Глава 11. ЕКОЛОГИЧНИ АСПЕКТИ НА ХИМИЧНИТЕ ЕЛЕМЕНТИ

Глава 11. ЕКОЛОГИЧНИ АСПЕКТИ НА ХИМИЧНИТЕ ЕЛЕМЕНТИ

Химическите елементи са един от компонентите на екологичния портрет на човека.

А.В. Роки

11.1. ТЕКУЩИ ПРОБЛЕМИ НА УСТОЙЧИВОТО РАЗВИТИЕ НА БИОСФЕРАТА НА РУСИЯ

Антропогенно замърсяване заобикаляща средаоказва значително влияние върху здравето на растенията и животните (Ermakov V.V., 1995). Годишното производство на растителност на земната земя преди нарушаването й от хората е било близо 172 10 9 тона сухо вещество (Bazilevich N.I., 1974). В резултат на въздействието естественото му производство сега е намаляло с не по-малко от 25% (Panin M.S., 2006). В публикациите на V.V. Ермакова (1999), Ю.М. Захарова (2003), И.М. Donnik (1997), M.S. Панина (2003), Г.М. Хоув (1972), Д.Р. Бъркит (1986) и други показват нарастващата агресивност на антропогенните въздействия върху околната среда (ЕО), протичащи на териториите на развитите страни.

В.А. Още през 1976 г. Ковда предоставя данни за връзката между естествените биогеохимични цикли и антропогенния принос в природните процеси; оттогава техногенните потоци са се увеличили. Според неговите данни биогеохимичните и техногенните потоци на биосферата се оценяват със следните стойности:

Според Световната здравна организация (СЗО) от известните над 6 млн химични съединенияизползват се до 500 хил., от които 40 хил. имат вредни за човека свойства, а 12 хил. са токсични. Към 2000 г. потреблението на минерални и органични суровини рязко нараства и достига 40-50 хиляди тона на жител на Земята. Съответно се увеличават обемите на промишлени, селскостопански и битови отпадъци. В началото на 21 век антропогенното замърсяване доведе човечеството до ръба на екологична катастрофа (Ermakov V.V., 2003). Ето защо анализът на екологичното състояние на руската биосфера и търсенето на начини за екологично възстановяване на нейната територия са много актуални.

В момента предприятията в минната, металургичната, химическата, дървообработващата, енергетиката, строителните материали и други отрасли на Руската федерация генерират около 7 милиарда тона отпадъци годишно. Използват се само 2 милиарда тона, или 28% от общия обем. В тази връзка само в депата и шламохранилищата на страната са натрупани около 80 милиарда тона твърди отпадъци. Около 10 хил. хектара земя, годна за земеделие, се отчуждава годишно за депа за тяхното съхранение. Най-големият бройотпадъци се получават при добива и обогатяването на суровини. Така през 1985 г. обемът на откривката, свързаните скали и отпадъците от обогатяването в различни индустрии на СССР е съответно 3100 и 1200 милиона m 3. Голямо количество отпадъци се генерират в процеса на добив и преработка на дървесни суровини. В обектите за дърводобив отпадъците представляват до 46,5% от общия обем извозена дървесина. У нас годишно се генерират над 200 млн. м3 дървесни отпадъци. Малко по-малко отпадъци се произвеждат в предприятията на черната металургия: през 1984 г. производството на огнена течна шлака възлиза на 79,7 милиона тона, включително 52,2 милиона тона доменна пещ, 22,3 милиона тона производство на стомана и 4,2 милиона тона феросплави. В света годишно се топят приблизително 15 пъти по-малко цветни метали от черните метали. Въпреки това, при производството на цветни метали по време на обогатяването на рудата се образуват от 30 до 100 тона натрошен хвост на 1 тон концентрати, а по време на топенето на рудата

за 1 тон метал - от 1 до 8 тона шлака, утайки и други отпадъци (Dobrovolsky I.P., Kozlov Yu.E. et al., 2000).

Всяка година химическата, хранително-вкусовата промишленост, производството на минерални торове и други индустрии произвеждат повече от 22 милиона тона отпадъци, съдържащи гипс, и около 120-140 милиона тона утайки от отпадъчни води (сухи), около 90% от които се получават чрез неутрализиране на промишлени отпадъчни води. Повече от 70% от купчините отпадъци в Кузбас са класифицирани като горящи. На разстояние няколко километра от тях концентрациите на SO 2, CO, CO 2 във въздуха са значително повишени. В почвите и повърхностните води рязко нараства концентрацията на тежки метали, а в районите на уранови мини - на радионуклиди. Откритият добив води до нарушения на ландшафта, които са сравними по мащаб с последствията от големи природни бедствия. По този начин в района на минните работи в Кузбас се образуваха многобройни вериги от дълбоки (до 30 m) повреди, простиращи се на повече от 50 km, с обща площ до 300 km 2 и обем на повреда от повече от 50 милиона m 3.

В момента огромни площи са заети от твърди отпадъци от топлоелектрически централи: пепел, шлака, подобни по състав на металургичните отпадъци. Годишното им производство достига 70 милиона тона. Степента на тяхното използване е в рамките на 1-2%. Според министерството природни ресурсиРуската федерация, общата площ на земята, заета от отпадъци от различни индустрии, обикновено надвишава 2000 km 2.

Повече от 40 милиарда тона суров петрол се произвеждат годишно в света, от които около 50 милиона тона петрол и петролни продукти се губят по време на производството, транспортирането и преработката. Нефтът се счита за един от най-разпространените и най-опасни замърсители в хидросферата, тъй като около една трета от него се произвежда на континенталния шелф. Общата маса на нефтопродуктите, влизащи в моретата и океаните годишно, се оценява приблизително на 5-10 милиона тона.

Според NPO Energostal степента на пречистване на отпадъчните газове от прах от черната металургия надвишава 80%, а степента на използване на твърди продукти за възстановяване е само 66%. В същото време коефициентът на използване на прах и шлака, съдържащ желязо, е 72%, докато за други видове прах е 46%. Почти всички предприятия както на металургичните, така и на топлоелектрическите централи не решават проблемите с почистването на агресивни нископроцентни газове, съдържащи сяра. Емисиите на тези газове в СССР възлизат на 25 милиона тона. Емисии на сяросъдържащи газове в атмосферата само от въвеждане в експлоатация на газопречиствателни блокове на 53 енергоблока в страната

между 1975 и 1983 г. намалява от 1,6 на 0,9 милиона тона. Проблемите с неутрализирането на галваничните разтвори са слабо решени. Още по-бавно вървят въпросите относно обезвреждането на отпадъците, генерирани по време на неутрализацията и преработката на отработени ецващи разтвори, химически производствени разтвори и отпадъчни води. В руските градове до 90% от отпадъчните води се изхвърлят в реки и резервоари в непречистена форма. В момента са разработени технологии, които позволяват превръщането на токсичните вещества в нискотоксични и дори биологично активни, които могат да се използват в селското стопанство и други индустрии.

Съвременните градове отделят около 1000 съединения в атмосферата и водната среда. Автомобилният транспорт заема едно от водещите места в замърсяването на въздуха в градовете. В много градове изгорелите газове са 30%, а в някои - 50%. В Москва около 96% от CO, 33% от NO 2 и 64% от въглеводородите навлизат в атмосферата чрез автомобилния транспорт.

Въз основа на факторите на въздействие, тяхното ниво, продължителност на действие и зона на разпространение, природно-техногенните биогеохимични провинции на Урал се класифицират като територии с най-голяма степен на екологично бедствие (Ermakov V.V., 1999). През последните години Уралският регион заема водеща позиция по количество общи емисии на вредни вещества в атмосферата. Според А.А. Malygina et al., Урал е на първо място в Русия по замърсяване на въздуха и водата и на второ място по замърсяване на почвата. Според Държавния статистически комитет на Русия Свердловска област в Уралския регион представлява 31% от всички вредни емисии и същия обем замърсени отпадъчни води. Делът на Челябинска област в замърсяването на региона е 25, Башкортостан - 20, Пермска област - 18%. Предприятията на Урал обезвреждат 400 милиона тона токсични отпадъци от всички класове на опасност.

Челябинска област е един от най-големите производители на черни метали в страната. В него има 28 металургични предприятия. За да ги осигурят суровини, в региона работят повече от 10 минни и преработвателни предприятия. Към 1993 г. металургичните предприятия в региона са натрупали около 180 милиона тона шлака от доменни пещи, 40 милиона тона шлака от стомана и повече от 20 милиона тона шлака от производство на ферохром, както и значително количество прах и утайки. Установена е възможността за рециклиране на отпадъците в различни строителни материали за нуждите на националната икономика. В района на Челябинск се образува 3 пъти повече

отпадъци на глава от населението, отколкото в Русия като цяло. В депата на региона са натрупани над 2,5 милиарда м3 различни скали, 250 милиона тона шлака и пепел от ТЕЦ. От общия обем откривка се обработват само 3%. В металургичните предприятия от 14 милиона тона годишно генерирана шлака се използват само 40-42%, от които 75% е шлака от доменни пещи, 4% е стомана, 3% е феросплав и 17% е шлака от цветна металургия , а пепелта от ТЕЦ е само около 1%. Според I.A. Мякишев, през 1997 г. в атмосферата на Челябинск са изпуснати 74 736 тона газообразни и течни емисии.

Нарушаването на микро- и макроелементната хомеостаза в организма се определя от естествено-техногенно замърсяване на биосферата, което води до образуването на широки зони на техногенна микроелементоза около териториално-промишлени комплекси. Застрашава се здравето не само на хората, пряко участващи в производствения процес, но и на живеещите в близост до предприятията. По правило те имат по-слабо изразена клинична картина и могат да приемат латентна форма на определени патологични състояния. Доказано е, че в близост до промишлени предприятия, разположени в града сред жилищни райони, концентрациите на олово превишават фоновите стойности с 14-50 пъти, цинк с 30-40 пъти, хром с 11-46 пъти и никел с 8-63 пъти .

Челябинск е един от 15-те руски града с постоянно повишени нива на замърсяване на въздуха и е на 12-то място. Анализът на екологичната ситуация и здравословното състояние на населението на Челябинск позволи да се установи, че по отношение на нивата на замърсяване Челябинск принадлежи към „зоните на извънредна екологична ситуация“. Продължителността на живота е с 4-6 години по-малка в сравнение с подобни показатели в Русия (виж фиг. 10.6).

Жителите, живеещи дълго време в условия на естествено и причинено от човека замърсяване, са изложени на необичайни концентрации химически елементи, осигуряване забележимо влияниевърху тялото. Една от проявите е промяна в състава на кръвта, причината за която е нарушение на доставката на желязо и микроелементи (Cu, Co) в организма, свързано както с ниското им съдържание в храната, така и с високото съдържание на съединения в храната, които пречат на усвояването на желязото в стомашно-чревния тракт.

При наблюдение на биологични и ветеринарни параметри в 56 ферми в различни региони на Урал (Donnik I.M., Shkuratova IA, 2001) бяха условно идентифицирани пет варианта на територии, различаващи се по екологични характеристики:

Територии, замърсени с емисии от големи промишлени предприятия;

Територии, замърсени в резултат на дейността на ПА Маяк с дългоживеещи радионуклиди - стронций-90 и цезий-137 (източноуралска радиоактивна следа - EURT);

Територии, подложени на натиск от промишлени предприятия и в същото време разположени в зоната на EURT;

Геохимични провинции с високо естествено съдържание на тежки метали (Zn, Cu, Ni) в почвата, водата, както и аномални концентрации на радон-222 в подземния въздух и вода;

Територии, които са относително благоприятни в екологично отношение, свободни от промишлени предприятия.

11.2. ЕКОЛОГИЧНО-АДАПТИВЕН ПРИНЦИП НА УСТОЙЧИВО РАЗВИТИЕ НА БИОСФЕРАТА

Разнообразието на почвените и водните ресурси в Русия по отношение на агрохимичните и агрофизичните показатели и тяхното замърсяване с различни природни и изкуствени замърсители е бариера, която пречи на тялото да осигури на тялото балансиран микро- и макроелементен състав в биологично активен , нетоксична форма. Геохимичната екология изучава механизмите на биологичното действие на микро- и макроелементите, както и токсичните приложения в медицината, животновъдството и растениевъдството.

Основната задача на геохимичната екология е да изясни процесите на адаптиране на организмите към условията на околната среда (адаптация), процесите на миграция на химични елементи, формите на миграция и влиянието на техногенните процеси, да изследва точките на приложение на химичните елементи на среда към метаболитни процеси, идентифициране на причинно-следствените зависимости на нормалните и патологични реакции на организмите от факторите на околната среда среда. В естествени условия и в експеримент представляват крайната цел на този раздел на екологията

(Ковалски V.V., 1991).

Геохимична екология - това е област на системната екология, където основният фактор на влияние е химичен елемент и е разделен на специални области според обекта на въздействие: геохимична екология на хората, растенията и животните.Съвременната екология е интегрираща наука (Reimers N.F., 1990). Той свързва екологията с 28 природни науки.

Техногенното замърсяване на околната среда оказва влияние върху продължителността на живота на населението. В момента раждаемостта на населението не винаги надвишава смъртността. В условията на Южен Урал смъртността е 16 на 1000 души (Шепелев В.А., 2006).

Сегашният етап от еволюцията на биосферата представлява етап на корекция на техногенната дейност на човека и началото на появата на интелигентни ноосферни технологии (Ермаков В.В., 2003). Постигането на устойчиво развитие зависи преди всичко от създаването и развитието на екологично приемливи технологии в промишлеността и селското стопанство. Медицината и селското стопанство трябва да преминат към стратегия за адаптиране към биосферата, според която е необходимо да се вземат предвид биохимичните характеристики на територията и основните екологични принципи, които управляват самовъзпроизвеждането на живите системи. Екологично-адаптивен принцип - основният принцип, който позволява на естествените екосистеми да поддържат стабилно състояние за неопределено време, е, че възстановяването и обезвреждането на отпадъците се извършва в рамките на биогеохимичния цикъл на химичните елементи.Тъй като атомите не възникват, не се трансформират един в друг и не изчезват, те могат безкрайно да се използват за хранителни цели, намирайки се в голямо разнообразие от съединения, и техният запас никога няма да бъде изчерпан. Цикълът на елементите, съществувал от векове, включваше само биогенни елементи. Но извличането от земните недра през последните десетилетия и разпръскването в биосферата на необичайни за живите организми химични елементи доведе до включването им в биогеохимични цикли с участието на хора и животни.

