Poglavlje 11. EKOLOŠKI ASPEKTI KEMIJSKIH ELEMENATA

Poglavlje 11. EKOLOŠKI ASPEKTI KEMIJSKIH ELEMENATA

Kemijski elementi su jedna od komponenti ekološkog portreta osobe.

A.V. stjenovita

11.1. AKTUALNI PROBLEMI ODRŽIVOG RAZVOJA BIOSFERE RUSIJE

Antropogeno onečišćenje okoliš ima značajan utjecaj na zdravlje biljaka i životinja (Ermakov V.V., 1995). Godišnja proizvodnja svjetske kopnene vegetacije prije nego što ju je poremetio čovjek imala je vrijednost blizu 172 10 9 tona suhe tvari (Bazilevich NI, 1974). Kao rezultat utjecaja, njegova prirodna proizvodnja sada je smanjena za najmanje 25% (Panin M.S., 2006.). U publikacijama V.V. Ermakova (1999), Yu.M. Zakharova (2003), I.M. Donnik (1997), M.S. Panina (2003), G.M. Hove (1972), D.R. Burkitt (1986) i dr. pokazali su sve veću agresivnost antropogenih utjecaja na okoliš (OS) koji se odvijaju na područjima razvijenih zemalja.

V.A. Kovda je još 1976. godine dao podatke o omjeru prirodnih biogeokemijskih ciklusa i antropogenog doprinosa prirodnim procesima, od tada su tehnogeni tokovi u porastu. Prema njegovim podacima, biogeokemijski i tehnogeni tokovi biosfere procjenjuju se sljedećim vrijednostima:

Prema podacima Svjetske zdravstvene organizacije (WHO), od više od 6 milijuna poznatih kemijski spojevi koristi se do 500 tisuća, od čega 40 tisuća ima svojstva štetna za čovjeka, a 12 tisuća je otrovno. Do 2000. godine potrošnja mineralnih i organskih sirovina dramatično je porasla i dosegnula 40-50 tisuća tona po stanovniku Zemlje. Sukladno tome, povećavaju se količine industrijskog, poljoprivrednog i kućnog otpada. Do početka 21. stoljeća, antropogeno zagađenje dovelo je čovječanstvo na rub ekološke katastrofe (Ermakov V.V., 2003). Stoga je analiza ekološkog stanja ruske biosfere i potraga za načinima ekološke rehabilitacije njezina teritorija vrlo relevantna.

Trenutno se u poduzećima rudarske, metalurške, kemijske, drvoprerađivačke, energetske, građevinske industrije i drugih industrija Ruske Federacije godišnje stvara oko 7 milijardi tona otpada. Iskoristi se samo 2 milijarde tona ili 28% ukupne količine. S tim u vezi, oko 80 milijardi tona samo krutog otpada akumulirano je u odlagalištima i skladištima mulja u zemlji. Oko 10 tisuća hektara zemljišta pogodnog za poljoprivredu godišnje se otuđi za odlagališta za njihovo skladištenje. Najveća količina otpada nastaje tijekom vađenja i obogaćivanja sirovina. Tako je 1985. godine volumen otkrivke, pratećih stijena i jalovine u raznim industrijama SSSR-a iznosio 3100 odnosno 1200 milijuna m 3 . Veliki broj otpad nastaje tijekom sječe i prerade drvne sirovine. Na mjestima sječe otpad čini do 46,5% ukupne količine izvezenog drva. U našoj zemlji godišnje nastane više od 200 milijuna m 3 drvnog otpada. Nešto manje otpada proizvodi se u poduzećima crne metalurgije: 1984. godine proizvodnja vatrostalne troske iznosila je 79,7 milijuna tona, uključujući 52,2 milijuna tona visoke peći, 22,3 milijuna tona čelika i 4,2 milijuna tona ferolegura. U svijetu se obojeni metali godišnje tale oko 15 puta manje od željeznih. Međutim, u proizvodnji obojenih metala u procesu obogaćivanja rude nastaje od 30 do 100 tona drobljene jalovine po 1 toni koncentrata, a tijekom taljenja rude

za 1 tonu metala - od 1 do 8 tona troske, mulja i drugog otpada (Dobrovolsky IP, Kozlov Yu. E. et al., 2000).

Svake godine poduzeća kemijske, prehrambene, mineralnih gnojiva i drugih industrija generiraju više od 22 milijuna tona otpada koji sadrži gips i oko 120-140 milijuna tona kanalizacijskog mulja (u suhom obliku), od čega se oko 90% dobiva neutralizacijom industrijske otpadne vode. Više od 70% deponija u Kuzbasu gori. Na udaljenosti od nekoliko kilometara od njih u zraku su značajno povećane koncentracije SO 2 , CO, CO 2 . U tlu i površinskim vodama naglo raste koncentracija teških metala, au područjima rudnika urana - radionuklida. Površinska eksploatacija dovodi do poremećaja krajobraza, koji su razmjerni razmjerima s posljedicama velikih prirodnih katastrofa. Tako su u rudarskom području u Kuzbasu formirani brojni lanci dubokih (do 30 m) vrtača, koji se protežu više od 50 km, ukupne površine do 300 km 2 i volumena ponora od više od 50 milijuna m 3.

Trenutno su velika područja zauzeta krutim otpadom iz termoelektrana: pepeo, troska, po sastavu slični metalurškim. Njihova godišnja proizvodnja doseže 70 milijuna tona. Stupanj njihove upotrebe je unutar 1-2%. Prema ministarstvu prirodni resursi RF, ukupna površina zemlje zauzeta otpadom iz raznih industrija, u cjelini, prelazi 2000 km 2.

Godišnje se u svijetu proizvede više od 40 milijardi tona sirove nafte, od čega se oko 50 milijuna tona nafte i naftnih derivata gubi tijekom proizvodnje, transporta i prerade. Nafta se smatra jednim od najraširenijih i najopasnijih zagađivača u hidrosferi, budući da se oko trećine proizvodi na epikontinentalnom pojasu. Ukupna masa naftnih derivata koji godišnje ulaze u mora i oceane približno se procjenjuje na 5-10 milijuna tona.

