Наполеона III во время торжественных обедов блюда и приборы для членов императорской семьи были из алюминия, у остальных — из простого золота.

Английский химик Гэмфри Дэви, профессор Королевского института, занимался экспериментами с электролитической установкой, с помощью которой он пробовал добывать чистые металлы. В 1808 году он вплотную подошел к созданию металла из глинозёма, которому дал название «алюминий». Гэмфри Дэви можно назвать отцом современной алюминиевой промышленности — теперь все предприятия в мире используют его электролитический метод.

Однако, до настоящего алюминия еще было далеко. Опыты Дэви продолжил датский физик Ханс Кристиан Эрстед и немецкий химик Фридрих Вёлер. На получение алюминия в виде нескольких зерен величиной с булавочную головку у Вёлера ушло почти два десятка лет. Правда, и это был не чистый металл, а его сплав с калием, ртутью и платиной. Вёлер смог получить его впервые в 1827 году.

В 1856 году француз Анри-Этьен Сент-Клер Девиль, значительно удешевив и усовершенствовав технологию Вёлера. За сутки завод Девиля производил два килограмма алюминия. В 1857 году килограмм этого металла стоил 300 франков. В те годы комнату в Париже можно было снять за 20 франков.

23 Февраля 1886 года 22-летний изобретатель Чарльз Мартин Холл, экспериментировал с алюминием в его лаборатории в Оберлин, штат Огайо. Записи блокнота Холла говорят, что в этот день он усовершенствовал процедуру недорого производства алюминиевого соединения, которое могло быть использовано в посуде.

Так или иначе, но прогресс в технологиях сделали своё — алюминий стал общедоступным материалом и в конце XIX века из него уже делали не драгоценности, а предметы обихода, оптические приборы, посуду и кухонную утварь, которая стала вытеснять традиционные медь и чугун.

Специалисты, занимающиеся испытанием и сертификацией посуды, в том числе и алюминиевой, советуют ее использовать только для кипячения воды — все остальные вещества при высокой температуре провоцируют в алюминиевой посуде активную реакцию, несмотря на это в России (всего 26 заводов на территории России и стран СНГ) продолжается обширный выпуск различной алюминиевой посуды.

Алюминиевая посуда запрещена для использования в детских учреждениях общепита.

Новые санитарные нормы в детских садах: «Российская газета», 2010:

«14.13. Столовая и чайная посуда выделяется для каждой группы. Она может быть изготовлена из фаянса, фарфора (тарелки, блюдца, чашки), а столовые приборы (ложки, вилки, ножи) - из нержавеющей стали. Не допускаетсяиспользовать посуду с отбитыми краями, трещинами, сколами, деформированную, с поврежденной эмалью, пластмассовую и столовые приборы из алюминия».

  1. Практическая часть

2.1 Социологический опрос

Далее я решила выяснить, почему хозяйки используют алюминиевую посуду: не знают о ее вреде или не считают эту информацию существенной? Для ответа на этот вопрос мной был проведён социологический опрос об использовании алюминиевой посуды в быту.

Выводы по социологическому опросу:

  1. 68 % опрошенных знают, о недостатках алюминиевой посуды.

  2. Несмотря, на то, что население знает, о вреде алюминиевой посуды, алюминиевая посуда находится на 2 месте по использованию.

  3. 27% знают, что использовать алюминиевую посуду нельзя.

  4. 57% знают, какую пищу можно готовить в алюминиевой посуде, без вреда организму.

  5. 65% опрошенных знают, как правильно ухаживать за алюминиевой посудой.

  6. И почти половина опрошенных не знает, что алюминиевую посуду запрещено использовать в детских садах и школах.

Социологический опрос показал, что население очень плохо осведомлено, о том, что алюминиевая посуда опасна, и что использовать ее больше чем просто, не рекомендовано. И по использованию - эта посуда находится на втором месте после посуды с тефлоновым покрытием!

Столовая «Средней школы №82»

Многие заметили, что в нашей школе пропали алюминиевые ложки. Для того что бы узнать куда же они делись я обратилась к сотрудникам столовой. Оказалось, что все алюминиевые ложки в нашей столовой давно заменили. Из алюминия только лишь тазы для переноса пищи, и кастрюли, но кастрюли из сплава дюралюминия.