След Конференцията на ООН за околната среда и развитието в Рио де Жанейро през 1992 г., устойчивото развитие се превърна в основна перспектива за национални и международни стратегии за развитие в областта на опазването на околната среда. Устойчивото развитие е процес на промяна, при който експлоатацията на ресурсите, посоката на инвестициите, ориентацията на технологичното развитие трябва да са в хармония помежду си, за да отговорят на нуждите на хората, както сега, така и в бъдеще. Стратегията за устойчиво развитие е насочена към задоволяване на основните потребности на хората чрез осигуряване на икономически растеж в рамките на екологичните граници (виж диаграмата), представени от един от най-важните аспекти в областта на екологичната медицина - проблемът за възстановяване на околната среда. Първият етап на устойчиво

ново развитие е разработването на конкретни проекти, които могат да се превърнат в мощна алтернатива на настоящия модел на развитие. През 2002 г. е извършена международна конференция„Устойчиво развитие на Челябинск и региона“, в който пилотен проект за използването на фосфорсъдържащи метални комплексонати беше признат за един от приоритетите. Най-важният етап от възстановяването на околната среда е разработването и внедряването на система за предотвратяване на възникването на причинени от човека аномалии. Нискоотпадъчни технологии за регенериране и обезвреждане на промишлени отпадъци, неорганични киселини и соли на преходни метали, използващи хелатни агенти за пречистване на промишлени разтвори за получаване на метални комплексонати за медицината, селското стопанство и промишлеността; технологиите за пречистване на хидролитична киселина, които ще намалят обема на отпадъчните води, твърдите и газообразните отпадъци, трябва да бъдат широко внедрени. Тези иновации ще намалят обема на отпадъчните води 2 пъти, общото съдържание на соли - 4-5 пъти, титан, желязо и алуминий - 10-13 пъти, магнезий - 5-7 пъти. Технологиите позволяват получаването на редкоземни метали с висока чистота (Zholnin A.V. et al., 1990).

Актуалността на проблема за здравето на хората и животните във връзка с екологичната ситуация е очевидна. Решението на този проблем е насочено към създаване на основа за технологични решения, реализирани под формата на компактни индустрии, чиито продукти задействат компенсаторния механизъм на природните комплекси на индивида. биологични видове. Този подход ви позволява да използвате потенциалните възможности

природата чрез оптимална саморегулация, т.е. единственото решение на проблемите е да се повиши ефективността на самозащита на биологичната система и природната среда от вредни за околната среда фактори чрез използване на готови технологични продукти, които задействат механизми за самозащита.

Първите изследвания на биосферата са извършени от Жорж Кювие (19 век). Той е първият, който свързва еволюцията на земната фауна с геоложките катастрофи. Това допринесе за формирането на по-нататъшни идеи за комбинацията от еволюционно и спазматично развитие, както и за биогеохимичното единство на местообитанието.

ния и живите организми. Въпреки съвременните опити за класификация на химичните елементи, ние се придържаме към количествените характеристики, дадени от V.I. Вернадски и след това A.P. Виноградов. Понастоящем учението за макро- и микроелементите се е развило значително и натрупаните знания за свойствата и биологичната роля на химичните елементи са концентрирани в ново научно направление - „елементология“, чийто прототип се съдържа в бион органична химия(Жолнин А.В., 2003).

В условията на екологичен дистрес, обещаващо направление е екологично-адаптивният принцип, чиято цел е да коригира състоянията на дезадаптация с помощта на леки адаптогени, антиоксиданти, имунотропни агенти, които подобряват състоянието на функционалните системи, участващи в биотрансформацията на елементите и детоксикацията на тялото. Предотвратяването и коригирането на метаболитни нарушения с помощта на фосфорсъдържащи метални комплексонати е много ефективно (Жолнин А.В., 2006). Усвояемостта на микро- и макроелементите се повишава до 90-95%. Използването на микро- и макроелементи под формата на неорганични съединения не е достатъчно ефективно, тъй като те са в биологично неактивна форма. Усвояемостта им при тези условия е в рамките на 20-30%, в резултат на което дори при достатъчно дозирана и продължителна употреба не се задоволяват нуждите на организма от микро- и макроелементи. Анализът на взаимодействието между техносферата и биосферата ни позволява да ги разглеждаме заедно като единна система- екосферата, в която са концентрирани всички съвременни социално-, еколого-икономически проблеми. Принципите на целостта са много важни за разбирането на проблемите на съвременната екология, основните от които са издръжливостта на живата природа и зависимостта на човешкото общество от нея. Човечеството трябва да се научи да живее в хармония с природата, с нейните закони и трябва да може да предвиди въздействието на последствията от своята дейност върху биологичните системи на всички нива, включително екосферата.

Въз основа на представеното кратък прегледеколого-биогео-химична ситуация в Русия, няма съмнение за необходимостта от възприемане на нов методологичен подход към изследването на естествено-аномално и причинено от човека замърсяване на биосферата, различно в пътищата на навлизане в тялото, токсичност, концентрация, форми, продължителност на действие, биохимични реакции на телесните системи в отговор на действието на замърсителите.

11.3. БИОГЕОХИМИЧНИ ПРОВИНЦИИ

Последица от техногенезата като мощен антропогенен фактор, отразяващ състоянието на технологиите на обществото, е отстраняването (концентрацията) на някои химични елементи (Au, Ag, Pb, Fe) и дисперсията на други (Cd, Hg, As, F, Pb , Al, Cr) в биосферата или комбинация от двата процеса едновременно.

Локализацията и интензивността на навлизане на техногенни потоци от химични елементи определят образуването причинени от човека аномалииИ биогеохимични провинции(BGHP) с различна степен на екологичен стрес. В рамките на такива територии възникват патологични разстройства при хора, животни и растения под въздействието на токсични вещества.

IN съвременни условияПри непрекъснато нарастващата техногенна трансформация на природата принципът на адекватност на използваните материали и технологии, продуктивността и ресурсите на биосферата е от кардинално значение. Биогенната миграция на химични елементи не е неограничена. Тя се стреми към максималното си проявление в определени граници, съответстващи на хомеостазата на биосферата като основно свойство на нейното устойчиво развитие.

Концепцията за „биогеохимична провинция“ е въведена от академик A.P. Виноградов: „Биогеохимичните провинции са области на земята, които се различават от съседните региони по съдържанието на химични елементи в тях и в резултат на това предизвикват различни биологични реакции от местната флора и фауна. В резултат на рязък недостатък или излишък на съдържанието на който и да е елемент в рамките на даден BGCP, биогеохимичен ендемичен- заболяване на хората, растенията и животните.

Териториите, в които хората, животните и растенията се характеризират с определен химичен елементен състав, се наричат ​​биогеохимични провинции.

Биогеохимичните провинции са таксони от трети ред на биосферата - територии с различни размери в подрегиони на биосферата с постоянни характерни реакции на организмите (например ендемични заболявания). Патологични процеси, причинени от дефицит, излишък и дисбаланс на микроелементи в организма A.P. Avtsyn (1991) ги нарича микроелементози.

Неравномерното разпределение на химичните елементи в пространството е характерно свойство на геохимичния строеж земната кора. Значителни и стабилни отклонения в съдържанието

на всеки елемент в определен регион се наричат геохимични аномалии.

За да характеризира разнородността на химичните елементи в земната кора, V.I. Вернадски използва Концентрация на КларкК до:

където А е съдържанието на елемента в скала, руда и др.; К сряда - средната кларк стойност на елемент в земната кора.

Средната кларк стойност на даден елемент в земната кора характеризира т.нар геохимичен фон.Ако концентрацията на кларк е по-голяма от единица, това показва обогатяване на елемента, ако е по-малка, това означава намаляване на съдържанието му в сравнение с данните за земната кора като цяло. Находищата с подобни аномалии са обединени в биогеохимични провинции. Биогеохимичните провинции могат да бъдат изчерпани във всеки елемент(К до< 1), толкова обогатен от него(Кк > 1).

Различават се два вида биогеохимични провинции – природни и техногенни. Техногенните провинции се формират в резултат на разработването на рудни находища, емисиите от металургичната и химическата промишленост и използването на торове в селското стопанство. Естествените биогеохимични провинции се формират в резултат на дейността на микроорганизмите, така че трябва да обърнете внимание на ролята на микроорганизмите в създаването на геохимичните характеристики на околната среда. Дефицитът и излишъкът на елементи може да доведе до образуването на биогеохимични провинции, причинени както от дефицит на елементи (йод, флуор, калций, мед и други провинции), така и от техния излишък (бор, молибден, флуорид, никел, берилий, мед и др. .). Проблемът с дефицита на бром в континенталните региони, планинските региони и излишъка на бром в крайбрежните и вулканичните пейзажи е интересен и важен.

От биогеохимична гледна точка, редица зони на екологично напрежение могат да се разглеждат като биогеохимични провинции - локални области на биосферата - с рязка промяна в химичния елементен състав на околната среда и организмите с нарушаване на местните биогеохимични цикли на жизненоважни химични елементи , техните съединения, асоциации и проявата на патологични специфични реакции. В раздела е разгледана класификацията на биогеохимичните провинции според екологичното състояние на териториите.

В съответствие с генезиса си БГКП се делят на първични, вторични, природни, природно-техногенни и техногенни и териториални.

ториално те могат да бъдат зонални, азонални в рамките на регион и подрегион.Екологичният анализ на BGCP според факторите на въздействие и района на разпространение показва, че най-неблагоприятните от екологична гледна точка в Русия са следните азонални и субрегионални провинции:

Полиметални с доминиращи асоциации Cu-Zn, Cu-Ni, Pb-Zn, Cu-Ni-Co (Южен Урал, Башкортостан, Чара, Норилск, Медногорск);

Провинции на никел (Норилск, Мончегорск, Никел, Полярни, Заполярие, Тува);

Олово (Алтай, Кавказ, Забайкалия);

Меркурий (Алтай, Саха, Кемеровска област);

С излишък на флуор (Кировск, Източна Забайкалия, Красноярск, Братск);

Подрегионални провинции с високо съдържание на бор и берилий (Южен Урал).

От природните и естествено-техногенните биогеохимични провинции с излишък на мед, никел и кобалт в околната среда и животинските организми трябва да се отбележат редица местни територии на Урал. Тези провинции привлякоха вниманието на учените още през 50-те години на 20 век. По-късно южноуралският подрегион на биосферата беше проучен по-подробно. Идентифициран е като самостоятелен биогеохимичен таксон въз основа на следните фактори: наличието на разнородни металогенни пояси - медна руда и смесена медна руда, обогатяващи почвата с микроелементи като Cu, Zn, Cd, Ni, Co, Mn, което води до различни реакции на тялото към излишък от тези елементи , И географско местоположениеподрегион на биосферата, характеризиращ се с климатично единство. Експлоатацията на Cu-Zn и Ni-Co находища в биосферния субрегион в продължение на почти век доведе до формирането на техногенни провинции, които се открояват на нивото на съвременното геохимично състояние на биосферата.

В този подрегион са идентифицирани медно-цинковата биогеохимична провинция Баймак (Баймак, Сибай), както и провинциите Юлдибаевская и Халиловская Ni-Co-Cu. В пасищните растения от първа провинция концентрацията на мед и цинк в пасищните растения варира между 14-51 (мед) и 36-91 (цинк) mg/kg сухо вещество. Съдържанието на метал в растенията от други провинции е: 10-92 (никел), 0,6-2,4 (кобалт), 10-43 (мед) mg/kg. В южните райони на Челябинска област съдържанието на селен в почвите и растенията

много ниско (0,01-0,02 mg/kg), следователно в тези райони животните са заразени с бяла мускулна болест.

В районите на Челябинска област (Nagaibaksky, Argayashsky, околностите на градовете Plast, Kyshtym, Karabash) съдържанието на селен в почвата, водата и фуража е високо - до 0,4 mg / kg или повече (Ermakov V.V., 1999) . Концентрациите на метали в растенията, растящи в района на металургичните предприятия (Медногорск), очевидно са по-значителни. Като се имат предвид честите случаи на медни и никелови токсикози сред животните (медна жълтеница, хиперкупроза, никелова екзематозна дерматоза, никелова кератоза, некроза на крайниците) и биогеохимични критерии за никел, разглежданите биогеохимични провинции могат да бъдат класифицирани като рискови и кризисни зони (Ermakov V.V. , 1999; Грибовски G.P., 1995).

В Урал има геохимични аномалии на зоните за добив на злато, характеризиращи се с естествено освобождаване на соли на тежки метали в почвата и водата. В тези зони естественото съдържание на арсен достига 250 MPC, олово 50 MPC, съдържанието на живак и хром в почвите е повишено. Зоната на Соймановската долина от град Миас до град Кищим, включително град Карабаш, е богата на разкрития на мед, цинк и олово на повърхността на почвения слой, достигащи над 100 MPC. Разкритията на кобалт, никел и хром се простират по протежение на целия регион, като понякога създават до 200 MPC за земеделски почви. Характеристиките на природните и причинени от човека аномалии в Южен Урал формират геохимични провинции на нейната територия, чийто елементен състав може да окаже значително влияние върху елементарния състав на питейната вода, животните, растенията и хората.

Изследването на техногенните провинции е нов, изключително сложен научен проблем, чието решение е необходимо за обща екологична оценка на функционирането на биосферата в съвременната епоха и търсенето на по-рационални технологии. Сложността на проблема се състои в необходимостта от разграничаване на техногенни и природни потоци и форми на миграция на химични елементи, взаимодействие на техногенни фактори и проява на непредвидени биологични реакции в организмите. Трябва да припомним, че именно това научно направление, заедно с геохимичната екология, допринесе у нас за развитието на учението за микро- и макроелементната хомеостаза и тяхната корекция. Според V.I. Вернадски, водещият фактор в биосферата е химическият - „Подхождайки геохимично и изучавайки геоложките явления, ние обхващаме цялата природа около нас в един и същи атомен аспект.“ Под негово влияние формирането

Възникна нова област на знанието - "геохимична среда и здраве"

(Ковалски V.V., 1991).

В районите Карталински и Бредински на Челябинска област при говедата често се среща епидемична остеодистрофия, причинена от нарушения на фосфорно-калциевия метаболизъм. Причината за заболяването е излишъкът от стронций, барий и никел. Премахването на дефицита на калций и фосфор ви позволява да спрете заболяването. В Сосновски район на Челябинска област е открит дефицит на мед, цинк, манган и йод при говеда. Биологичните системи на много територии на Челябинска област имат високо съдържание на желязо. Съответно се увеличава биотичната концентрация на мед, манган и витамин Е в дажбата на животните. Следователно излишъкът от желязо може да доведе до развитие на дефицит на тези елементи в организма с клинични прояви. Например, репродуктивната функция на тялото е нарушена.