Prema NPO Energostal, stupanj pročišćavanja ispušnih plinova iz prašine crne metalurgije prelazi 80%, a stupanj iskorištenja čvrstih proizvoda za hvatanje je samo 66%. Istodobno, koeficijent iskorištenja prašine i troske koji sadrže željezo iznosi 72%, dok je za ostale vrste prašine 46%. Praktično u svim poduzećima, kako metalurškim tako i termoelektranama, nisu riješena pitanja čišćenja agresivnih plinova s ​​niskim postotkom sumpora. Emisije ovih plinova u SSSR-u iznosile su 25 milijuna tona. Emisije plinova koji sadrže sumpor u atmosferu samo od puštanja u pogon postrojenja za čišćenje plina u 53 elektrane u zemlji

u razdoblju od 1975. do 1983. smanjio se s 1,6 na 0,9 milijuna tona. Problemi neutralizacije galvanskih rješenja su slabo riješeni. Još se sporije rješava pitanje zbrinjavanja otpada koji nastaje tijekom neutralizacije i obrade istrošenih otopina za salamurenje, otopina kemijske proizvodnje i otpadnih voda. U ruskim gradovima se do 90% otpadnih voda ispušta u rijeke i akumulacije u nepročišćenom obliku. Trenutno su razvijene tehnologije koje omogućuju pretvaranje otrovnih tvari u niskotoksične, pa čak i biološki aktivne tvari koje se mogu koristiti u poljoprivredi i drugim industrijama.

Moderni gradovi ispuštaju oko 1000 spojeva u atmosferu i vodeni okoliš. U gradskom onečišćenju zraka jedno od vodećih mjesta zauzimaju motorna vozila. U mnogim gradovima ispušni plinovi čine 30%, au nekima - 50%. U Moskvi oko 96% CO, 33% NO 2 i 64% ugljikovodika ulazi u atmosferu zbog motornog prometa.

Prema čimbenicima utjecaja, njihovoj razini, trajanju djelovanja i području distribucije, prirodne i tehnogene biogeokemijske pokrajine Urala klasificiraju se kao područja s najvećim stupnjem ekološke nesreće (Ermakov V.V., 1999). Posljednjih godina Uralska regija je vodeća po ukupnoj emisiji štetnih tvari u atmosferu. Prema A.A. Malygina i sur., Ural je na prvom mjestu u Rusiji po onečišćenju zraka i vode, a na drugom mjestu po onečišćenju tla. Prema Državnom odboru za statistiku Rusije, udio Sverdlovske regije u Uralskoj regiji čini 31% svih štetnih emisija i istu količinu zagađenih otpadnih voda. Udio Čeljabinske regije u zagađenju regije je 25%, Baškortostana - 20%, Permske regije - 18%. Uralska poduzeća raspolažu s 400 milijuna tona otrovnog otpada svih klasa opasnosti.

Čeljabinska regija jedan je od najvećih proizvođača željeznih metala u zemlji. Ima 28 poduzeća metalurškog kompleksa. Više od 10 rudarskih poduzeća posluje u regiji kako bi im opskrbila sirovine. Od 1993. metalurška poduzeća u regiji nakupila su oko 180 milijuna tona troske iz visokih peći, 40 milijuna tona troske od taljenja čelika i više od 20 milijuna tona troske od proizvodnje ferokroma, kao i značajnu količinu prašine i mulja. Utvrđena je mogućnost prerade otpada u razne građevinske materijale za potrebe narodnog gospodarstva. U regiji Chelyabinsk, 3 puta više

otpada po glavi stanovnika nego u Rusiji kao cjelini. Na odlagalištima regije akumulirano je preko 2,5 milijardi m 3 raznih stijena, 250 milijuna tona troske i pepela iz termoelektrana. Od ukupne količine otkrivke prerađuje se samo 3 %. U metalurškim poduzećima, od 14 milijuna tona troske godišnje, koristi se samo 40-42%, od čega je 75% troska iz visokih peći, 4% je taljenje čelika, 3% je ferolegura i 17% obojena metalurgija. troske, a samo oko 1% je pepeo TE. Prema I.A. Myakishev, 74.736 tona plinovitih i tekućih emisija ispušteno je u atmosferu Čeljabinska 1997. godine.

Povreda mikro- i makroelementarne homeostaze u tijelu određena je prirodnim i tehnogenim onečišćenjem biosfere, što dovodi do stvaranja širokih područja tehnogenih mikroelementoza oko teritorijalno-industrijskih kompleksa. Zdravlje nije samo ljudi koji su izravno uključeni u proizvodni proces, već i onih koji žive u blizini poduzeća. U pravilu imaju manje izraženu kliničku sliku i mogu poprimiti latentni oblik određenih patoloških stanja. Pokazalo se da u blizini industrijskih poduzeća smještenih u gradu među stambenim područjima koncentracije olova premašuju pozadinske vrijednosti za 14-50 puta, cinka - za 30-40 puta, kroma - za 11-46 puta, nikla - za 8-63 puta. puta.

Čeljabinsk je jedan od 15 gradova u Rusiji sa konstantno visokom razinom onečišćenja zraka i nalazi se na 12. mjestu. Analiza ekološke situacije i zdravstvenog stanja stanovništva grada Čeljabinska omogućila je da se utvrdi da Čeljabinsk po stupnju zagađenja spada u "zone ekološke opasnosti". Očekivano trajanje života je 4-6 godina manje u usporedbi sa sličnim pokazateljima u Rusiji (vidi sl. 10.6).

Stanovnici koji dugo žive u uvjetima prirodnog i tehnogenog onečišćenja izloženi su nenormalnim koncentracijama kemijski elementi pružanje značajan utjecaj na tijelu. Jedna od manifestacija je promjena u sastavu krvi, čiji je uzrok kršenje unosa željeza, mikroelemenata (Cu, Co) u tijelo, povezano i s njihovim niskim sadržajem u hrani i s visokim sadržaj u hrani spojeva koji sprječavaju apsorpciju željeza u probavnom traktu.

Pri praćenju bioloških i veterinarskih parametara u 56 farmi u različitim regijama Urala (Donnik I.M., Shkuratova I.A., 2001.) uvjetno je identificirano pet varijanti teritorija koje se razlikuju po ekološkim karakteristikama:

Područja zagađena emisijama iz velikih industrijskih poduzeća;

Područja kontaminirana kao rezultat aktivnosti proizvodne udruge Mayak s dugoživućim radionuklidima - stroncijem-90 i cezijem-137 (istočnouralski radioaktivni trag - EURT);

Područja koja su opterećena industrijskim poduzećima, a istovremeno se nalaze u EURTS zoni;

Geokemijske pokrajine s visokim prirodnim sadržajem teških metala (Zn, Cu, Ni) u tlu, vodi, kao i anomalnim koncentracijama radona-222 u prizemnom zraku i vodi;

Područja koja su relativno povoljna u ekološkom smislu, bez industrijskih poduzeća.