2.2 Химический эксперимент

Далее мной были проведены опыты на изучение химических свойств алюминия. Алюминий ‑ активный металл, однако, из-за прочной оксидной пленки его активность мало заметна. Оксидная пленка может быть удалена механическим или химическим путём. И алюминий, и его оксид взаимодействует как с кислотами, так и со щелочами.

Al2О3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3 H2O

Al2О3+ 3H2SO4(разб) = Al2(SO4)3 + 3 H2O

Al2О3 + 6 CH3COOH → 2 (CH3COO)3Аl + 3 H2O

Al2О3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4]

Опыт №1. Алюминий взаимодействует с растворами неорганических и органических кислот, при этом образуется соль и выделяется водород.

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

2Al + 3H2SO4(разб) = Al2(SO4)3 + 3H2

2 Аl + 6 CH3COOH → 2 (CH3COO)3Аl + 3H2

Я решила проделать данную реакцию с раствором лимонной кислоты, испытав ее действие на предмет из данного металла. Я растворила в воде белый кристаллический порошок, купленный в магазине. Через некоторое время после нанесения на посуду лимонной кислоты я увидела пузырьки газа, что является признаком химической реакции.

Вывод: Если алюминий реагирует с кислотами, и в кислой среде он переходит в раствор в виде солей, то приготовление и хранение пищи содержащей к кислотам приведет к тому, что он в виде иона поступит в пищу.

Опыт №2. Алюминий взаимодействует со щелочью, при этом образуется соль и выделяется водород.

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2

Средство для мытья духовок и плит содержит в своём составе каустическую соду, то есть гидроксид натрия. При нанесения этого средства на алюминиевый предмет, достаточно быстро я увидела признаки реакции в виде выделяющегося газа.

Вывод: Если алюминий реагирует со щелочами, и в щелочной среде он переходит в раствор в виде солей, то приготовление и хранение пищи со щелочной реакцией среды приведет к тому, что он в виде иона он так же поступит в пищу.

Опыт №3. Определение среды распространенных пищевых блюд. Мною были проверены индикаторами (лакмусовая бумага) наиболее распространенные блюда и была определена среда этих блюд, которые готовят в нашей столовой, и которые я употребляю дома.

(Приложение №3)

Вывод: Мною было обнаружено, что различные блюда имеют различную реакцию среды. Кислая среда: компот, щи, борщ, мясные блюда, приготовленные с добавлением томатного соуса, квашеная капуста. Щелочная реакция среды: манная, рисовая, пшенная, гречневая каша, картофельное пюре, суп вермишелевый на курином бульоне.

Следовательно, приготовление пищи в посуде из алюминия приводит к тому, что в виде ионов алюминий будет попадать в неё и в организм, накапливаться и оказывать негативное влияние на здоровье человека.

Опыт №4. Алюминий реагирует с водой, при этом выделяется водород и образуется нерастворимый гидроксид алюминия.

2Al + 6H2O = 2 Al(OH)3 ↓ + 3H2

В течении 15 минут кипятила воду в алюминиевой кастрюле, затем остудила раствор и проверила его прозрачность.

Наблюдения: Никаких изменений в пробе воды, которая кипятилась в алюминиевой посуде, не наблюдала. Проделывая этот опыт, я убедилась, что оксидная пленка на металле защищает его от взаимодействия с водой, так оксид алюминия в воде не растворяется и не реагирует с ней.

Вывод: впосуде, целостность которой не нарушена можно кипятить воду, но при приготовлении пищи, имеющей кислую или щелочную среду, оксидная плёнка будет разрушаться, и кроме прочих реакций алюминий будет реагировать с водой.

Вывод по практической части:

Алюминий не любит контакта с кислотами и щелочами. Потому, что кислоты и щелочи, содержащиеся в продуктах, разрушают защитную пленку, при этом ионы металла переходят в пищу. Щи, кисель, компот или мясо в кисло-сладком соусе как раз и есть такие реактивы, которые имеют, кислую среду, а молоко имеет щелочную реакцию. В результате в наши блюда со стенок кастрюль переходят соединения, не предусмотренные кулинарными рецептами. Нельзя хранить продукты в алюминиевой посуде.

Заключение

1. Социологический опрос показал, что более половины опрошенного населения знает, о том, что алюминиевая посуда небезопасна, но все равно продолжают ее использовать.