Получените данни показват уместността на зоналното картографиране на териториите според биогеохимичния принцип със съставянето на база данни за екологичния портрет на населението, селскостопанските животни и растения. Натрупването на статистически знания ще ни позволи да преминем към прилагането на еколого-адаптивния принцип, т.е. към разработването и прилагането на набор от регионални мерки за премахване на дезадаптацията на биологичните системи в райони с различна степен на токсичен и прооксидантен натиск. Такава информация ще бъде търсена не само от медицинските институции, но и от станциите за мониторинг на околната среда, курортните институции, демографските служби, институтите и организациите на агропромишления комплекс.

11.4. ЕНДЕМИЧНИ ЗАБОЛЯВАНИЯ

Наред със заболяванията, причинени от антропогенни фактори на замърсяване на околната среда (техногенни), има заболявания, свързани с характеристиките на биогеохимичните провинции (естествено-аномални).

Болести и синдроми, в етиологията на които основната роля играе липсата на хранителни вещества (съществено)елементи или излишък както на биогенни, така и на токсични микроелементи, както и техния дисбаланс, включително анормални съотношения на микро- и макроелементи

ментите са представени от работната класификация на човешките микроелементози (Таблица 11.1).

Установено е, че в някои биогеохимични провинции има излишък или дефицит на определени микроелементи, не се осигурява балансирано минерално хранене на организма, което води до възникване на заболявания в тази област.

Болестите, причинени от излишък или дефицит на елементи в определена област, се наричат ​​ендемични заболявания.Те са ендемични по природа. Симптомите на заболяването - хипомикроелементоза - са представени в таблица. 11.2.

Таблица 11.1.Човешки микроелементози

Таблица 11.2.Характерни симптоми на дефицит на химични елементи в човешкото тяло

Както следва от таблицата, при липса на желязо в организма се развива анемия, тъй като е част от хемоглобина на кръвта. Дневният прием на този елемент в тялото трябва да бъде 12 mg. Излишното желязо обаче причинява сидероза на очите и белите дробове, което е свързано с отлагането на железни съединения в тъканите на тези органи в Урал в планинските райони на Сатка. В Армения почвите имат високо съдържание на молибден, така че 37% от населението страда подагра.Липсата на мед в организма води до разрушаване на кръвоносните съдове, патологичен растеж на костите и дефекти в съединителната тъкан. В допълнение, дефицитът на мед допринася за рак при по-възрастните хора. Излишната мед в органите (хипермикроелементоза) води до психични разстройства и парализа на някои органи (болест на Уилсън).Дефицитът на мед причинява мозъчни заболявания при децата (синдром на Мениес),тъй като мозъкът няма цитохромоксидаза. В Урал недостигът на йод в храната се развива от липсата на йод Болест на Грейвс.В Забайкалия, Китай и Корея населението е засегнато от деформираща артроза (болест на ниво).Характеристика на заболяването е омекотяването и изкривяването на костите. Почвите на тези територии са се увеличили

съдържание на Sr, Ba и редуцирани Co, Ca, Cu. Установена е връзка между намаленото съдържание на Ca и повишеното съдържание на Sr, аналог на калция, който е по-химически активен. Следователно метаболизмът на Ca-Sr в костната тъкан се нарушава по време на заболяване на пикочните пътища. Настъпва вътрешно преразпределение на елементите, калцият се заменя със стронций. В резултат на това се развива стронциев рахит. Замяната на едни елементи с други се дължи на сходството на техните физични и химични характеристики (йонен радиус, йонизационна енергия, координационен номер), разликата в техните концентрации и химична активност. Натрият се заменя с литий, калият с рубидий, барият, молибденът с ванадий. Барият, който има същия радиус като калия, участва в биохимичните процеси. В резултат на тази взаимозаменяемост се развива хипокалиемия. Бариевите йони, проникващи в костната тъкан, причиняват ендемично заболяване Папинг.

11.5. ВЪЗМОЖНИ СЛУЧАИ НА НАРУШЕНИЕ НА МЕТАЛНАТА ЛИГАНДНА ХОМЕОСТАЗА НА ОРГАНИЗМА

Тялото се характеризира с поддържане на концентрацията на метални йони и лиганди на постоянно ниво, т.е. поддържане на равновесието метал-лиганд (хомеостаза метал-лиганд). Нарушаването му е възможно по редица причини.

Първата причина.Тялото получава токсични йони (Mt) от околната среда (Be, Hg, Co, Te, Pb, Sr и др.). Те образуват по-силни комплексни съединения с биолиганди от биометалите. В резултат на по-високата химическа активност и по-ниската разтворимост на получените съединения във възлите на кристалната решетка, заедно с калциев хидроксид фосфат Ca 5 (PO 4) 3 OH и вместо него, съединения на други метали, подобни по свойства на калций (изоморфизъм) могат да се отлагат: берилий, кадмий, барий, стронций. В това конкурентно комплексообразуване за фосфатния йон те превъзхождат калция.

Наличието дори на малки концентрации на тежки метали в околната среда предизвиква патологични промени в организма. Пределно допустима концентрация на кадмиеви съединения в пия водаравно на 0,01 mg/l, берилий - 0,0002 mg/l, живак - 0,005 mg/l, олово - 0,1 mg/l. Берилиевите йони нарушават процеса на инкорпориране на калций в костната тъкан, което води до нейното омекотяване, което води до берилиев рахит (берилиев рахит). Замяна на калциеви йони

стронций води до образуването на по-малко разтворимо съединение Sr 5 (PO 4) 3 OH. Особено опасно е заместването на калциевите йони с радионуклидни йони на стронций-90. Радионуклидът, попаднал в костната тъкан, става вътрешен източник на радиация, което води до развитие на левкемия и саркома.

Hg, Pb, Fe йони са меки киселини и със серните йони образуват по-силни съединения от биометалните йони, които са твърди киселини. По този начин възниква конкуренция за -S-H лиганда между токсиканта и микроелемента. Първият печели конкуренцията, като блокира активните центрове на ензимите и ги изключва от контрола на метаболизма. Металите Hg, Pb, Bi, Fe и As се наричат ​​тиолови отрови. Съединенията на арсен (V) и особено на арсен (III) са много токсични. Химическата токсичност може да се обясни със способността на арсена да блокира сулфхидрилните групи на ензими и други биологично активни съединения.

Втората причина.Тялото получава микроелемент, необходим за живота на тялото, но в много по-високи концентрации, което може да се дължи на характеристиките на биогеохимичните провинции или в резултат на неразумна човешка дейност. Например, за борба с вредителите по гроздето се използват лекарства, чийто активен принцип са медни йони. В резултат на това има повишено съдържание на медни йони в почвата, водата и гроздето. Повишеното съдържание на мед в организма води до увреждане на редица органи (възпаление на бъбреците, черния дроб, миокарден инфаркт, ревматизъм, бронхиална астма). Болестите, причинени от високи нива на мед в тялото, се наричат ​​хиперкупремия. Среща се и професионална хиперкупреоза. Прекомерното съдържание на желязо в организма води до развитие на сидероза.

Трета причина.Възможен е дисбаланс на микроелементите в резултат на неприемане или недостатъчен прием, което може да бъде свързано и с характеристиките на биогеохимичните провинции или с производството. Например почти две трети от територията на нашата страна се характеризира с йоден дефицит, особено в планинските райони и речните долини, което причинява ендемично увеличение на щитовидната жлеза и гуша при хора и животни. Превантивното йодиране помага за предотвратяване на ендемии и епизоотии.

Липсата на флуорид води до флуороза. В местата, където се произвежда петрол, има дефицит на кобалтов йон.

Четвърта причина.Повишаване на концентрацията на токсични частици, съдържащи азот, фосфор, кислород и сяра, способни да образуват силни връзки с биометални йони (CO, CN -, -SH). Системата съдържа няколко лиганда и един метален йон, способен да образува комплексно съединение с тези лиганди. В този случай се наблюдават конкурентни процеси - конкуренция между лигандите за металния йон. Ще преобладава процесът на формиране на най-трайния комплекс. M6L6 + Lt - MbLt + Lb, където Mb е биогенен метален йон; Lb - биолиганд; Lt е токсичен лиганд.

Комплексът образува лиганд с по-голяма комплексообразуваща способност. Освен това е възможно да се образува смесен лиганден комплекс, например железният (II) йон в хемоглобина образува комплекс с въглероден оксид CO, който е 300 пъти по-силен от комплекса с кислород:

Токсичността на въглеродния окис се обяснява от гледна точка на образуването на конкурентни комплекси, възможността за изместване на равновесието на лигандния обмен.

Пета причина.Промени в степента на окисление на централния атом на микроелемента или промени в конформационната структура на биокомплекса, промени в способността му да образува водородни връзки. Например, токсичният ефект на нитратите и нитритите се проявява и във факта, че под тяхно влияние хемоглобинът се превръща в метхемоглобин, който не е в състояние да транспортира кислород, което води до хипоксия на тялото.

11.6. ТОКСИЧНИ И НЕТОКСИЧНИ ЕЛЕМЕНТИ. МЯСТОТО ИМ В ПЕРИОДИЧНАТА СИСТЕМА НА Д. И. МЕНДЕЛЕЕВ

Условно елементите могат да бъдат разделени на токсични и нетоксични. Токсичните елементи са химически елементи, които имат отрицателно въздействие върху живите организми, което се проявява само когато достигне определена концентрация и форма, определени от природата на организма. Най-токсичните елементи са разположени компактно в периодичната таблица в периоди 4, 5 и 6 (Таблица 11.3).

С изключение на Be и Ba, тези елементи образуват силни сулфидни съединения. Соли на мед, сребро, злато взаимодействат със сулфиди на алкални метали със сероводород, за да образуват неразтворими съединения. Катионите на тези метали взаимодействат с вещества, които съдържат групи, съдържащи сяра. Токсичността на медните съединения се дължи на факта, че медните йони взаимодействат със сулфхидрилни групи -SH (свързване с протеини) и аминогрупи -NH 2 (блокиране на протеини). В този случай се образуват биокластери от хелатен тип. Живачният аминохлорид може да взаимодейства с биологични системисъс сулфхидрилни групи на протеини според реакцията:

Таблица 11.3.Положението на токсичните елементи в периодичната таблица на Д. И. Менделеев

Има мнение, че основната причина за токсичния ефект е свързана с блокирането на определени функционални групи или изместването на метални йони, например Cu, Zn, от някои ензими. Особено токсични и широко разпространени са Hg, Pb, Be, Co, Cd, Cr, Ni, които се конкурират с биометалите в процеса на комплексообразуване и могат да ги изместят от биокомплексите:

където Mb е биогенен метален йон; Mt - йон на токсичен елемент; Lb - биолиганд.

Токсичността се определя като мярка за всяка необичайна промяна във функцията на тялото, причинена от химически агент. Токсичността е сравнителна характеристика; тази стойност позволява да се сравнят токсичните свойства различни вещества(Таблица 11.4). Биогенните елементи осигуряват поддържането на динамичния баланс на жизнените процеси в организма. Токсичните елементи, както и излишните хранителни вещества, могат да причинят необратими

промени в динамичното равновесие в биологичните системи, водещи до развитие на патология.

Таблица 11.4.Сравнителна токсичност на металните йони

Елементите са разпределени неравномерно в органите, тъканите и клетките. Това зависи от химичните свойства на елемента, пътя на навлизането му и продължителността на действие.

Увреждащото действие на веществото се проявява върху различни структурни нива: молекулярно, клетъчно и организмово ниво. Най-важните ненормални ефекти възникват на молекулярно ниво: инхибиране на ензими, необратими конформационни промени в макромолекулите и, като следствие, промени в скоростта на метаболизма и синтеза и появата на мутации. Токсичните прояви зависят от концентрацията и дозата на веществото. Дозите могат да бъдат качествено разделени на категории според степента на увеличаване на ефекта:

1) без забележими ефекти;

2) стимулиране;

3) терапевтичен ефект;

4) токсичен или увреждащ ефект;

5) смърт.

Не всички вещества могат да предизвикат стимулиращ и терапевтичен ефект. Максимална токсичност проявяват най-химически активните частици, координационно ненаситени йони, които включват свободни метални йони. Натрупаната от токсикологията информация убедително показва, че токсичността на неорганичните метални съединения - оксиди и соли - е функция на токсичността на металите в елементарна форма. По този начин окисляването не оказва решаващо влияние върху токсичността, а само променя степента си в една или друга степен. Всички метални оксиди са по-малко токсични от техните соли и с увеличаване на токсичността на елемента разликата в степента на токсичност между оксидите и солите намалява. Намаляването на електрофилните свойства на йона съответно води до намаляване на неговия токсичен ефект върху тялото.

Хелацията на свободни метални йони с полидентатни лиганди ги трансформира в стабилни, по-координирано наситени частици, които не са в състояние да разрушат биокомплекси и следователно имат ниска токсичност. Те са мембранно пропускливи, способни за транспортиране и отделяне от тялото. И така, токсичността на даден елемент се определя от неговата природа, доза и молекулярна форма, в която се намира елементът. следователно няма токсични елементи, само токсични концентрации и форми.

Токсичният ефект на съединенията на различни структурни нива се проявява неравномерно. Конструкциите, в които натрупването на елемента е максимално, са подложени на най-големи токсични ефекти. В тази връзка бяха въведени понятията критична концентрация за клетка и орган, критичен ефект (Ершов Ю.А., Плетнева Т.В., 1989).

Таблица 11.5.Биогеохимични свойства на техногенни замърсители на околната среда, които се използват най-широко в промишлените дейности (според A.R. Tairova, A.I. Kuznetsov, 2006)

Забележка: B - високо; U - умерено; N - ниско.

Критичната концентрация на даден елемент за една клетка е минималната концентрация, при достигането на която настъпват аномални функционални промени в клетката – обратими или необратими.Наличието на критична концентрация на токсичен елемент за клетката е свързано с наличието в клетката на определен резерв за регулиране на функциите и показва наличието на клетъчна хомеостаза на токсичния ефект на елемента в организма.

Критичната концентрация на елемент за даден орган е средната концентрация, при която неговата функция е нарушена.Критичната концентрация за даден орган може да бъде значително по-голяма или по-малка от критичната концентрация за отделна клетка. Органът, критичен за даден елемент, е първият орган, в който елементът е достигнал критична концентрация при дадени условия (Хигиенни критерии на СЗО, 1981 г.). В някои случаи е по-правилно да се говори не за орган, а за критична система (ензим, органела, клетка, орган, функционална система).

Токсико-кинетичните модели ни позволяват да установим естеството на зависимостта на концентрацията на даден елемент от общата доза (Филонов А.А., 1973; Соловьов В.Н. и др., 1980).