11.2. EKOLOŠKO-ADAPTIVNI PRINCIP ODRŽIVOG RAZVOJA BIOSFERE

Raznolikost tla i vodenih resursa u Rusiji u smislu agrokemijskih i agrofizičkih pokazatelja i njihova zagađenost različitim prirodnim i tehnogenim zagađivačima barijera je koja sprječava tijelo da tijelu osigura uravnotežen sastav mikro i makroelemenata u biološki aktivnom ne- toksični oblik. Geokemijska ekologija bavi se proučavanjem mehanizama biološkog djelovanja mikro i makroelemenata, kao i toksične primjene u medicini, stočarstvu i biljnoj proizvodnji.

Glavna zadaća geokemijske ekologije je rasvjetljavanje procesa prilagodbe organizama na uvjete okoliša (adaptacija), procesa migracije kemijskih elemenata, oblika migracije i utjecaja tehnogenih procesa, proučavanje točaka primjene kemijskih elemenata. okoliša na metaboličke procese, utvrđivanje uzročne ovisnosti normalnih i patoloških reakcija organizama na čimbenike okoliša okoliš. U prirodnim uvjetima iu pokusima krajnji je cilj ovog dijela ekologije

(Kowalsky V.V., 1991).

Geokemijska ekologija - To je područje sistemske ekologije, gdje je glavni čimbenik utjecaja kemijski element i podijeljeno je na određena područja prema objektu utjecaja: geokemijska ekologija ljudi, biljaka i životinja. Moderna ekologija je integrirajuća znanost (Reimers N.F., 1990). Ekologiju povezuje s 28 prirodnih znanosti.

Tehnogeno onečišćenje okoliša utječe na životni vijek stanovništva. Trenutno stopa nataliteta stanovništva ne premašuje uvijek stopu smrtnosti. U uvjetima Južnog Urala stopa smrtnosti je 16 na 1000 ljudi (Shepelev V.A., 2006).

Moderna faza evolucije biosfere je faza korekcije ljudske tehnogene aktivnosti i početak nastanka inteligentnih noosferskih tehnologija (Ermakov V.V., 2003). Postizanje održivog razvoja ovisi prije svega o stvaranju i razvoju ekološki prihvatljivih tehnologija u industriji i poljoprivredi. Medicina i poljoprivreda trebaju prijeći na strategiju prilagodbe biosferi, prema kojoj je potrebno uzeti u obzir biokemijske karakteristike teritorija i osnovne ekološke principe koji upravljaju samoreprodukcijom živih sustava. Ekološko adaptivno načelo - glavno načelo koje prirodnim ekosustavima omogućuje da neograničeno dugo održavaju svoje stabilno stanje jest da se obnova i zbrinjavanje otpada odvija unutar biogeokemijskog ciklusa kemijskih elemenata. Budući da atomi ne nastaju, ne pretvaraju se jedni u druge i ne nestaju, mogu se beskonačno koristiti u prehrambene svrhe, nalazeći se u raznim spojevima, a njihova zaliha nikada neće biti iscrpljena. Ciklus elemenata koji je postojao stoljećima uključivao je samo biogene elemente. Međutim, ekstrakcija iz utrobe zemlje posljednjih desetljeća i disperzija u biosferi kemijskih elemenata neuobičajenih za žive organizme doveli su do toga da su oni uključeni u biogeokemijske cikluse koji uključuju ljude i životinje.

Od Konferencije Ujedinjenih naroda o okolišu i razvoju u Rio de Janeiru 1992. godine, održivi razvoj postao je glavna strategija nacionalnog i međunarodnog razvoja u području zaštite okoliša. Održivi razvoj je proces promjene u kojem iskorištavanje resursa, smjer ulaganja, orijentacija tehnološkog razvoja moraju biti međusobno usklađeni kako bi se zadovoljile potrebe ljudi, kako sada tako i u budućnosti. Strategija održivog razvoja usmjerena je na zadovoljenje osnovnih potreba ljudi osiguravanjem gospodarskog rasta unutar ekoloških granica (vidi dijagram), predstavljenih jednim od najvažnijih aspekata u području medicine okoliša - problemom sanacije okoliša. Prvi korak je da

Glavni razvoj je razvoj specifičnih projekata koji se mogu razviti u snažnu alternativu trenutnom modelu razvoja. 2002. održao međunarodna konferencija„Održivi razvoj Čeljabinska i regije“, gdje je pilot projekt korištenja metalnih kompleksonata koji sadrže fosfor prepoznat kao jedan od prioriteta. Najvažniji korak u sanaciji okoliša je razvoj i implementacija sustava za sprječavanje nastanka anomalija koje uzrokuje čovjek. Niskootpadne tehnologije za regeneraciju i zbrinjavanje industrijskog otpada, anorganskih kiselina i soli prijelaznih metala korištenjem kelatnih sredstava za pročišćavanje industrijskih otopina za dobivanje metalnih kompleksonata za medicinu, poljoprivredu i industriju; treba široko primijeniti tehnologije obrade hidrolitičkih kiselina koje će smanjiti volumen otpadnih voda, krutog i plinovitog otpada. Ove inovacije će smanjiti volumen otpadnih voda za 2 puta, ukupni sadržaj soli za 4-5 puta, titana, željeza i aluminija za 10-13 puta, magnezija za 5-7 puta. Tehnologije omogućuju dobivanje metala rijetkih zemalja visokog stupnja pročišćavanja (Zholnin A.V. et al., 1990).

Očita je relevantnost problema zdravlja ljudi i životinja u vezi sa stanjem okoliša. Rješenje ovog problema usmjereno je na stvaranje temelja za tehnološka rješenja implementirana u obliku kompaktnih industrija, čiji proizvodi pokreću kompenzacijski mehanizam prirodnih kompleksa pojedinaca. vrsta. Ovaj pristup omogućuje iskorištavanje potencijala

prirode putem optimalne samoregulacije, odnosno jedino rješenje problema je povećanje učinkovitosti samoobrane biološkog sustava i prirodnog okoliša od ekološki opasnih čimbenika korištenjem gotovih tehnoloških proizvoda koji pokreću mehanizme samoobrane.