2. Опытным путем подтвержден факт, что алюминий взаимодействует с кислотами и щелочами, а следовательно через пищу, приготовленную в посуде из алюминия ионы алюминия будут переходить в организм человека.

3. При кипячении воды, переход алюминия не наблюдается, так как вода нейтральна, а алюминий покрыт плотной оксидной пленкой, которая предотвращает контакт металла с водой.

5. Алюминиевая посуда непригодна для приготовления и хранения в ней продуктов питания, имеющих кислую и щелочную реакцию среды, ионы алюминия будут переходить в пищу.

6. Нужно, как можно чаще поднимать проблему, о вреде алюминия, для того что бы население понимало всю опасность не правильного использования этой посуды.

Список литературы

  1. Скальный А. В Химические элементы в физиологии и экологии Человека. - М. : Издательский дом «ОНИКС 21 век», 2004

  2. Сайт «Страна мам» Статья «Вредная посуда». Эмалированная, нержавейка, алюминиевая". Вредная посуда. Эмалированная, нержавейка, алюминиевая.

  3. "Центр здорового питания. Знай что есть!" http://eat-info.ru/references/microelements/alyuminiy/

  4. http://zavodfoto.livejournal.com/638887.html "Промышленность России"

  5. "Российская газета" "Новые санитарные норма в детских садах" 8 сентября 2010 год.

  6. http://n-t.ru/ri/ps/pb013.htm«Популярная библиотека химических элементов»

  7. Пищевые добавки. Организм человека: Универсальный иллюстрированный справочник для всей семьи.- М: Маршалл Кавердиш,2004.-(серия «Древо познания»)

  8. Свободная энциклопедия «Википедия»/ http://ru.wikipedia.org/

Приложения

Приложение №1

Вопросы для социологического опроса

Какую посуду вы используете дома?

  1. алюминиевая

  2. чугунная

  3. из нержавеющей поверхности

  4. с тефлоновым покрытием

  5. эмалированную

Знаете ли вы о недостатках алюминиевых кастрюль?

  1. да

  2. нет

Можно ли использовать алюминиевую посуду?

  1. да

  2. нет

Знаете ли вы, какую пищу можно готовить в алюминиевой посуде, без вреда организму человека?

  1. да

  2. нет

Можно ли в алюминиевой посуде готовить молочную кашу?

  1. да

  2. нет

Знаете ли вы, что алюминиевая посуда запрещена к использованию в детских садах, школах?

  1. да

  2. нет

Можно ли в алюминиевой посуде варить морс, компот, борщ?

  1. да

  2. нет

Результаты социологического опроса

Какую посуду Вы используете дома?

Знаете ли Вы, о недостатках алюминиевых кастрюль?

Как вы считаете можно ли использовать алюминиевую посуду?

Знаете ли Вы, какую пищу можно приготовить в алюминиевых кастрюлях без вреда организму человека?

Знаете ли Вы как правильно ухаживать за алюминиевой посудой?

Знаете ли вы, что алюминиевая посуда запрещена в детских садах и школах?

Приложение №2

Фотографии проведенных опытов.

Взаимодействие алюминия с кислотами.

Взаимодействие алюминия со щелочами.

Приложение №3

Определение реакции среды блюд

Приложение №4

Советы хозяйкам

  1. В алюминиевой посуде, без вреда для здоровья, можно кипятить только чистую воду.

  2. Пользоваться алюминиевой посудой постоянно нельзя, так как ионы алюминия могут накапливаться в организме человека, что способствует ухудшению здоровья человека.

  3. Нельзя готовить в алюминиевой посуде молочные блюда и блюда из овощей и фруктов.

  4. Нельзя готовить в алюминиевой посуде различные маринады с добавлением уксусной и лимонной кислот.

  5. Нельзя хранить питьевую воду долгое время в алюминиевой посуде.

  6. Нельзя хранить различные крупы в алюминиевой посуде.

  7. Ни в коем случае не годится она и для варки диетических блюд и детского питания.

  8. Нельзя мыть алюминиевую посуду металлическими щетками и мочалками и абразивными чистящими веществами, так как они разрушают оксидную пленку.

  9. Если кастрюля очень загрязнена, то ее можно вымыть содовым раствором (ложка на литр воды), грязь уйдет вместе с растворенной пленкой, а на их месте образуется новая и чистая.