Ориз. 11.1.Общият токсично-кинетичен модел на преминаване не е такъв органична материяпрез тялото (Ершов Ю.А., Плетенева Т.В., 1989)

Такива модели отразяват кинетиката на навлизането на химични агенти в тялото, техните трансформации, абсорбция и екскреция от тялото.

(фиг. 11.1).

Токсичните ефекти на някои елементи са представени в табл. 11.6.

Продължение на таблицата. 11.6Таблица 11.6.Ефекти от токсичността на някои химични елементи

Краят на масата. 11.6

Забележка. Ефектите от токсичността на елементите трябва да се използват, когато се разглежда медицинското и биологичното значение на химичните елементи.

Микроелементологията изучава две групи проблеми. Първо, това са интервали на концентрация, форми на микроелементни съединения и условия, при които се проявява биогенният ефект, чиято стойност е сравнима със стойността на витамините, които не се синтезират в тялото, но са основни хранителни вещества. При хипомикроелементоза - заболявания, причинени от дефицит на ME - възникват дефицитни заболявания. Второ, границите на токсичност, кумулативните ефекти на микроелементите като замърсители на околната среда.

При различни форми на контакт на организмите с тези елементи възникват заболявания и синдроми на интоксикация - токсикопатия. Сложността на проблема се състои не само в това, че проявите на дефицит и интоксикация са изключително разнообразни, но и в това, че самите основни МЕ при определени условия предизвикват токсични реакции, а замърсителите при определена доза и експозиция могат да бъдат благотворно (обратен ефект).Това е тясно свързано с тяхното взаимно влияние, което може да бъде както синергично, така и антагонистично. Много в микроелементологията, особено в проблема с дисбаланса на ME в организма, все още не е достатъчно проучен.

11.7. МЕХАНИЗМИ ЗА ЗАЩИТА НА ВЪТРЕШНАТА СРЕДА НА ОРГАНИЗМА ОТ КСЕНОБИОТИЦИ

Природата е показала голяма загриженост за поддържането на хомеостазата метал-лиганд на тялото и поддържането на чистотата на вътрешната среда на тялото. Осигуряването на отстраняване на отпадъците понякога е дори по-важно от храненето на клетката. Хранителните вещества се доставят от една система – кръвоносната система, а отпадъците се отстраняват от две – кръвоносната и лимфната. Малките „боклуци“ изглежда отиват направо в кръвта, а големите – в лимфата. В лимфните възли лимфата се изчиства от токсични отпадъци.

Съществуват следните механизми за защита на вътрешната среда на тялото.

1. Бариери, които предотвратяват навлизането на ксенобиотици във вътрешната среда на тялото и особено важни органи (мозък, репродуктивни и някои други ендокринни жлези). Тези бариери се образуват от единични или многослойни слоеве клетки. Всяка клетка е покрита с мембрана, която е непропусклива за много вещества. Ролята на бариери при животните и хората се изпълнява от кожата, вътрешната повърхност на стомашно-чревния тракт и дихателните пътища. Ако ксенобиотик проникне в кръвта, тогава в централната нервна система, в ендокринните жлези ще бъде посрещнат от хистохематични бариери, т.е. бариери между тъкан и кръв.

2. Транспортните механизми осигуряват отстраняването на ксенобиотиците от тялото. Те се намират в много човешки органи. Най-мощните се намират в чернодробните клетки и бъбречните тубули. Във вентрикулите на мозъка се откриват специални образувания, които преместват чужди вещества от цереброспиналната течност (течност,

промиване на мозъка) в кръвта. Има, така да се каже, два вида отстраняване на ксенобиотици: такива, които почистват вътрешната среда на целия организъм, и такива, които поддържат чистотата на вътрешната среда на един орган. Принципът на действие на отделителната система е същият: транспортните клетки образуват слой, едната страна на който граничи с вътрешната среда на тялото, а другата с външната среда. Клетъчната мембрана не пропуска ксенобиотиците, но тази мембрана съдържа протеин-носител, който разпознава „вредното“ вещество и го пренася във външната среда. Анионите се екскретират от един вид транспортьор, а катионите от друг. Описани са повече от двеста транспортери, комплексонатите на s-елемента са един от тях. Но транспортните системи не са всемогъщи. При висока концентрация на отрова в кръвта те нямат време да оползотворят напълно токсичните частици и на помощ идва трети защитен механизъм.

3. Ензимните системи, които превръщат ксенобиотиците в съединения, са по-малко токсични и по-лесни за отстраняване от тялото. Те катализират взаимодействието на ксенобиотиците с молекули на други вещества. Продуктите на взаимодействие лесно се отстраняват от тялото. Най-мощните ензимни системи се намират в чернодробните клетки. В повечето случаи той може да се справи с тази задача и да неутрализира опасните вещества.

4. Тъканно депо, където, сякаш задържани, неутрализираните ксенобиотици могат да се натрупат и да останат там за дълго време. Но това не е средство за пълна защита срещу ксенобиотици в екстремни условия.

Ето защо възниква идеята за изкуствено създаване на системи за защита, подобни на най-добрите образци на естествени биологични системи.

11.8. ДЕЗИТОКСИКАЦИОННА ТЕРАПИЯ

Детоксикационна терапия е набор от терапевтични мерки, насочени към отстраняване на отровата от тялото или неутрализиране на отровата с помощта на антидоти. Веществата, които елиминират ефектите на отровите върху биологичните структури и инактивират отровите чрез химични реакции, се наричат ​​антидоти.

Развитието на физикохимичната биология създаде възможности за разработване и прилагане на различни методи за очистване на организма от токсични молекули и йони. Използвани методи за детоксикация на организма диализа,сорбция и химична реакция. Диализа

наричани бъбречни методи. При хемодиализата кръвта се отделя от диализата чрез полупропусклива мембрана и токсичните частици от кръвта преминават пасивно през мембраната в течността според концентрационен градиент. Използват се компенсаторна диализа и вивидиалис. Същността на компенсаторната диализа е, че течността в диализатора се измива не с чист разтворител, а с разтвори с различна концентрация на вещества. Въз основа на принципа на компенсаторността ярко излъчванее конструиран апарат, нар "изкуствен бъбрек"с които можете да пречистите кръвта от метаболитни продукти и следователно временно да защитите функцията на болния бъбрек. Индикацията за използване на "изкуствен бъбрек" е остра бъбречна недостатъчност поради уремия след кръвопреливане, изгаряния, токсикоза на бременността и др. Моделирането на естествените механизми на детоксикация на кръвта в различни сорбционни устройства с помощта на въглеродни сорбенти, имуносорбенти, йонообменни смоли и други се нарича хемосорбция. Той, подобно на неговите разновидности плазма и лимфосорбция, се използва за отстраняване на различни токсични вещества, вируси и бактерии от кръвта. Създадени са високо специфични сорбенти за специфични метаболити, йони и токсини. Имат уникалната способност да извеждат от организма хидрофобни високомолекулни съединения, включително много силно токсични и баластни вещества (холестерол, билирубин и др.). Сорбционните методи позволяват да се повлияе на имунореактивността на организма чрез отстраняване на имуноглобулини, комплемент и комплекси антиген-антитяло.

Сред методите на сорбция ентеросорбцията намери широко приложение. Ентеросорбция- метод, основан на свързване и отстраняване от стомашно-чревния тракт за терапевтични или профилактични цели на ендогенни и екзогенни вещества, надмолекулни структури и клетки. Ентеросорбенти -лекарствени препарати с различни структури - свързват екзо- и ендогенни вещества в стомашно-чревния тракт чрез адсорбция, абсорбция, йонообмен и комплексообразуване.

Ентеросорбентите се класифицират според химическа структура: активен въглен, силикагел, зеолити, алумосиликати, оксидни и други неорганични сорбенти, диетични фибри, органоминерални и композитни сорбенти.

Бактериалните токсини, биоактивните чревни пептиди, токсичните метаболити, радионуклидите се отстраняват от тялото чрез ентеросорбция с помощта на въглеродни сорбенти или въглеродно-минерални сорбенти с положително заредена повърхност. Използва се в комплекс

терапия на редица заболявания: псориазис, бронхиална астма, стомашно-чревни заболявания. Добри резултати са постигнати чрез плазмосорбция, която съчетава два метода на детоксикация: хемосорбция и плазмафереза.

Една от най-важните области за решаване на проблема с детоксикацията на тялото е разработването и използването на изкуствени очистващи органи: „изкуствен бъбрек“ и „спомагателен черен дроб“. Устройството „спомагателен черен дроб“, разработено от професор V.E. Ryabinin, поема по-голямата част от работата по детоксикация на тялото и подобряване на метаболизма. Той създаде лекарство, направено от свински черен дроб, което взаимодейства с кръвта на пациента чрез полупропусклива мембрана. Действието на лекарството се основава на принципите на функциониране на цитохром Р 450. Той запазва своята функционална активност при непрекъсната работа в черния дроб в продължение на 6-8 часа.Вече час след началото на експеримента до 84% от амоняка се отстранява от кръвта, а след два часа - 91%. Този метод може да се използва при остри и хронични чернодробни заболявания, инфекциозни заболявания, наранявания и изгаряния.

Един от най-разпространените, достъпни и прости методи за детоксикация е химическият метод. Химическите методи за биотрансформация на "вредни" за тялото частици са много разнообразни:

1) неутрализиране на токсикант чрез химическо взаимодействие с него, т.е. директно действие върху токсична частица;

2) елиминиране на токсичния ефект чрез въздействие върху ензими, рецептори на тялото, които контролират физиологичните процеси на използване на токсични вещества в тялото, т.е. индиректен ефект върху токсиканта.

Веществата, използвани като детоксиканти, ви позволяват да промените състава, размера, знака на заряда, свойствата, разтворимостта на токсична частица, да я превърнете в ниско токсична, да спрете нейния токсичен ефект върху тялото и да я премахнете от тялото.

Сред химическите методи за детоксикация широко се използва хелатотерапията, базирана на хелатообразуването на токсични частици с комплексони на s-елемента. Хелатиращите агенти осигуряват детоксикация на тялото чрез директно взаимодействие с токсиканта, образувайки свързана, издръжлива форма, подходяща за транспортиране и елиминиране от тялото. Това е механизмът на детоксикация на йони на тежки метали от тетацин и тримефацин.

Реакциите на утаяване се използват и за детоксикация. Най-простият антидот за бариеви и стронциеви йони е воден разтвор на натриев сулфат. Редокс реакциите също са

промяна за детоксикация. Със соли на тежки метали натриевият тиосулфат произвежда слабо разтворими сулфиди и се използва като антидот при отравяне с тежки метали:

Тиосулфатният йон дарява серен атом на цианидния йон, като по този начин го превръща в нетоксичен тиосулфатен йон:

Водните разтвори на натриев сулфид, така наречената алкална сероводородна напитка, също се използват като антидот на съединенията на тежките метали. В резултат на образуването на слабо разтворими съединения, токсичните йони се изолират и отстраняват от стомашно-чревния тракт. В случай на отравяне със сероводород, жертвата се оставя да диша навлажнена белина, от която се отделя малко количество хлор. В случай на отравяне с бром, амонячните пари се дават за вдишване.

Биотрансформациите, свързани с действието на силни окислители, които превръщат серните съединения в степен на окисление +6, са разрушителни за протеините. Окислителите, като водороден пероксид, окисляват дисулфидните мостове и сулфхидрилните групи на протеините в групи на сулфоновата киселина R-SO 3 H, което означава тяхната денатурация. Когато клетките са увредени от радиация, техният редокс потенциал се променя. За поддържане на потенциала като радиопротектор - лекарство, което предпазва тялото от радиационно увреждане - се използва р-меркаптоетиламин (меркамин), чието окисление от реактивни кислородни видове по време на радиолизата на водата води до образуването на цистамин:

Сулфидната група може да участва в хемолитични процеси с образуването на слабо реактивни R-S радикали. Това свойство на меркамин служи и за защита срещу действието на свободните радикални частици - продукти от радиолизата на водата. Следователно балансът на тиол дисулфида е свързан с регулирането на активността на ензимите и хормоните, адаптирането на тъканите към действието на окислители, редуциращи агенти и радикални частици.

При интензивна терапия на ендотоксикоза те се използват заедно химични методи(протектори, антидоти) и еферентни методи

детоксикация - плазмафереза ​​с индиректно електрохимично окисление на кръвта и плазмата. Този набор от методи е в основата на дизайна на чернодробно-бъбречната апаратура, която вече се използва в клиниката.

11.9. ВЪПРОСИ И ЗАДАЧИ ЗА САМОКОНТРОЛ ПОДГОТОВКА ЗА КРАСИ И ИЗПИТ

1. Дайте концепцията за биогеохимичните провинции.

2. Каква е основата за използването на комплексонатите на s-елемента като терапевтични средства при отравяне със съединения на тежки метали?

3. Физико-химични основи на биотоксичното действие (Pb, Hg, Cd, нитрити и нитрозамини).

4. Механизмът на токсичното действие на тежките метални йони въз основа на теорията на твърдите и меките киселини и основи.

5.Принципи на хелатотерапията.

6. Детоксикиращи лекарства за хелатотерапия.

7.Какви свойства на азотните съединения определят техния токсичен ефект върху организма?

8. Какви свойства на водородния прекис определят неговия токсичен ефект?

9. Защо тиол-съдържащите ензими са необратимо „отровени“ от Cu 2+ и Ag + йони?

10. Каква е възможната химия на антитоксичния ефект на Na 2 S 2 O 3 5H 2 O в случай на отравяне с живачни съединения, олово и циановодородна киселина?

11. Определете геохимичната екология, екологичния портрет на човек.

11.10. ТЕСТОВЕ

1. При отравяне с тежки метали се използват следните методи:

а) ентеросорбция;

б) хелатотерапия;

в) валежи;

2. Веществото може да прояви своя токсичен характер поради:

а) формата на прием;

б) концентрация;

в) наличието на други вещества в тялото;

г) всички горни отговори са верни.

3. Средната концентрация, при която функцията на органа е нарушена, се нарича:

а) максимално допустима концентрация;

б) индекс на смъртност;

в) критична концентрация;

г) биотична концентрация.

4. Веществата, които причиняват развитието на ракови тумори, се наричат:

а) струмогени;

б) мутагени;

в) канцерогени;

г) тератогени.

5. Молибденовите съединения принадлежат към следните вещества:

а) с висока токсичност;

б) умерена токсичност;

в) ниска токсичност;

г) не проявяват токсични свойства.

6. Болестта на Грейвс е:

а) хипермакроелементоза;

б) хипермикроелементоза;

в) хипомакроелементоза;

г) хипомикроелементоза.

7. Водородният пероксид превръща сярата на аминокиселината в сяра:

а) -1;

б)0;

Обща химия: учебник / А. В. Жолнин; изд. В. А. Попкова, А. В. Жолнина. - 2012. - 400 с.: ил.