Prva istraživanja biosfere proveo je Georges Cuvier (XIX. stoljeće). On je prvi povezao evoluciju životinjskog svijeta Zemlje s geološkim katastrofama. To je pridonijelo formiranju u budućnosti ideja o kombinaciji evolucijskog i grčevitog razvoja, kao i biogeokemijskog jedinstva staništa.

nija i živih organizama. Unatoč modernim pokušajima klasifikacije kemijskih elemenata, pridržavamo se kvantitativnih karakteristika koje je dao V.I. Vernadskog, a zatim A.P. Vinogradov. Trenutno je teorija makro- i mikroelemenata značajno evoluirala, a akumulirano znanje o svojstvima i biološkoj ulozi kemijskih elemenata koncentrirano je u novom znanstvenom smjeru - "elementologiji", čiji je prototip postavljen u bio anorganska kemija(Zholnin A.V., 2003).

U uvjetima ekoloških problema, obećavajući smjer je ekološko-adaptivni princip, čija je svrha ispraviti stanja dezadaptacije pomoću blagih adaptogena, antioksidansa, imunotropnih sredstava koja poboljšavaju stanje funkcionalnih sustava uključenih u biotransformaciju elemenata, detoksikaciju tijelo. Vrlo je učinkovita prevencija i korekcija metaboličkih poremećaja uz pomoć metalnih kompleksonata koji sadrže fosfor (Zholnin A.V., 2006). Probavljivost mikro i makro elemenata povećava se na 90-95%. Korištenje mikro i makro elemenata u obliku organski spojevi nedovoljno učinkoviti, jer su u biološki neaktivnom obliku. Njihova probavljivost u ovim uvjetima je unutar 20-30%, zbog čega potrebe organizma za mikro- i makroelementima nisu zadovoljene čak ni uz dovoljno doziranu i dugotrajnu upotrebu. Analiza međudjelovanja tehnosfere i biosfere omogućuje nam da ih zajedno promatramo kao jedinstveni sustav- ekosfera, u kojoj su koncentrirani svi suvremeni socio- i ekološko-ekonomski problemi. Načela cjelovitosti vrlo su važna za razumijevanje problema suvremene ekologije, od kojih su glavni održivost žive prirode i ovisnost ljudskog društva o njoj. Čovječanstvo mora naučiti živjeti u skladu s prirodom, s njezinim zakonima, te mora znati predvidjeti utjecaj posljedica svojih aktivnosti na biološke sustave na svim razinama, uključujući i ekosferu.

Na temelju prikazanog pregled ekološko-biogeo-kemijska situacija u Rusiji, nema sumnje o potrebi usvajanja novog metodološkog pristupa proučavanju prirodno-anomalnog i tehnogenog onečišćenja biosfere, različitih u pogledu ulaska u tijelo, toksičnosti, koncentracije, oblika , trajanje djelovanja, biokemijske reakcije tjelesnih sustava kao odgovor na djelovanje polutanata.

11.3. BIOGEOKEMIJSKA POKRAJINA

Posljedica tehnogeneze kao snažnog antropogenog čimbenika koji odražava stanje tehnologije društva je povlačenje (koncentracija) jednih kemijskih elemenata (Au, Ag, Pb, Fe) i disperzija drugih (Cd, Hg, As, F, Pb, Al, Cr) u biosferi ili kombinacija oba procesa istovremeno.

Lokalizacija i intenzitet priljeva tehnogenih tokova kemijskih elemenata određuju nastanak anomalije koje je stvorio čovjek I biogeokemijske provincije(BGHP) s različitim stupnjevima napetosti okoline. Unutar takvih teritorija, pod utjecajem otrovnih tvari, dolazi do patoloških poremećaja kod ljudi, životinja i biljaka.

U modernim uvjetima U sve većoj tehnogenoj preobrazbi prirode, načelo primjerenosti materijala i tehnologija korištenih za produktivnost i resurse biosfere ima ključnu važnost. Biogena migracija kemijskih elemenata nije neograničena. Teži svom maksimalnom ispoljavanju u određenim granicama koje odgovaraju homeostazi biosfere kao glavnom svojstvu njezina održivog razvoja.

Koncept "biogeokemijske provincije" uveo je akademik A.P. Vinogradov: “Biogeokemijske pokrajine su područja na zemlji koja se razlikuju od susjednih područja po sadržaju kemijskih elemenata u njima i, kao rezultat toga, uzrokuju drugačiju biološku reakciju od lokalne flore i faune.” Kao rezultat oštrog nedostatka ili viška sadržaja bilo kojeg elementa unutar danog BHCP, biogeokemijska endemija- bolest ljudi, biljaka i životinja.

Teritori unutar kojih ljudi, životinje i biljke imaju određeni kemijski elementarni sastav nazivaju se biogeokemijskim provincijama.

Biogeokemijske provincije su taksoni biosfere trećeg reda - teritorije različitih veličina unutar subregija biosfere sa stalnim karakterističnim reakcijama organizama (primjerice, endemske bolesti). Patološki procesi uzrokovani nedostatkom, viškom i neravnotežom elemenata u tragovima u tijelu A.P. Avtsyn (1991) nazvao mikroelementozama.

Neravnomjeran raspored kemijskih elemenata u prostoru karakteristično je svojstvo geokemijske strukture Zemljina kora. Značajna i stabilna odstupanja sadržaja

zove se bilo koji element u određenoj regiji geokemijske anomalije.

Kako bi opisao heterogenost kemijskih elemenata u zemljinoj kori, V.I. Vernadsky koristio Clarke koncentracija K do:

gdje je A sadržaj elementa u stijeni, rudi itd.; K srednja - prosječna klark vrijednost nekog elementa u zemljinoj kori.

Prosječna klark vrijednost nekog elementa u zemljinoj kori karakterizira tzv geokemijska pozadina. Ako je koncentracijski klark veći od jedan, to ukazuje na obogaćivanje elementom, ako je manji, znači smanjenje njegovog sadržaja u odnosu na podatke za zemljinu koru kao cjelinu. Lokaliteti s istom vrstom anomalija spajaju se u biogeokemijske provincije. Biogeokemijske pokrajine mogu biti osiromašene nekim elementom(K do< 1), i njime obogaćen(Kk > 1).

Postoje dvije vrste biogeokemijskih provincija - prirodne i tehnogene. Tehnogene pokrajine nastaju kao rezultat razvoja nalazišta ruda, emisija iz metalurške i kemijske industrije te korištenja gnojiva u poljoprivredi. Prirodne biogeokemijske provincije nastaju kao rezultat aktivnosti mikroorganizama, stoga je potrebno obratiti pažnju na ulogu mikroorganizama u stvaranju geokemijskih obilježja okoliša. Manjak i suvišak elemenata može dovesti do stvaranja biogeokemijskih provincija kako zbog nedostatka elemenata (joda, fluorida, kalcija, bakra i drugih provincija), tako i zbog njihovog viška (bor, molibden, fluorid, nikal, berilij, bakar itd.). ). Zanimljiv i važan problem je manjak broma unutar kontinentalnih regija, planinskih krajeva te višak broma u obalnim i vulkanskim krajolicima.

S biogeokemijskog gledišta, niz zona ekološke napetosti može se smatrati biogeokemijskim provincijama - lokalnim područjima biosfere - s oštrom promjenom kemijskog elementarnog sastava okoliša i organizama s kršenjem lokalnih biogeokemijskih ciklusa vitalnih kemijski elementi, njihovi spojevi, asocijacije i manifestacija patoloških specifičnih reakcija. U odjeljku se razmatra klasifikacija biogeokemijskih provincija prema ekološkom stanju teritorija.

Sukladno genezi, BHCP se dijele na primarne, sekundarne, prirodne, prirodno-tehnogene i tehnogene, te

torionalno mogu biti zonalne, azonalne unutar regije i subregije. Ekološka analiza BGCP-a prema čimbenicima utjecaja i području distribucije pokazuje da su sljedeće azonalne i subregionalne pokrajine ekološki najnepovoljnije u Rusiji:

Polimetalni s dominantnim asocijacijama Cu-Zn, Cu-Ni, Pb-Zn, Cu-Ni-Co (Južni Ural, Baškortostan, Chara, Norilsk, Mednogorsk);

Pokrajine nikla (Norilsk, Monchegorsk, Nikel, Polyarny, Arctic, Tuva);

Olovo (Altaj, Kavkaz, Transbaikalija);

živa (Altai, Sakha, regija Kemerovo);

S viškom fluora (Kirovsk, Istočna Transbaikalija, Krasnoyarsk, Bratsk);

Subregionalne pokrajine s visokim sadržajem bora i berilija (Južni Ural).

Od prirodnih i prirodno-tehnogenih biogeokemijskih pokrajina s viškom bakra, nikla i kobalta u okolišu i organizmima životinja treba istaknuti niz lokalnih teritorija Urala. Ove su pokrajine privukle pozornost znanstvenika već 1950-ih. Kasnije je detaljnije proučavana južnouralska subregija biosfere. Izdvaja se kao samostalni biogeokemijski takson na temelju sljedećih čimbenika: prisutnosti heterogenih metalogenih pojaseva - bakrene rude i miješane bakrene rude, obogaćivanja tla mikroelementima kao što su Cu, Zn, Cd, Ni, Co, Mn, što dovodi do razne reakcije tijela na višak tih elemenata , I geografska lokacija subregija biosfere, karakterizirana klimatskim jedinstvom. Eksploatacija Cu-Zn i Ni-Co ležišta subregije biosfere tijekom gotovo jednog stoljeća dovela je do formiranja tehnogenih provincija, koje se ističu na razini trenutnog geokemijskog stanja biosfere.

U ovoj podregiji identificirana je biogeokemijska provincija Baimak bakar-cink (Baimak, Sibay), kao i provincije Yuldybaev i Khalilov Ni-Co-Cu. U pašnjacima prve provincije koncentracija bakra i cinka u pašnjacima varira između 14-51 (bakar) i 36-91 (cink) mg/kg suhe tvari. Sadržaj metala u biljkama ostalih pokrajina je: 10-92 (nikal), 0,6-2,4 (kobalt), 10-43 (bakar) mg/kg. U južnim regijama Čeljabinske regije sadržaj selena u tlima i biljkama

vrlo niska (0,01-0,02 mg/kg), pa je u tim područjima zabilježena bolest bijelih mišića.

U okruzima Čeljabinske regije (Nagaybaksky, Argayashsky, u blizini gradova Plast, Kyshtym, Karabash) sadržaj selena u tlu, vodi i hrani je visok - do 0,4 mg / kg ili više (Ermakov V.V., 1999.) . Koncentracije metala u biljkama koje rastu u zoni metalurških poduzeća (Mednogorsk) očito su značajnije. S obzirom na česte slučajeve toksikoze bakra i nikla među životinjama (bakrena žutica, hiperkuproza, nikalna ekcematozna dermatoza, nikalna keratoza, nekroza ekstremiteta) i biogeokemijske kriterije za nikal, razmatrane biogeokemijske provincije mogu se pripisati zonama rizika i krize (Ermakov V.V. , 1999; Gribovsky G.P., 1995).

Na Uralu postoje geokemijske anomalije zona zlatne rude, koje karakterizira prirodno otpuštanje soli teških metala u tlo i vodu. U tim zonama prirodni sadržaj arsena doseže 250 MPC, olova 50 MPC, sadržaj žive i kroma u tlu je povećan. Zona Soimanovske doline od grada Miassa do grada Kyshtyma, uključujući grad Karabash, bogata je izdancima sloja tla bakra, cinka i olova, koji dosežu preko 100 MPC. Izdanci kobalta, nikla, kroma protežu se duž cijele regije, ponekad stvarajući do 200 MPC za poljoprivredna tla. Značajke prirodnih i tehnogenih anomalija na južnom Uralu tvore geokemijske pokrajine na njegovom teritoriju, čiji elementarni sastav može imati izražen učinak na elementarni sastav vode za piće, životinja, biljaka i ljudi.