Химията на околната среда е наука за химичните процеси, които определят състоянието и свойствата на околната среда – атмосферата, хидросферата и почвите.

Клон на химията, посветен на изучаването на химичните основи на екологичните явления и проблеми, както и на процесите на формиране на химичните свойства и състава на обектите на околната среда.

Химията на околната среда изучава както естествените химични процеси, протичащи в околната среда, така и процеса на нейното антропогенно замърсяване.

Антропогенното замърсяване на околната среда оказва значително влияние върху здравето на растенията и животните. Годишното производство на растителност на земната повърхност преди нарушаването й от хората е било близо 172x109 тона сухо вещество. В резултат на удара естественото му производство вече е намаляло с поне 25%. В публикациите на V.V. Ермакова (1999), Ю.М. Захарова (2003), И.М. Donnik (1997), M.S. Panin (2003) и други показват нарастващата агресивност на антропогенните въздействия върху околната среда (ЕО), протичащи на териториите на развитите страни.

В.А. Ковда предостави данни за връзката между естествените биогеохимични цикли и антропогенния принос към природните процеси; оттогава техногенните потоци са се увеличили. Според неговите данни биогеохимичните и техногенните потоци на биосферата се оценяват със следните стойности:

Според Световната здравна организация (СЗО) от повече от 6 милиона известни химически съединения се използват до 500 хиляди, от които 40 хиляди имат вредни за хората свойства, а 12 хиляди са токсични. До 2009 г. консумацията на минерални и органични сурови материалинараства рязко и достига 40-50 хил. тона на жител на Земята. Съответно се увеличават обемите на промишлени, селскостопански и битови отпадъци. През 21 век антропогенното замърсяване доведе човечеството до ръба на екологична катастрофа. Ето защо анализът на екологичното състояние на руската биосфера и търсенето на начини за екологично възстановяване на нейната територия са много актуални.

В момента предприятията в минната, металургичната, химическата, дървообработващата, енергетиката, строителните материали и други отрасли на Руската федерация генерират около 7 милиарда тона отпадъци годишно. Използват се само 2 милиарда тона, или 28% от общия обем. В тази връзка само в депата и шламохранилищата на страната са натрупани около 80 милиарда тона твърди отпадъци. Около 10 хил. хектара земя, годна за земеделие, се отчуждава годишно за депа за тяхното съхранение. Най-голямо количество отпадъци се генерират при добива и обогатяването на суровини. Така през 2005 г. обемът на откривката, свързаните скали и отпадъците от обогатяването в различни индустрии е съответно 3100 и 1200 милиона m3. Голямо количество отпадъци се генерират в процеса на добив и преработка на дървесни суровини. В обектите за дърводобив отпадъците представляват до 46,5% от общия обем извозена дървесина. У нас годишно се генерират над 200 млн. м3 дървесни отпадъци. Малко по-малко отпадъци се произвеждат в предприятията от черната металургия: през 2004 г. производството на огнена течна шлака възлиза на 79,7 милиона тона, включително 52,2 милиона тона доменна пещ, 22,3 милиона тона стомана и 4,2 милиона тона феросплави. В света годишно се топят приблизително 15 пъти по-малко цветни метали от черните метали.

Въпреки това, при производството на цветни метали в процеса на обогатяване на рудата се образуват от 30 до 100 тона натрошен хвост на 1 тон концентрати, а при топене на руда на 1 тон метал - от 1 до 8 тона шлака , утайки и други отпадъци.

Всяка година химическата, хранително-вкусовата промишленост, производството на минерални торове и други индустрии произвеждат повече от 22 милиона тона отпадъци, съдържащи гипс, и около 120-140 милиона тона утайки от отпадъчни води (сухи), около 90% от които се получават чрез неутрализиране на промишлени отпадъчни води. Повече от 70% от купчините отпадъци в Кузбас са класифицирани като горящи. На разстояние няколко километра от тях концентрациите на SO2, CO и CO2 във въздуха са значително повишени. В почвите и повърхностните води рязко нараства концентрацията на тежки метали, а в районите на уранови мини - на радионуклиди. Откритият добив води до нарушения на ландшафта, които са сравними по мащаб с последствията от големи природни бедствия. По този начин в района на минните работи в Кузбас се образуваха множество вериги от дълбоки (до 30 m) провали, простиращи се на повече от 50 km, с обща площ до 300 km2 и обеми на провалите повече над 50 милиона m3.

В момента огромни площи са заети от твърди отпадъци от топлоелектрически централи: пепел, шлака, подобни по състав на металургичните отпадъци. Годишното им производство достига 70 милиона тона. Степента на тяхното използване е в рамките на 1-2%. Според Министерството на природните ресурси на Руската федерация общата площ на земята, заета от отпадъци от различни индустрии, обикновено надхвърля 2000 km2.

Повече от 40 милиарда тона суров петрол се произвеждат годишно в света, от които около 50 милиона тона петрол и петролни продукти се губят по време на производството, транспортирането и преработката. Нефтът се счита за един от най-разпространените и най-опасни замърсители в хидросферата, тъй като около една трета от него се произвежда на континенталния шелф. Общата маса на нефтопродуктите, влизащи в моретата и океаните годишно, се оценява приблизително на 5-10 милиона тона.

Според NPO Energostal степента на пречистване на отпадъчните газове от прах от черната металургия надвишава 80%, а степента на използване на твърди продукти за възстановяване е само 66%.

В същото време коефициентът на използване на прах и шлака, съдържащ желязо, е 72%, докато за други видове прах е 46%. Почти всички предприятия както на металургичните, така и на топлоелектрическите централи не решават проблемите с почистването на агресивни нископроцентни газове, съдържащи сяра. Емисиите на тези газове възлизат на 25 милиона тона. Емисиите на сяросъдържащи газове в атмосферата само от пускането в експлоатация на газопречиствателни станции на 53 енергоблока в страната в периода 2005-2010 г. намаляват от 1,6 на 0,9 млн. тона. Проблемите с неутрализирането на галваничните разтвори са слабо решени. Още по-бавно - въпроси относно обезвреждането на отпадъците, генерирани по време на неутрализацията и рециклирането на отработени разтвори за ецване, разтвори химическо производствои отпадъчни води. В руските градове до 90% от отпадъчните води се изхвърлят в реки и резервоари в непречистена форма. В момента са разработени технологии, които позволяват превръщането на токсичните вещества в нискотоксични и дори биологично активни, които могат да се използват в селското стопанство и други индустрии.

Съвременните градове отделят около 1000 съединения в атмосферата и водната среда. Автомобилният транспорт заема едно от водещите места в замърсяването на въздуха в градовете. В много градове изгорелите газове са 30%, а в някои - 50%. В Москва около 96% от CO, 33% от NO2 и 64% от въглеводородите навлизат в атмосферата чрез автомобилния транспорт.

Въз основа на факторите на въздействие, тяхното ниво, продължителност на действие и зона на разпространение, природно-техногенните биогеохимични провинции на Урал се класифицират като територии с най-голяма степен на екологично бедствие. През последните години Урал заема водеща позиция по количество общи емисии на вредни вещества в атмосферата. Според А.А. Малигина, Урал е на първо място в Русия по замърсяване на въздуха и водата и на второ място по замърсяване на почвата.

Урал е един от най-големите производители на черни метали в страната. В него има 28 металургични предприятия. За да ги осигурят суровини, в региона работят повече от 10 минни и преработвателни предприятия. Към 2003 г. металургичните предприятия в региона са натрупали около 180 милиона тона шлака от доменни пещи, 40 милиона тона шлака от стомана и повече от 20 милиона тона шлака от производство на ферохром, както и значително количество прах и утайки. Установена е възможността за рециклиране на отпадъците в различни строителни материали за нуждите на националната икономика.

В депата на региона са натрупани над 2,5 милиарда м3 различни скали, 250 милиона тона шлака и пепел от ТЕЦ. От общия обем откривка се обработват само 3%. В металургичните предприятия от 14 милиона тона годишно генерирана шлака се използват само 40-42%, от които 75% е шлака от доменни пещи, 4% е стомана, 3% е феросплав и 17% е шлака от цветна металургия , а пепелта от ТЕЦ е само около 1%.

Нарушаването на хомеостазата на микро- и макроелементите в организма се определя от естествено и причинено от човека замърсяване на биосферата, което води до образуването на широки зони от изкуствени микроелементи около териториално-промишлени комплекси. Застрашава се здравето не само на хората, пряко участващи в производствения процес, но и на живеещите в близост до предприятията. По правило те имат по-слабо изразена клинична картина и могат да приемат латентна форма на определени патологични състояния. Доказано е, че в близост до промишлени предприятия, разположени в града сред жилищни райони, концентрациите на олово превишават фоновите стойности с 14-50 пъти, цинк с 30-40 пъти, хром с 11-46 пъти и никел с 8-63 пъти .

Анализът на екологичната и химическата обстановка и здравословното състояние на населението на Урал позволи да се установи, че по отношение на нивото на замърсяване той принадлежи към „зоните на извънредна екологична ситуация“. Продължителността на живота е с 4-6 години по-малка в сравнение с подобни показатели в Русия.

Жителите, които живеят дълго време в условия на естествено и причинено от човека замърсяване, са изложени на необичайни концентрации на химични елементи, които имат забележим ефект върху тялото. Една от проявите е промяна в състава на кръвта, причината за която е нарушение на доставката на желязо и микроелементи (Cu, Co) в организма, свързано както с ниското им съдържание в храната, така и с високото съдържание на съединения в храната, които пречат на усвояването на желязото в стомашно-чревния тракт.

При наблюдение на биологични и химични параметри в 56 ферми в различни региони на Урал бяха условно идентифицирани пет варианта на територии, различаващи се по екологични характеристики:

• * територии, замърсени с емисии от големи промишлени предприятия;
• * територии, замърсени от дейността на предприятия с дългоживеещи радионуклиди - стронций-90 и цезий-137 (източноуралска радиоактивна следа - EURT);
• * територии, подложени на натиск от промишлени предприятия и в същото време разположени в зоната на EURT;
• * геохимични провинции с високо естествено съдържание на тежки метали (Zn, Cu, Ni) в почвата, водата, както и аномални концентрации на радон-222 в приземния въздух и вода;
• * територии, които са относително благоприятни в екологично отношение, свободни от промишлени предприятия

АДМИНИСТРАЦИЯ НА ГРАД НИЖНИ НОВГОРОД

Министерство на образованието

Общинско бюджетно учебно заведение

„Училище № 63 със задълбочено изучаване на отделни предмети“

Работна програма

избираема дисциплина

"Химически аспекти на екологията"

съставен от:

учител О.В. Рогова

Нижни Новгород

2016-2017 учебна година

аз. Обяснителна бележка

Нормативната база за изготвяне на тази работна програма е:

Федерален закон № 273-FZ „За образованието в Руската федерация“;

Изисквания за оборудване на образователния процес в съответствие със съдържанието на учебните предмети на федералния компонент на държавния образователен стандарт.

Работната програма е съставена въз основа на учебната програма за избираемия курс „Химични аспекти на екологията“: за ученици от гимназията на общообразователни организации / S.B. Шустов, Л.В. Шустова, Н.В. Горбенко. - М.: LLC " Руска дума- учебник 2015. - 32 с

Програмата е фокусирана върху използването на учебни помагала:

ШустовС.Б.,Шустова Л.В., Горбенко Н.В.Химически аспекти на екологията: учебник за гимназисти от общообразователни организации. Курс по избор. М.: Руска дума - учебник, 2015.

Шустов С.В., Шустова Л.В., Горбенко Н.В.Работна тетрадка за учебникС.Б. Шустова, JI .B. Шустова, Н.В. Горбенко „Химически аспекти на екологията“ за ученици от гимназията на общообразователни организации. Курс по избор. М.: Руска дума - учебник, 2015

Предложената програма на избираемата дисциплина „Химически аспекти на екологията” е насочена към интегриране на химически знания със знания от сродни природонаучни дисциплини: екология, биология, география, физика.

Този курс осъществява интердисциплинарни връзки между изброените по-горе дисциплини, което позволява на студентите да интегрират съществуващите знания за света около тях в пълна картинаи допринася за формирането и развитието на интердисциплинарни компетентности на по-големите ученици.

Екологични аспекти на обучението по химия в училище

Въведение

В нашите трудни времена. Когато химията като наука се превърна в социално изгнаник. Трябва да преосмислим както съдържанието на предмета, така и методите на преподаване, като променим не само акцентите, но и приоритетите, за да преодолеем химиофобията.

Основните въпроси на курса трябва да се определят както от значението на придобиването на знания за развитието на интелигентността на учениците, така и от значението на тези знания в реалния живот на човека и в неговата практическа дейност. От тази гледна точка е необходим напредък в химическото образование, тъй като без него е невъзможно да се задоволят обективните нужди на обществото за широко използване на постиженията на химическата наука и индустрията.

Концепцията за съвременното училищно химическо образование се основава на принципите на хуманизация, индивидуализация и диференциация на образованието, много внимание се обръща на екологичните аспекти, развитието обща култура, укрепване на здравето на учениците, повишаване на екологичната им грамотност.

Актуални теми.

Химията, като една от фундаменталните области на знанието, до голяма степен определя развитието на други важни области на науката и технологиите. Известно е, че без химия, химически процеси и химически продукти не може да съществува нито едно производство, нито един отрасъл на съвременната икономика и социална сфера.

Необходимо е да се гарантира, че учениците разбират практическото значение на химията и нейната връзка с ежедневието. Те трябва да бъдат убедени във възможността чрез химията да намерят отговори и на други „защо” от сферата на техния живот и индустриални интереси. Особено важно е да се реши въпросът с основната „химическа“ подготовка на хората, тъй като днес почти всеки от нас влиза в контакт с вещества, които могат да навредят на хората. Въпреки това, малко от потребителите, които използват лекарства, козметика и парфюми, бои, пластмаси, торове, влакна, различни видове горива и др., са наясно с опасностите, свързани с употребата. Това противоречие причинява много неприятности, които сполетяват хората. За съжаление, в повечето училища активната образователна работа с ученици, свързана с характеризирането на основните свойства на химичните съединения, често срещани в бита и производството, особено по отношение на тяхното въздействие върху околната среда, се провежда изключително слабо и нередовно. По принцип студентите получават само общи теоретични идеи, които не са адаптирани към реалностите на живота и особено към проблемите на околната среда.

Отрицателното отношение към химията води до невъзможност за адаптиране към цивилизования, модерен живот, екологична неграмотност, последствието от което ще бъде не само в неблагоприятно положение при обучението на учениците, но и при подготовката на екологични бомби със закъснител. Това само ще задълбочи конфликта между човека и природата.