Proučavanje tehnogenih pokrajina novi je iznimno složen znanstveni problem čije je rješenje nužno za opću ekološku procjenu funkcioniranja biosfere u suvremenom dobu i traženje racionalnijih tehnologija. Složenost problema leži u potrebi razlikovanja tehnogenih i prirodnih tokova i oblika migracije kemijskih elemenata, međudjelovanja tehnogenih čimbenika i manifestacije nepredviđenih bioloških reakcija u organizmima. Podsjetimo, upravo je ovaj znanstveni pravac, uz geokemijsku ekologiju, doprinio u našoj zemlji razvoju učenja o mikro- i makroelementarnoj homeostazi i njihovoj korekciji. Prema V.I. Vernadsky, vodeći čimbenik biosfere je kemijski - "Pristupajući geokemijski i proučavanju geoloških pojava, pokrivamo svu prirodu oko nas u istom atomskom aspektu." Pod njegovim utjecajem,

rođeno je novo polje znanja - "geokemijski okoliš i zdravlje"

(Kowalsky V.V., 1991).

U Kartalinskom i Bredinskom okrugu Čeljabinske regije raširena je epidemijska osteodistrofija kod goveda, uzrokovana poremećajem metabolizma kalcija i fosfora. Uzrok bolesti je višak stroncija, barija i nikla. Uklanjanje nedostatka kalcija i fosfora omogućuje zaustavljanje bolesti. U Sosnovskom okrugu Čeljabinske oblasti utvrđen je nedostatak bakra, cinka, mangana i joda kod goveda. Biološki sustavi mnogih teritorija Čeljabinske regije imaju visok sadržaj željeza. Sukladno tome, povećava se biotička koncentracija bakra, mangana i vitamina E u obroku stočne hrane. Posljedično, višak željeza može dovesti do razvoja nedostatka ovih elemenata u tijelu s kliničkim manifestacijama. Na primjer, poremećena je reproduktivna funkcija tijela.

Dobiveni podaci pokazuju relevantnost zonalnog kartiranja teritorija prema biogeokemijskom principu sa sastavljanjem baze podataka ekološkog portreta stanovništva, domaćih životinja i biljaka. Akumulacija statističkog znanja omogućit će prelazak na implementaciju ekološki adaptivnog principa, tj. razvoju i provedbi niza regionalnih mjera za uklanjanje neprilagođenosti bioloških sustava na područjima različitih stupnjeva toksičnog i prooksidacijskog pritiska. Takve će informacije tražiti ne samo medicinske ustanove, već i stanice za praćenje okoliša, lječilišta i odmarališta, demografske službe, instituti i organizacije agroindustrijskog kompleksa.

11.4. ENDEMSKE BOLESTI

Uz bolesti uzrokovane antropogenim čimbenicima onečišćenja okoliša (tehnogene), postoje bolesti povezane s karakteristikama biogeokemijskih provincija (prirodno abnormalne).

Bolesti i sindromi u čijoj etiologiji glavnu ulogu igra nedostatak hranjivih tvari (bitno) elemenata ili višak i biogenih i toksičnih mikroelemenata, kao i njihova neravnoteža, uključujući abnormalne omjere mikro i makroelemenata

policajci su predstavljeni radnom klasifikacijom humanih mikroelementoza (tablica 11.1).

Utvrđeno je da u nekim biogeokemijskim pokrajinama postoji višak ili nedostatak određenih mikroelemenata, nije osigurana uravnotežena mineralna prehrana tijela, što dovodi do pojave bolesti na ovom području.

Bolesti uzrokovane viškom ili nedostatkom elemenata u određenom području nazivaju se endemskim bolestima. Endemi su. Simptomi bolesti - hipomikroelementoza - prikazani su u tablici. 11.2.

Tablica 11.1. Ljudske mikroelementoze

Tablica 11.2. Tipični simptomi nedostatka kemijskih elemenata u ljudskom tijelu

Kao što slijedi iz tablice, s nedostatkom željeza u tijelu, razvija se anemija, budući da je dio hemoglobina u krvi. Dnevni unos ovog elementa u organizam trebao bi biti 12 mg. Međutim, višak željeza uzrokuje siderozu očiju i pluća, što je povezano s taloženjem željeznih spojeva u tkivima ovih organa na Uralu u planinskim predjelima Satke. U Armeniji tla imaju povećan sadržaj molibdena, pa boluje 37% stanovništva giht. Nedostatak bakra u tijelu dovodi do razaranja krvnih žila, patološkog rasta kostiju, oštećenja vezivnog tkiva. Osim toga, nedostatak bakra doprinosi raku kod starijih osoba. Višak bakra u organima (hipermikroelementoza) dovodi do psihičkih poremećaja i paralize pojedinih organa (Wilsonova bolest). Nedostatak bakra uzrokuje bolesti mozga kod djece (Menieov sindrom), jer mozgu nedostaje citokrom oksidaza. Na Uralu se razvija nedostatak joda u hrani - od nedostatka joda Gušavost. U Transbaikaliji, Kini, Koreji, stanovništvo je pogođeno deformirajućom artrozom (Urovova bolest). Značajka bolesti je omekšavanje i zakrivljenost kostiju. Tla ovih teritorija su povećana

sadržaj Sr, Ba i reduciranih Co, Ca, Cu. Utvrđeno je postojanje korelacije između niskog udjela Ca i povećanog udjela Sr, analoga kalcija koji je kemijski aktivniji. Stoga je metabolizam Ca-Sr u koštanom tkivu poremećen u slučaju Urovove bolesti. Postoji unutarnja preraspodjela elemenata, kalcij je istisnut stroncijem. Kao rezultat toga, razvija se stroncijski rahitis. Zamjena jednih elemenata drugim dolazi zbog sličnosti njihovih fizikalno-kemijskih karakteristika (ionski radijus, energija ionizacije, koordinacijski broj), razlika između njihovih koncentracija i kemijske aktivnosti. Natrij je zamijenjen litijem, kalij rubidijem, barij, molibden vanadijem. Barij, koji ima isti radijus kao i kalij, natječe se u biokemijskim procesima. Kao rezultat te zamjenjivosti razvija se hipokalemija. Ioni barija, prodirući u koštano tkivo, uzrokuju endemsku bolest Papiranje.

11.5. MOGUĆI SLUČAJEVI POREMEĆAJA HOMEOSTAZE METALNIH LIGANDA U ORGANIZMU

Za organizam je tipično da održava stalnu razinu koncentracije metalnih iona i liganada, tj. održavanje ravnoteže metal-ligand (homeostaza metal-ligand). Može se pokvariti iz više razloga.

Prvi razlog. Otrovni ioni (Mt) ulaze u organizam iz okoline (Be, Hg, Co, Te, Pb, Sr itd.). Oni tvore jače kompleksne spojeve s bioligandima od biometala. Kao rezultat veće kemijske aktivnosti i manje topljivosti spojeva nastalih u čvorovima kristalne rešetke, uz kalcijev hidroksid fosfat Ca 5 (PO 4) 3 OH i umjesto njega, spojevi drugih metala slični po svojstvima kalciju (izomorfizam) mogu se istaložiti: berilij, kadmij, barij, stroncij. U ovom kompetitivnom kompleksiranju za fosfatni ion, oni nadmašuju kalcij.

Prisutnost čak i malih koncentracija teških metala u okolišu uzrokuje patološke promjene u tijelu. Najveća dopuštena koncentracija spojeva kadmija u piti vodu jednako 0,01 mg/l, berilij - 0,0002 mg/l, živa - 0,005 mg/l, olovo - 0,1 mg/l. Ioni berilija ometaju proces ugradnje kalcija u koštano tkivo, uzrokujući njegovo omekšavanje, što dovodi do berilioze (berilijevog rahitisa). Zamjena iona kalcija

stroncija dovodi do stvaranja manje topljivog spoja Sr 5 (PO 4) 3 OH. Posebno je opasna supstitucija iona kalcija ionima radionuklida stroncija-90. Radionuklid, uključen u koštano tkivo, postaje unutarnji izvor zračenja, što dovodi do razvoja leukemije, sarkoma.

Hg, Pb, Fe ioni su meke kiseline, te tvore jače spojeve s ionima sumpora od iona biometala, koji su tvrde kiseline. Dakle, postoji natjecanje za -S-H ligand između toksikanta i mikroelementa. Prvi pobjeđuje u konkurenciji blokirajući aktivna mjesta enzima i isključujući ih iz metaboličke kontrole. Metali Hg, Pb, Bi, Fe i As nazivaju se tiolnim otrovima. Spojevi arsena (V), a posebno arsena (III) vrlo su otrovni. Kemizam toksičnosti može se objasniti sposobnošću arsena da blokira sulfhidrilne skupine enzima i drugih biološki aktivnih spojeva.

Drugi razlog. Tijelo prima mikroelement neophodan za život organizma, ali u mnogo većim koncentracijama, što može biti posljedica karakteristika biogeokemijskih pokrajina ili posljedica nerazumne ljudske aktivnosti. Na primjer, za suzbijanje štetnika grožđa koriste se lijekovi čiji su aktivni princip ioni bakra. Zbog toga tlo, voda i grožđe imaju povećan sadržaj bakrenih iona. Povećani sadržaj bakra u organizmu dovodi do oštećenja niza organa (upala bubrega, jetre, infarkt miokarda, reumatizam, bronhijalna astma). Bolesti uzrokovane povećanim sadržajem bakra u tijelu nazivaju se hiperkupremija. Javlja se i profesionalna hiperkupreoza. Višak željeza u tijelu dovodi do razvoja sideroze.

Treći razlog. Moguća je neravnoteža elemenata u tragovima kao posljedica neprimanja ili nedovoljnog unosa, što također može biti povezano s karakteristikama biogeokemijskih provincija ili s proizvodnjom. Na primjer, gotovo dvije trećine teritorija naše zemlje karakterizira nedostatak joda, osobito u planinskim područjima, duž riječnih dolina, što uzrokuje endemsko povećanje štitnjače i gušu kod ljudi i životinja. Preventivno jodiranje doprinosi sprječavanju endema i epizootija.

Nedostatak fluora dovodi do fluoroze. Ioni kobalta su deficitarni u mjestima proizvodnje nafte.

Četvrti razlog. Povećanje koncentracije otrovnih čestica koje sadrže dušik, fosfor, kisik i sumpor, sposobnih za stvaranje jakih veza s ionima biometala (CO, CN - , -SH). Postoji nekoliko liganada u sustavu i jedan metalni ion koji može tvoriti kompleksan spoj s tim ligandima. U ovom slučaju promatraju se konkurentski procesi - kompeticija između liganada za metalni ion. Prevladat će proces formiranja najtrajnijeg kompleksa. M6L6 + Lt - MbLt + Lb, gdje je Mb biogeni metalni ion; Lb - bioligand; Lt je toksičan ligand.

Kompleks tvori ligand s većom sposobnošću kompleksiranja. Osim toga, moguće je formirati kompleks miješanih liganda, na primjer, ion željeza (II) u hemoglobinu tvori kompleks s ugljikovim monoksidom CO, koji je 300 puta jači od kompleksa s kisikom:

Toksičnost ugljičnog monoksida objašnjava se u smislu kompetitivnog kompleksiranja, mogućnosti pomicanja ravnoteže izmjene liganda.

Peti razlog. Promjene u stupnju oksidacije središnjeg atoma mikroelementa ili promjene u konformacijskoj strukturi biokompleksa, promjene u njegovoj sposobnosti stvaranja vodikovih veza. Na primjer, toksični učinak nitrata i nitrita također se očituje u činjenici da se pod njihovim utjecajem hemoglobin pretvara u methemoglobin, koji nije u stanju prenositi kisik, što dovodi do hipoksije tijela.

11.6. OTROVNI I NETOKSIČNI ELEMENTI. NJIHOV POLOŽAJ U PERIODIČKOM SUSTAVU D. I. MENDELEJEVA

Uobičajeno se elementi mogu podijeliti na otrovne i neotrovne. Toksični elementi su kemijski elementi koji imaju negativan učinak na žive organizme, koji se očituje tek kada se postigne određena koncentracija i oblik, određen prirodom organizma. Najotrovniji elementi smješteni su u periodnom sustavu kompaktno u periodama 4.5 i 6 (tablica 11.3).

S izuzetkom Be i Ba, ovi elementi tvore stabilne sulfidne spojeve. Soli bakra, srebra, zlata u interakciji sa sulfidima alkalnih metala s vodikovim sulfidom stvaraju netopljive spojeve. Kationi ovih metala međusobno djeluju s tvarima koje uključuju skupine koje sadrže sumpor. Toksičnost bakrenih spojeva posljedica je činjenice da ioni bakra međusobno djeluju sa sulfhidrilnim skupinama -SH (vezivanje proteina) i amino skupinama -NH 2 (blokiranje proteina). U tom slučaju nastaju bioklasteri tipa kelata. Živin aminoklorid može djelovati u interakciji biološki sustavi sa sulfhidrilnim skupinama proteina prema reakciji:

Tablica 11.3. Položaj toksičnih elemenata u periodnom sustavu D. I. Mendeljejeva

Postoji mišljenje da je glavni razlog toksičnog učinka povezan s blokiranjem određenih funkcionalnih skupina ili istiskivanjem metalnih iona iz nekih enzima, kao što su Cu, Zn. Posebno su toksični i rašireni Hg, Pb, Be, Co, Cd, Cr, Ni koji se u procesu kompleksiranja natječu s biometalima i mogu ih istisnuti iz biokompleksa:

gdje je Mb biogeni metalni ion; Mt - ion toksičnog elementa; Lb - bioligand.