През последните години редица научни и учебни центрове различни страниЗапочва работа по химико-екологично образование, но често то има декларативен характер.

Виждам задачата си като възпитавам у учениците желание за придобиване на знания; уверете се, че самият учебен процес ги завладява; допринесе за развитието познавателна дейност, интерес към темата. За тази цел включвам разглеждане на екологични и валеологични въпроси в учебната програма на курса по химия. Тази програмаима за цел да развие у учениците естествено-научни представи за света около тях и неговите закони, хуманистични отношения и екологично грамотно поведение, както и интелектуално морално усъвършенстване на учениците. Съдържанието на програмата подготвя децата за съзнателно възприемане на химическата картина на света и предлага прилагането на интегриран принцип, т.е. изисква от учениците да прилагат знания и умения от различни предмети от природния цикъл. Уместността на работата се дължи на набор от проблеми, състоящи се в преодоляването на добре известната абстрактност на предмета на химията, пристрастността в оценката му и връзката на химическите понятия с екологичните аспекти на реалния човешки живот.

Цели и задачи на работата:

Разглеждане на основните принципи на екологизиране на химическото образование;

Анализ на формите и методите (техниките) за формиране на екологична култура в обучението по химия;

Характеристика на ролята на човека в процеса на познание, преобразуване и използване на природата.

Практическото значение на работата се състои във факта, че тя съдържа методологични изследвания на екологични коментари към основните положения на курса по химия, което позволява да се овладеят законите на химията, като се използват конкретни екологични примери; разглеждане на методи за развитие на съзнателно отношение към природата, екологично грамотно поведение в неблагоприятни условия на околната среда.

Резултатите от изпълнението на работата в Лицей № 4 показаха нейната ефективност и практическа стойност, повишавайки интереса на учениците към предметите от природния и екологичния цикъл; направи възможно преосмислянето на различни подходи към разглеждането на използването на постиженията на химията в практическата човешка дейност, на значението на приложния характер на химическите знания.

Апробация на работата. Основните резултати от работата бяха докладвани и обсъдени на педагогически съветиЛицей № 4, на заседания на научния и методически съвет на отдела за естествен и екологичен цикъл на лицея. На семинар за директори на училища в Коминтерновски район беше изнесен урок на тема „Топлинни двигатели и опазване на околната среда“ заедно с учител по физика, базиран на физическите, химичните и екологичните аспекти на проблема. Въз основа на материалите на работата са публикувани статии в сборника „Образованието на Воронеж в началото на века. Образователно направление „Природни науки“. Химия „На прага на две хилядолетия, на прага на два века.“

ГЛАВА 1

Състоянието на проблема с екологизирането на обучението по химия в

наука и практика.

1.1. Необходимостта от въвеждане на екологично образование в средните училища и неговите основни принципи.

Между съвременни проблемипроблеми, пред които е изправена световната общност, един от които се откроява особено - проблемът с влошаването на качеството на околната среда. То има глобален характер и тревожи хората от всички страни. Първата страна, която усети отрицателното въздействие на химическото замърсяване на околната среда, беше Япония. В тази страна над 80% от територията е пряко засегната от промишлено производство. Японците бяха първите, които заговориха за проблема "когай", което означава опасност от увреждане от замърсяване на околната среда. Скоро и други страни се сблъскаха с този проблем. Увеличаването на замърсяването на околната среда е видимо и предизвиква емоционална критика от страна на хората. Обикновено основните оплаквания на населението са насочени към химията. Междувременно по отношение на замърсяването химическата промишленост е значително по-ниска от горивно-енергийния комплекс, автомобилния транспорт, черната и цветната металургия и дори промишлеността. През последните години най-неблагоприятната ситуация е замърсяването на атмосферата на град Воронеж с бензопирен, съдържащ се в автомобилните изгорели газове и прах, чийто дял при нестандартни лабораторни анализи дневно е 15-20%. Еколого-геохимичното изследване на почвената покривка показа, че ситуацията по отношение на замърсяването на почвата с олово и цинк е много неблагоприятна. Делът на незадоволителни анализи на почвени проби в града като цяло е съответно 19,3 и 15,5%, а в промишлената дясна част на града тази стойност нараства до 40-46%. Междувременно тези съставки са специфични индикатори за увеличаване на заболяването при децата. Сред детските заболявания във Воронеж преобладават респираторните заболявания (65%), чието ниво надвишава подобно средно за Русия 1,2 пъти за града като цяло. Предотвратяването на повишен контрол също изисква неоплазми и вродени аномалии, пространствените разлики в нивата на които надеждно корелират с интензивността на замърсяването на околната среда.

Установени са връзки между концентрациите на формалдехид в атмосферата и заболяването бронхиална астма, както и високото ниво на прах в атмосферата със заболявания на кръвта. Пневмонията се регистрира по-често в райони с високи нива на олово и въглероден оксид. С увеличаване на интензивността на замърсяването на въздуха при децата се наблюдават изразени промени в хематологичните показатели и съответно нарастване на заболеваемостта.

В настоящите условия е необходимо да се извърши обективен анализ на причините за разширяването на замърсяването на околната среда и увеличаването на бедствията, свързани с неконтролираното разпространение на химически съединения от технически или биологичен произход. Трудно е да се направи подобен анализ, но могат да се идентифицират два основни аспекта на цялостния проблем. Първият аспект е свързан с полетата на политиката и социологията и засяга противоречията в икономическото развитие.

Вторият аспект е свързан с готовността на самия човек да използва постиженията на природните науки в производствената и битовата сфера.

Лесното, чисто технократско отношение към природата и откровеното екологично невежество доведоха до редица бедствия с необратими последици. Фактите за чудовищно замърсяване са много красноречиви и се осъждат горещо от населението. Въпреки това, настъпилите рецидиви рядко се анализират и обикновено се оценяват само от емоционална гледна точка. Така се появи хемофобията. Междувременно стриктното отчитане на обстоятелствата показва, че възникващите екологични сривове обикновено се определят не от особеностите на химията, а само от ниската квалификация и не винаги правилния морал на работниците.

Основната причина за всички отбелязани проблеми, с изключение на грешките в планирането и строителството, са дългогодишните пропуски в преподаването на химия в гимназията и, като следствие от това, липсата на химически познания на населението. Появява се поразително противоречие; Всички хора систематично се занимават с химикали и процеси, но само малцина могат да коригират действията си с разбиране. Все пак трябва да се отбележи, че именно в уроците по химия могат ясно и убедително да се демонстрират както негативните аспекти на човешката намеса в природната среда, така и възможните начини за оптимизиране на антропогенните въздействия върху нея.

Необходима е усърдна работа за промяна на човешкото съзнание по отношение на управлението на околната среда и образованието, насаждане на екологична култура.

Стратегията за управление на околната среда, основана на идеята за властта на човека и неговото израстване над природата в ерата на научно-техническата революция, която дълго време изглеждаше непоклатима, всъщност се оказа просто стратегия на „идеологията на ябълковото дърво за нашето отношение към природата“, което включва много работа за възстановяване на съзнанието на хората, за озеленяването му. Осъзнаването на тази ситуация допринесе за формулирането на сериозни задачи, както в практическата област, така и в областта на фундаменталните научни изследвания. Представители на различни науки, не само естествени, но и хуманитарни, започнаха да изучават проблемите на околната среда. Това се дължи на факта, че наред с необходимостта от разработване на нова стратегия за управление на околната среда се създават и принципно нови индустриални технологиистана задача за екологично преструктуриране на съзнанието на хората, широко разпространена пропаганда на екологичните знания.

Основното е изпълнението на взетите решения, което в крайна сметка зависи от нас самите, нашите знания, убеждения и воля. Тук се нуждаем от принципно ново екологично мислене, преодоляващо потребителската психология по отношение на природата. Обществото трябва да познава основните закони на развитието на природата, да намира начини за решаване на проблеми, да се научи да взема решения в ситуации на морален избор и прогноза, тоест да премине през цялата верига от екологични знания до екологично мислене и екологично обосновано поведение.

Формирането на висока екологична култура е възможно при условие, че съдържанието на училищното образование включва следните елементи: система от знания за взаимодействието на обществото и природата; ценностни екологични ориентации; система от норми и правила за отношение към природата, способността и уменията за нейното изучаване и защита.

Екологичното образование и възпитание е една от основните задачи на училището.

1.2. Съдържание на екологичното образование в часовете по химия.

Екологичното образование и екологичното образование са два основни акцента, свързани с формирането на отношение към природата. С екологичното образование вниманието на учителя е насочено към процеса на прехвърляне и усвояване от учениците на натрупан опит в екологичните отношения, а с екологичното образование - върху формирането на подходящи качества на личността. Крайната цел екологично образованиеи образованието са обединени - формирането на оптимални взаимоотношения между човек и неговата среда. Осъществява се в рамките на единен педагогически процес. По същество крайната цел е много по-дълбока. Състои се в осигуряване на условия за интелектуално, личностно и социално развитие на учениците, внушавайки им чувство за лична отговорност за състоянието на околната среда, желанието да разберат задълбочено същността и непоследователността на протичащите промени в екологичното развитие на нашето планета

Системата от екологични знания трябва да даде повратна точка в съзнанието на хората, техния мироглед и отношение към природните ресурси. Екологията се превърна в знак за съвременния етап на развитие на универсалната човешка култура. Следователно целта на екологичното образование е формирането на екологична култура. Понятието екологична култура включва знания и умения, нивото на морално и естетическо развитие на мирогледа, методи и форми на общуване между хората

Съдържанието на екологичното образование е толкова богато и разнообразно, че не може да се развие в рамките на един или няколко предмета. Затова учителите говорят за интердисциплинарния характер на екологичното образование, широките възможности на почти всички учебни предмети и специалното значение на всеки за формирането на екологична култура на учениците. Пример за това е прилагането на знанията за околната среда в началното училище не само в курса „Естествена история“, но и в новите учебни програми по училищни дисциплини. Курсовете, които се разработват, са насочени към включване на всички ученици в процеса на цялостно познаване на света и повишаване на общото ниво на техните знания. Приоритет в новите програми се дава на онези теми, които са по-значими в момента и остават актуални през следващите десетилетия.

Интердисциплинарният подход изисква дефиниране на функцията на всеки предмет в обща системаекологично образование, подчертаване на междудисциплинарни връзки, обобщаване на интердисциплинарни подходи, които формират целостта на всички академични дисциплини, обединени от целта за разбиране на света около нас. Съдържание учебни дисциплиниизисква интердисциплинарна координация и поетапно интегриране на съответните знания.

Екологичното образование е неразривно свързано с познаването на диалектическата природа на взаимодействието на елементите в системата „човек-общество-природа”. Отражението на това триединство съставлява ядрото, което в съдържанието общо образованиени позволява да разкрием света на природата и света на хората като едно цяло на ниво междуциклични връзки.

Моделът на екологичното образование включва не само структура на съдържанието, но и основните условия за постигане на целта.

https://pandia.ru/text/78/141/images/image002_5.gif" width="612" height="372">

Фактори в екологичното образование, които определят отговорното отношение на учениците към околната среда.

Трябва да се обясни на по-младото поколение, че сегашното състояние на околната среда представлява същата опасност за човечеството като ядрената война. Единствената разлика е, че екологичните проблеми са по-коварни... Опасна заблуда е утехата с надеждата, че човечеството ще успее да спре да унищожава света около нас, когато се доближи до екологично унищожение. Ще бъде късно! Това е цялата коварност на проблема.

Интелигентното, фино екологично образование и образованието на новите поколения е силата, която все още може да замрази и да върне назад стрелките на чудовищния механизъм, който заплашва унищожаването на нашата планета. .

Познаването на същността на света около нас действа като интегрираща връзка в предметите от естествения цикъл, а важна роля в екологизирането на образованието се дава на обучението по химия.

Наред с овладяването на основите на фундаменталната наука, включително нейния език, най-важните факти, концепции, теории и закони, достъпните обобщения на идеологическата същност на обучението по химия трябва да допринесат за: развитието и интелектуалното усъвършенстване на личността; формиране у учениците на екологосъобразно поведение, разумно отношение към себе си, хората и околната среда; развиване на разбиране за социалната необходимост от развитието на химията, развиване на отношението на учениците към химията като възможна област на бъдеща практическа дейност.

Изборът на екологичен материал за включване в учебните програми по химия трябва да се извършва, като се вземат предвид основните принципи на дидактиката. Основните критерии са научност, достъпност за изучаване, логическа връзка със съдържанието. академичен предмет, което позволява да се извърши педагогически обоснован подбор на въпроси по химичните аспекти на екологията, да се разработи съдържанието и методиката за изучаването им в часовете по химия.

Какво място заема химическото образование в цялостната система на екологичното образование?

Традиционно основната цел на обучението по химия е ученикът да бъде въведен в света на веществата (естествени и създадени от човека), да постави основите за разбиране на причините за неговото разнообразие, да формира не само общо разбиране за методите за получаване и областите на приложение на веществата, но и практическите умения за боравене с тях. Недостатъчната информация за биологичната роля на веществата, тяхното вредно въздействие върху човешкото тяло и околната среда повдигна още едно образователно предизвикателство в

обучение по химия - на основата на Фундаменталните химически знания да се формират системни знания за химичните аспекти на екологията и проблемите на околната среда. Тази система включва знания за веществата на живата природа, за взаимодействията, свързани с проявата на живота в растителния и животинския свят, за химичните взаимоотношения на организмите помежду си и околната среда, за взаимодействието на антропогенните фактори както върху човека, себе си и върху всички живи същества

Системата от екологични и химико-екологични понятия в химическото образование включва въпроси за кръговрата на веществата в природата, промените и трансформациите на енергията в биосферата, разглеждане на средообразуващите функции на материята и следователно глобални проблеми, интегративни свойства на екосистемите, като наличието на хранителни вещества и тяхната химическа трансформация; самовъзстановяване на екосистемите, антропогенни промени в екосистемите; прилагане на модели на взаимодействие на органи с околната среда в практическата човешка дейност, в опазването на околната среда; закони за запазване на материята и енергията, единството на материалния свят; противоречия във взаимодействието на обществото и природата, развитието на обществото за сметка на природните ресурси.

Екологията и химията се допълват взаимно. Въвеждането на принципите на термодинамиката в екологията доведе до производствено-енергийна екология, която изучава моделите на разсейване на енергийния поток в хранителните вериги. Погледът към многообразието от връзки в околната среда през призмата на неорганичната химия разкрива широк спектър от явления, причинени от човешкото въздействие върху биосферата и неживата природа. Важен компонент на приточните процеси на планетата са глобалните кръгови и трансформации, подложени на такива основни елементи като въглерод, азот, водород, сяра и фосфор... Много неорганични съединения могат и вече оказват влияние

върху климата на планетата и състоянието на нейната атмосфера, върху качеството на природната среда, в която хората живеят, и следователно върху здравето на хората

В рамките на неорганична химияИнтересно е да се обърне внимание не само на антропогенните деформации на естествените цикли на химикали и използването на качеството на околната среда, но и на търсенето на решения на социално-екологичните проблеми: енергия, суровини и др. Например перспективите за водородна енергия; ролята на кислорода и озона за осигуряване на живота на Земята; метали в биосферата и човешкото тяло и др.

Процесите, свързани с областта на органичната химия, играят огромна роля в отношенията с околната среда. Органичните съединения формират основата на тази част от биосферата, наречена " Жива материя". Животът на хората като биологични индивиди се определя от сложни трансформации на органични вещества в човешкото тяло и метаболизъм с околната среда. И накрая, самото оцеляване на човечеството днес е невъзможно без широкото използване на органични неща в ежедневието, в медицината, промишлеността, селското стопанство и т.н.

Разбирането на ролята на органичните вещества в съществуването и развитието на сложния социобиосферен комплекс на Земята като цяло и нейните основни части е важен аспект от химическия прочит на съвременната икономика.

Екологичните постижения служат като основа за решаване на редица наболели проблеми на нашето време. По-специално, с данни, получени от екологията

Логиката на здравословния начин на живот: приоритет на духовните нужди пред материалните, грижа за поддържане на физическото здраве. Такъв човек в бъдеще ще може да се ръководи в професионалната си дейност от принципите на екологичните и моралните императиви (15, с. 3).

Нека се обърнем към проблема с организацията на обучението по химия в гимназията. По пътя на трансформацията предметно обучениеи създаване на система за екологично образование за ученици, учителят среща определени трудности. Първо, в обществото се появи хемофобия, която кара децата първоначално да пренебрегват темата. Второ, абстрактността на самата тема.

Основното нещо е да промените (позелените) собствения си мироглед, да осъзнаете своята отговорност (човешка и професионална) за подготовката на екологично образовано младо поколение. Необходимо е систематично да се информира за постиженията на химията в опазването на околната среда.

1.3. Преглед литературни източниципо въпросите на екологичното образование.

Курсът по химия, преподаван в съвременната гимназия, не решава напълно проблемите на екологичното образование и възпитание. Проблемите на околната среда са изложени декларативно, не са изследвани задълбочено и са само очертани. Дейностите за изследване на влиянието на химичните процеси и химичните съединения върху околната среда обаче не могат напълно да заменят системното изучаване на тези проблеми.

Химията е един от най-важните предмети, на основата на който се формира диалектиката - материалистичните представи за света около нас.

Според действащата програма зрелостниците от IX клас имат много непълни, откъслечни представи за химията, тъй като въпросите на органичните и обща химиясе изучават в X-XI клас. Като се има предвид диференциацията на обучението в гимназията, много ученици може изобщо да не изучават химия, което ще доведе до пълно игнориране на редица жизненоважни въпроси и ще усложни човешкото съществуване в модерен свят, тъй като завършилите училище няма да разберат например причините за вредното въздействие на човешката икономическа дейност върху растенията и животински святи биосферата като цяло и други подобни въпроси.

Следователно е необходимо радикално да се промени програмата по химия и съответно курса по химия като цяло.

В катедрата по методика на преподаване на природни и математически предмети в MGIUU е разработена нова програма за курс по химия „Екология и диалектика“ и въз основа на нея е проведен експеримент в двадесет училища в Москва и Московска област. Неговата отличителна черта е, че въз основа на него завършилите IX клас получават общо разбиране за химическата наука като цяло, както и за всички нейни раздели. В основното ниво, завършвайки с девети клас, учениците се запознават с ролята и мястото на химията в съвременната стопанска дейност на човека, нейното въздействие върху околната среда и начините за преодоляване на отрицателното въздействие на практическата човешка дейност върху флората, фауната и човешкия организъм. свързани с използването на химическо производство.

В тази програма се обръща много внимание на поставянето на химични експерименти, използването на различни най-важни химични съединения в човешката практика, тяхното въздействие върху околната среда и човешкото тяло. Чрез познанията за химичните съединения и химичните явления учениците развиват специално отношение към околната среда на човека,

Създава се основа за правилно разбиране на екологичните проблеми, без които е невъзможно съществуването на човечеството в съвременния свят; формира се представа за сложността на несъответствието на различни процеси, включително химически, което позволява на тази основа, като се използват знания от други курсове в естествения и математическия цикъл, да се формира диалектико-материалистично разбиране на заобикалящата дейност. В същото време този курс по химия трябва да реши и проблемите на обучението на професионалисти - химици, както и на хора, които се нуждаят от задълбочени познания по химия, за да изпълняват успешно професионалните си задачи. Той е предназначен да създаде основа от солидни химически знания, въз основа на които може да се формира по-високо ниво на знания и разбиране на химията в X – XI клас гимназия. Този курс предполага провеждането на диференцирано обучение, като се вземат предвид особеностите на овладяването на химически знания както от ученици с намалено ниво на обучение в учебния материал, така и от ученици, чието първоначално ниво на разбиране на химията е доста високо.

Разработената програма „Екология и диалектика“ предполага дълбока връзка с биологията, физиката, географията и други дисциплини, изучавани в училище, което ще позволи на учениците да формират цялостно разбиране за света около тях.

Тази програма обаче е предназначена за задълбочено изучаване на предмета с пропедевтичен курс в 7 клас и е подходяща само в специализирани училища или паралелки. Специалисти от Московския държавен педагогически университет им. Н. Зверева и редица интегрирани курсове са разработени: „Биосфера и човек“, „Екология и цивилизация“, екологизиран курс по химия; "от тема в тема.

Програмата на интегрирания курс „Биосфера и човек” е предназначена за ученици от гимназиите и средните специализирани хуманитарни институции. Този подход е още по-уместен, тъй като в хуманитарното образование напоследък се забелязва нарастваща тенденция за намаляване на курсовете по природни науки и преди всичко химия. Интегрирането на знанията по природни науки ни позволява да решим проблема с формирането на цялостно възприятие за света около нас, развивайки интерес към химическата наука и развивайки химически знания на добро ниво.

Целта на този курс е да озелени съзнанието на учениците и да популяризира преподаването. Водещи идеи на курса: човекът е причината за проблемите на околната среда и само той може да ги реши; целостта и многообразието на света. Вниманието е насочено към изучаването на самата природа, многообразието от нива на организация на живота, еволюцията както на органичния свят, така и на връзката между човека и природата.

Но курсът „Биосфера и човек” е много специфичен и е обявен като отделен специализиран предмет в X-XI клас. Въпреки това, не всяко училище има допълнителни часове в учебната си програма за въвеждане на този курс.

предложи екологизиран курс „Екология и цивилизация“, който има ясно изразен интердисциплинарен характер, включващ философско-исторически, социално-морални, биологични, географски и физико-химични аспекти на екологичните проблеми.

Като част от екологичното образование и възпитание пропедевтиката се осъществява в I-VII клас под формата на изучаване на курса „ Светът” (I-II клас), „Природни науки” (I-IV клас) има по-нататъшно натрупване на знания на учениците за природни обекти, някои модели на естествено развитие, факти за антропогенно влияние върху околната среда; обучение на ученици

ков анализ и моделиране на прости ситуации. На този етап най-ефективният начин е екологизирането на учебните дисциплини в комбинация с проблемни избираеми дисциплини, кръжочна и краеведска работа.

В процеса на обучение по химия в VIII и IX клас е важно да се включи разглеждането на проблемите за опазване на околната среда от химическо замърсяване. Екологизираният курс по химия се основава на идеи за връзката между състава, структурата, свойствата и биологичната функция на веществата; двойствената им роля в живата природа; биологична взаимозаменяемост на химичните елементи и последствията от този процес за организмите; причини за нарушаване на биогеохимичните цикли; ролята на химията при решаването на екологични проблеми.

В последния етап на обучение (X_XI клас) усъвършенстването на химическите знания продължава в процеса на усвояване на курса по органична и обща химия. Съдържанието му ви позволява да развиете идеи за проявление химически законив естествени процеси; разбират такива екологични модели като цикличност и непрекъснатост на обмена на материя между съставните компоненти на биосферата.

Курс по екологична химия X клас. се допълва от избираема дисциплина „Химия и опазване на околната среда“, която обхваща химичните аспекти на екологичните проблеми на местно, регионално и глобално ниво. Неразделна частТози курс е лабораторен семинар, който включва организиране на студентски изследователски дейности за изучаване на антропогенното въздействие върху природните обекти.

Учебната дисциплина „Екология и цивилизация” е въведена паралелно с изучаването на химия в X и XI клас (14, с. 43).

Поради интеграцията на тези курсове, програмите се изпълняват в рамките на няколко предмета и от няколко учители.

За VIII – XI клас беше предложена програма на екологичен курс по химия: от тема към тема. Основният му фокус е върху тези явления -

Лени, които предизвикват сериозна загриженост за състоянието на природната среда и бъдещето на цивилизацията: глобално затопляне, изтъняване на атмосферния озонов слой, киселинни дъждове, натрупване на токсични тежки метали и пестициди в почвата, замърсяване на големи площи с радионуклиди, изчерпване от природните ресурси на планетата.

Природата в своето естествено развитие е в динамично равновесие;

Непосредственият резултат от взаимодействието между човека и природата е промяна в химичния състав на компонентите на околната среда, което води до промяна в естествения баланс;

Химическите знания са неразделна част от знанията за основите на опазването на природата, рационално управление на околната средаи интелигентно преобразуване на околната среда от човека.

Ролята на химията в решаването на екологичните проблеми на настоящия етап е значителна:

А) Изучаване на състава, структурата, свойствата, как това или онова вещество се държи в атмосферата, почвата, водната среда, какви ефекти оказват то и продуктите от неговите трансформации върху биологични теми;

Б) Разкривайки механизмите на биогеохимичните процеси в естествения цикъл на елементите, химията допринася за решаването на проблема за най-естественото и „безболезнено“ навлизане на промишленото производство в естествените цикли, което го прави част от всяка екосистема.

В) Използване на различни методи за химико-аналитичен мониторинг на състоянието на обектите на околната среда или качеството на готовата продукция в редица отрасли (химическа, нефтохимическа
, микробиологични, фармацевтични), химията ви позволява да получите информацията, необходима за последващо вземане на решения за предотвратяване на навлизането на вредни

Нови вещества в контролирани обекти, почистване на тези обекти, методи за защита и др.

Екологизираният курс по химия дава възможност да се разкрие специалната роля на тази наука в борбата срещу екологичното невежество, проявяваща се в дълбоко вкоренената идея, че химията е „виновна“ в настоящата екологична ситуация, и да привлече учениците към изследователска работада изучават състоянието на природната среда, да възпитават у тях чувство за лична отговорност за нейното опазване.

Стойността на тази програма е, че екологични концепциирезонират с всяка тема по химия, като разширяват, задълбочават и систематизират знанията на учениците за основните химични закони и връзката им със състоянието на околната среда. Когато се разглежда всеки химически проблем, аспектите на околната среда могат да бъдат представени като кратко съобщение, доклад в клас, защита на есе, създаване на екологичен експеримент или решаване на екологичен проблем, който помага да се овладеят законите на химията, като се използват конкретни екологични примери.

A (MPGU на името на V.I. Ленин), (LGUU), Mu (MNPO "Sintez"), (MSU на името на ..) са разработили програми за избираеми курсове по екологично образование за ученици: „Здравословен начин на живот на човека в замърсена биосфера“, „Основи на общата екология и опазване на околната среда“, „Екологични проблеми на Ленинградска област“, ​​„ Биологична роляхимически елементи". Тези избираеми дисциплини осигуряват формирането на система от знания на студентите (ниво на екологично съзнание) с елементи на екологична култура (ценностна ориентация на студентите към научно обосновано управление на околната среда). За още пълно проучванеосновите на екологията във връзка с основите на химията са необходими общообразователни цикли, съдържащи общи екологични

Изпълнението на тези задачи повишава нивото на мотивация за учене и улеснява процеса на усвояване на знания.

При диференцирането по интереси технологията влиза в контакт с културно-образователната технология на преподаване, което допринася за хуманизирането на образованието. Като част от тази технология има отдел за екологична култура: запознаване с проблемите на опазването на природата, човешката среда, уникална човешка култура: възпитаване на любов към природата, задълбочено изучаване на география, биология и химия. Като специфични, често методически и локални технологии, може да се използва технологията на екологичното образование, Т. В. Кучер и др.

За да екологизират обучението по химия, те използват и технологии за сътрудничество и групови технологии, които имат стимулиращ ефект върху развитието на детето. Те включват комуникация, взаимодействие, обмен на информация между учениците и взаимно разбиране.

Учебният процес се основава и на алтернативни технологии и технологии за развиващо обучение, базирани на принципите на антропософията, според които развитието на способността за учене води човек към съвършенство. Антропософията е в основата на Валдорфската педагогика на Р. Щайнер. Развитието на интелектуалните способности се осъществява с помощта на технологии и. Обучението за развитие взема предвид и използва модела на развитие, адаптира се към нивото и характеристиките на детето (3, стр. 80-83: стр. 109: стр. 119-122: стр. 1516, стр. 181)

Използването на тези технологии дава възможност да се ориентира личността на ученика към възприемането на всичко около него като заинтересован изследовател, който чувства лична отговорност за последствията от своите дейности за другите хора и за природата.

Използвам фрагменти от гореспоменатите технологии от Н. П. Гузик, И. Н. Закатова, Н. Т. Суравешная, Т. В. Кучер, Р. Щайнер, Д. Б. Елконин и В. В. Давидов при провеждане на уроци по околната среда и извънкласни дейностипо екологични теми

2.2. Форми на провеждане на часовете по екологично образование при обучението по химия.

От професионална гледна точка ме привличат нестандартни форми на провеждане на занятия и отчитане на знанията на учениците, като тестови уроци, семинарни уроци, конферентни уроци, използване на дидактически, ролеви и бизнес игри и елементи на тетрадицията. Използвам взаимно обогатяващото се взаимодействие на природонаучните дисциплини, за да формирам холистично отношение към природата и да мотивирам стандартите за здравословен начин на живот.

За да засиля екологичната ориентация на училищното образование, въвеждам разглеждане на екологичните проблеми в учебния материал на всяка тема, давам думата на дежурните студенти еколози, за да подчертаят най-важните екологични проблеми в рамките на тази тема, което позволява най-пълното използване на знанията за околната среда за формиране на грижовно отношение на учениците към природата, тяхната готовност за действиеза нейната защита.

Моята педагогическа концепция за екологизиране на преподаването на химия е близка до екологизиран курс по химия: от тема към тема. В часовете си използвам екологични експерименти, задачи или въпроси и практическа работа с екологична насоченост.

Когато изучавам структурата и свойствата на преходните метали, провеждам семинарен урок „Структурни характеристики на d-елементите и тяхното въздействие върху околната среда и човешкото здраве“. Методът на този урок е семинар от развиващ и образователен тип.

Целите на урока са да се обобщят знанията на учениците за периодичния закон, структурата на атомите, състоянието на електроните в атомите; укрепване на уменията за съставяне на електронни схеми, формули, сравняване на химични елементи по химикал

активност на микрофона; запознаване на учениците с определени закономерности, които определят разпространението на металите в природата, тяхната токсичност и дела на участие в метаболизма на живите организми, въз основа на позицията на елементите - метали в периодичната система; разкриване на причините за замърсяване на околната среда от d-елементи, посочване на основните източници на замърсяване; развиване на способността на учениците да прогнозират и анализират последиците от замърсяването с метали в околната среда; запознаване с основните насоки за предотвратяване на замърсяването.

За мото на урока избрах думите: „Науката е полезна само тогава, когато я приемаме не само с ума си, но и със сърцето си“.

План на семинара

1) Позиция на d-елементите в периодичната таблица.

2) Характеристики на структурата на атомите на d-елементите, техните свойства.

3) d - елементи и жив организъм.

4) Биологична роля и токсичен ефект на d - елементите.

5) Проблемът със замърсяването на околната среда с метали и начините за решаването му.

6) Намиране на г - елементи в природата. Минерали, съдържащи d-елементи в района на Воронеж.

В началото на урока актуализирам знанията и провеждам индивидуална и фронтална анкета.

а) Индивидуално проучване.

1. Работа с карти.

2. Кои елементи се наричат ​​d-елементи?

3. Характеризирайте позицията на d - елементите в периодичната система.

4. Характеристики на структурата на атомите на d-елементите; запълване на енергийни поднива с електрони, явлението „отказ на електрони“.

б) Фронтално изследване.

1. Дайте съвременна формулировка на периодичния закон.

2. Какво е физическото значение на серийния номер, номера на групата и периода на елемента?

3. Какво квантови числаописва състоянието на електроните в атома?

4. Какви правила са в основата на изготвянето на графична диаграма на структурата на атома?

5. Направете графични диаграми и напишете електронни формули за структурата на атомите на следните химични елементи: скандий, желязо, ниобий, („провал“ на електрон) (проверете чрез хороскоп)

На втория етап предлагам на учениците да изпълнят текстова задача, като използват три варианта. Те ще напишат своите отговори върху филтрирана хартия, напоена с фенолфталеин, като накапят алкален разтвор в желаната от тях позиция. Ако отговорът е верен, върху хартията се появява цветен сигнал.

Това позволява веднага да се оцени работата на учениците.

Особеността на структурата на атомите на d-елементите се дължи на наличието в тях на излишък от валентни орбитали и дефицит

Философските дискусии в съвременната естествена наука представят необичайна картина в известен смисъл, а именно: много активно се обсъждат методологически и идеологически проблеми на биологията и физиката, синергетиката и астрономията, генетиката и биотехнологиите, но не се обръща много внимание на подобни проблеми на химията. Може да се окаже, че въз основа на такива фундаментални обобщения като периодичния закон, теорията химическа структура, химическата термодинамика, химията откри широки възможности за изследване и синтез на милиони вещества от неживата и жива природа, за създаване на неизвестни досега съединения. Изглежда, че е била увлечена от емпиризма, от утилитарната страна и не се е интересувала от сложните идеологически и методологически проблеми, пред които е изправена. „Химията обаче, подчертава Ю. А. Жданов, се сблъсква със своя комплекс и реални проблемитеоретично и методологично естество и без тяхното разбиране не само тя, но и редица други науки няма да могат да се движат продуктивно напред.

Сега нека разгледаме екологичния аспект на химията, когато възниква процесът на замърсяване на околната среда, който поради своята нелинейност има вредно въздействие върху хората. Тук можем да подчертаем цял набор от фактори, вредни за нашето здраве: химическо замърсяване на почвата и произтичащата от това опасност на продуктите, химическо замърсяване на въздуха, водата и други вредни за околната среда ефекти. В този случай трябва да се вземе предвид антропогенният характер на различни видове замърсяване на атмосферата, хидросферата и литосферата. „Човешките същества са естественият и основен замърсител на планетата“, подчертава J. Bockris. Дълго време развитието на околната среда беше хармонично. Животът на един организъм в процеса на развитие беше подчинен на цялото и съответстваше на химическите процеси, протичащи около него. До настоящия век човекът не е имал много забележимо влияние върху екологичната ситуация, която е била балансирана в процеса на развитие. Нарушаването на тази хармония, пред която е изправен човекът в момента, е следствие от нарастващия обем химикали и други промишлени инсталации, изхвърляни във водата и въздуха. В атмосферата протичат фотохимични процеси, чрез които се преработват замърсителите и се възстановява балансът. Въпреки това от началото на 20в. Човекът е изпуснал толкова много замърсители в атмосферата, че те нарушават естествените процеси на възстановяване на баланса. Химическото замърсяване на околната среда оказва значително влияние върху живота и поведението на човека, тъй като причинява значителни вреди на неговия организъм.

Отдавна е установено, че човешкото поведение и свързаните с него здраве и патология са детерминирани химическа природазаобикаляща среда. Селективният избор на химикали е в основата на търсенето на лекарства за лечение на различни заболявания, включително психични. Известни са много вещества, които нарушават нормалното човешко поведение, например водят до пристрастяване към наркотици. Те обаче представляват само много малка част от огромното разнообразие от химикали, които имат биохимични ефекти върху човешкото здраве. След всичко химически веществаНезависимо от методите на проникване в човешкото тяло, те влияят върху протичането на биохимичните процеси в тялото. Това се дължи, на първо място, на законите на генезиса на биосистемите на нашата планета - в хода на химическата еволюция една от най-ранните големи промени беше преходът от редуцираща атмосфера към окислителна, в която биосистемите, характерни за нашата времето започна да се развива. Хармонията на такава еволюция се проявява ясно в „... единството, което предполага биохимична еволюция, която е много по-сложна и е настъпила много по-рано от биологична еволюция, което ни даде толкова разнообразни форми, явления и модели на поведение в растителния и животинския свят.“ Следователно външната химическа среда определя природата на организмите, оцелели по време на еволюцията.

Второ, оцеляването на организмите е свързано с развитата способност на организма да се възпроизвежда. Декодирането на ДНК кода - основният генетичен материал, предаван от поколение на поколение - показа, че развитието на индивида се регулира на молекулярно ниво и се осъществява чрез голям брой биохимични реакции. Тогава става ясно, че всички други свойства на тялото (анатомични, електрофизиологични, поведенчески и т.н.) в известен смисъл зависят от биохимичните процеси. Това обяснява защо здравето и патологията на човешкото тяло се влияят предимно от биохимични фактори и защо най-значими са въздействията на външната химическа среда.

Разбира се, в хода на еволюцията се е формирала способността на биосистемата да реагира като цяло на въздействията на околната среда, от което зависи физическото състояние на индивида.Основната причина за промяната в това състояние на човека е неврохимичните процеси, които протичат в нервната система, особено в централната нервна система, чиято фина организация прави възможно извършването на много такива процеси. Човешкият мозък, както е известно, съдържа около 100 милиарда неврони, това е невронна мрежа, която е фрактал, т.е. има нелинейност. А самото човешко тяло е динамично нелинейна системаследователно връзката между човешкото състояние и външната химическа среда в най-общата си форма е нелинейна. Резултатите от експерименти за идентифициране на връзките между поведенческата чувствителност и острите промени в химическата среда, когато нормалното състояние на тялото е нарушено, показват нелинейна (експоненциална) връзка (връзка) между състоянието на тялото и екзогенното химическо вещество. Като цяло няма значение как химикалите влизат в човешкото тяло – соматично, чрез вдишване, през кожата или лигавицата, поради инжектиране или имплантиране; основното е, че те имат нелинеен ефект върху състоянието на човешкото тяло. Това е от не малко значение за методите за наблюдение и пречистване на околната среда от химическо замърсяване, за да може човек нормално да разрешава и извършва дейността си.

Преходът, извършващ се в съвременната химия от дизайна на молекулите към създаването на молекулярни машини, заслужава философски размисъл. Химията се отнася до тези области на фундаментално познание, които позволяват синтеза и изследването на молекули, което означава, че химията, като клон на естествените науки, се занимава с изучаването на материята на нивото на нейната молекулярна организация. Тази област на изследване изглежда отворена и всъщност е така. Химическият каталог съдържа стотици хиляди молекули с естествен произход, чиято структура е дешифрирана в лаборатории и към днешна дата към този брой са добавени повече от 15 милиона молекули, синтезирани от химици и вещества, които не се срещат в природата. Методология на синтеза, разработена от химици, методи на изследване молекулярна структураи техните трансформа- разбират тайните на структурата на молекулите и техните различни свойства. Това важи дори за най-нестабилните от тях, които се разлагат при нормални условия за милионни от секундата.

„Означават ли тези постижения“, пише V.I. Минкин, - че химията като наука вече е решила своя проблем и въпреки че способността й да произвежда нови молекули в още по-големи количества остава неограничена, самият този процес става все по-рутинен? Наистина, сега стана възможно, например, автоматично да се синтезират пептиди (протеини с ниско молекулно тегло). Подобна оценка на общото състояние на химическата наука (наука, чиито закони са еднакво важни за разбирането на живата и неживата природа) би била прибързана. И изобщо не е оригинален. В крайна сметка през 1929 г. нобеловият лауреат Пол Дирак с откритието квантова механиказаявява: „Така фундаменталните физични закони, необходими за математическата теория на част от физиката и цялата химия, стават напълно известни и трудността се състои единствено във факта, че точното прилагане на тези закони води до уравнения, които са твърде сложни, за да бъдат решени.“ Тази теза на Дирак беше в центъра на широки дискусии сред физици, химици и привърженици и противници на философията на редукционизма. В много монографии и учебници по теоретични и физическа химияДадено е това твърдение на един класик на науката, като се акцентира върху неосъществимостта на прогнозата. Очевидно Дирак е изразил мисълта си като своеобразна хипербола, за да подчертае изключителното значение на новата теория за микросвета. Самите постулати на квантовата механика и произтичащите от тях последствия се оказаха правилни и както вече беше показано, пълното уравнение на Шрьодингер не може да бъде решено точно дори за най-простите молекули и добри приближения до точни решения за средни по размер молекули изискват време за работа на суперкомпютъра в размер на дни. Можем да кажем, че методите на квантовата механика определят главно темповете на научния прогрес, но не и природата на научното творчество. Известно е, че творческите неща са ирационални по природа и не могат да бъдат изведени с логични, дедуктивни средства - в противен случай всеки човек, който познава логиката, би могъл да направи научни открития(в този случай науката просто няма да е необходима). Освен това не бива да забравяме това периодичната таблицаелементи и теория молекулярна структураорганичните съединения са създадени от химиците много преди да се формират принципите на квантовата механика и дори преди откриването на електрона.

Известно е, че изборът на посоки за научни изследвания се диктува от два фактора: изискването на обществената потребност и вътрешния импулс на изследователя да открива нови явления и закономерности и да прониква в тайните на природата. На различни етапиразвитие на обществото, в зависимост от постигнатото ниво на знания се променят тенденциите в научните изследвания и приоритетите за избор на цели. В химията от 60-80-те години фокусът на изследванията е върху изучаването на фината структура на молекулите, реакционните механизми и вътрешномолекулната динамика. През последното десетилетие ясно се появи интерес към обекти и цели с повишена сложност - изследването и моделирането на функциите на биологично важни молекулярни системи, както и създаването на нови високотехнологични материали, изградени от елементи с наноскопичен мащаб. Тази тенденция отразява прехода от изучаването на отделни молекули и техните малки асоциирани към изучаването на структурата на свойствата и трансформациите на доста големи агрегати от молекули, насоченото изграждане на организирани молекулярни ансамбли с цел създаване на уникални молекулярни машини, т.е. молекулярни устройства, в които промените, предизвикани в отделните съставни молекули, причиняват кооперативни процеси в цялата система (K. Drexler). Такива устройства могат да се използват за преобразуване на един вид енергия в друг, натрупване на светлинна енергия, запис, съхраняване и предаване на информация, молекулярно изчисление и т.н. „Дизайнът на такива устройства е област“, ​​подчертава В. И. Минкин, „която е обозначена с терминът молекулярно инженерство.” .

Небето остава широко отворено за химията, защото тя е изкуство, както и наука. Изкуството, разбира се, благодарение на красотата на своите предмети, но също и чрез самата си същност, благодарение на способността си безкрайно да измисля и създава своите предмети, себе си, собственото си бъдеще. Подобно на художник, химикът въплъщава плодовете на собственото си въображение в материални образи. Самите камък, звуци, думи не съдържат творби на скулптор, композитор или писател, създадени от тях. По същия начин химикът създава нови молекули, нови материали и нови свойства от елементите, предоставени му от природата. Той наистина създава нови светове, които не са съществували, докато не са излезли от ръцете на химика, така както материалът, едва излязъл от ръцете на майстор, придобива силата и изразителността на произведение на изкуството. Това беше перфектно предадено в творението му от Oposte Rodin.

Химията има този творчески потенциал. Като Марсел Бертло: „Самата химия създава своите обекти.“ Тя не просто създава предмети, тя създава предмета на своето изследване. Тя не съществува първоначално, тя се измисля и създава в процеса на изследване. Той не просто чака да бъде открит, той чака да бъде създаден. Същността на химическата наука намира своя пълен израз в думите на художника-учен Леонардо да Винчи: „... където природата престава да създава свои собствени обекти, човекът поема и създава, използвайки естествени материали и с помощта на природата, безброй нови обекти...” .

Същността на химията е не само в откритията, но и в изобретенията, в творческото творчество преди всичко. Една книга по химия трябва не само да се чете, но и да се пише; Резултатът по химия трябва не само да се изпълнява, но и да се съставя. Философското значение на съвременната химия се състои в това, че тя позволява изграждането на нови вещества и материали, които не се срещат в живата природа, а това от своя страна въвежда ново измерение в смисъла на човешкото съществуване. В края на краищата, обектите на супрамолекулното химическо творчество обещават да бъдат много сложни и разнообразни, в резултат на което могат да бъдат създадени цели химически галактики. Творчеството, както знаем, служи на търсенето на смисъла на нашия живот, задоволявайки най-висшата потребност от самореализация.

Свързана информация.