Toksičnost se definira kao mjera svake abnormalne promjene u funkciji tijela uslijed djelovanja kemijskog agensa. Toksičnost je usporedna karakteristika, ova vrijednost vam omogućuje usporedbu toksičnih svojstava razne tvari(Tablica 11.4). Biogeni elementi osiguravaju održavanje dinamičke ravnoteže vitalnih procesa organizma. Otrovni elementi, kao i višak hranjivih tvari, mogu uzrokovati nepovratne

promjene dinamičke ravnoteže u biološkim sustavima, što dovodi do razvoja patologije.

Tablica 11.4. Usporedna toksičnost metalnih iona

Elementi su neravnomjerno raspoređeni u organima, tkivima i stanicama. Ovisi o kemijska svojstva element, način na koji je stigao i trajanje radnje.

Štetno djelovanje tvari očituje se u različitim strukturalne razine: molekularni, stanični i na razini organizma. Najvažniji anomalni učinci javljaju se na molekularnoj razini: inhibicija enzima, ireverzibilne konformacijske promjene u makromolekulama i kao posljedica toga promjene u brzini metabolizma i sinteze te pojava mutacija. Toksične manifestacije ovise o koncentraciji i dozi tvari. Doze se mogu kvalitativno podijeliti u kategorije prema stupnju povećanja učinka:

1) bez vidljivih učinaka;

2) stimulacija;

3) terapeutski učinak;

4) otrovno ili štetno djelovanje;

5) smrtni ishod.

Ne mogu sve tvari izazvati stimulaciju i terapeutske učinke. Najveću toksičnost pokazuju kemijski najaktivnije čestice, koordinativno nezasićeni ioni, u koje spadaju i ioni slobodnih metala. Toksikološki prikupljeni podaci uvjerljivo pokazuju da je toksičnost anorganskih metalnih spojeva - oksida i soli - funkcija toksičnosti metala u elementarnom obliku. Dakle, oksidacija nema odlučujući učinak na toksičnost, već samo mijenja njezin stupanj u jednom ili drugom stupnju. Svi metalni oksidi manje su otrovni od svojih soli, a s povećanjem toksičnosti elementa smanjuje se razlika u stupnju toksičnosti između oksida i soli. Smanjenje elektrofilnih svojstava iona, odnosno, dovodi do smanjenja njegovog toksičnog učinka na tijelo.

Kelacija slobodnih metalnih iona s polidentatnim ligandima pretvara ih u stabilne, koordinativno zasićenije čestice, nesposobne za uništavanje biokompleksa i, posljedično, niske toksičnosti. Oni su propusni za membranu, sposobni za transport i izlučivanje iz tijela. Dakle, toksičnost elementa određena je njegovom prirodom, dozom i molekularnim oblikom koji sadrži element. Stoga, ne postoje otrovni elementi, samo otrovne koncentracije i oblici.

Toksični učinak spojeva na različitim strukturnim razinama očituje se neravnomjerno. Najvećem toksičnom učinku izložene su građevine u kojima je kumulacija elementa najveća. U tom smislu uvedeni su koncepti kritične koncentracije za stanicu i organ, kritični učinak (Yershov Yu.A., Pletneva TV, 1989).

Tablica 11.5. Biogeokemijska svojstva tehnogenih zagađivača okoliša, koji se najviše koriste u proizvodnim aktivnostima (prema A.R. Tairova, A.I. Kuznetsov, 2006.)

Napomena: B - visoko; U - umjereno; H - nizak.

Kritična koncentracija elementa za stanicu je takva minimalna koncentracija, pri čijem dostizanju u stanici dolazi do abnormalnih funkcionalnih promjena - reverzibilnih ili ireverzibilnih. Postojanje kritične koncentracije toksičnog elementa za stanicu povezano je s prisutnošću u stanici određene rezerve regulacije funkcija i ukazuje na postojanje stanične homeostaze toksičnog učinka elementa u tijelu.

Kritična koncentracija elementa za organ je takva prosječna koncentracija, nakon čijeg postizanja se opaža kršenje njegove funkcije. Kritična koncentracija za organ može biti puno veća ili manja od kritične koncentracije za pojedinu stanicu. Organ kritičan za određeni element je prvi organ u kojem je element dosegao kritičnu koncentraciju pod danim uvjetima (Higijenski kriteriji SZO, 1981.). U nekim slučajevima ispravnije je govoriti ne o organu, već o kritičnom sustavu (enzim, organela, stanica, organ, funkcionalni sustav).

Utvrđivanje prirode ovisnosti koncentracije elementa o ukupnoj dozi dopuštaju toksično-kinetički modeli (Filonov A.A., 1973; Soloviev V.N. et al., 1980).

Riža. 11.1. Opći toksično-kinetički model prolaska nije organska tvar kroz tijelo (Yershov Yu.A., Pleteneva T.V., 1989.)

Takvi modeli odražavaju kinetiku ulaska kemijskih agenasa u tijelo, njihovu transformaciju, apsorpciju i izlučivanje iz organizma.

(Slika 11.1).

Toksični učinci pojedinih elemenata prikazani su u tablici. 11.6.

Nastavak tablice. 11.6Tablica 11.6. Toksični učinci nekih kemijskih elemenata

Kraj stola. 11.6

Bilješka. Učinke toksičnosti elemenata treba uzeti u obzir pri razmatranju biomedicinskog značaja kemijskih elemenata.

Mikroelementologija proučava dvije vrste problema. Prije svega, to su koncentracijski intervali, oblici spojeva mikroelemenata i stanja u kojima se očituje biogeni učinak, čija je vrijednost usporediva s vrijednošću vitamina koji se ne sintetiziraju u tijelu, ali su esencijalni nutrijenti. Uz hipomikroelementoze - bolesti uzrokovane nedostatkom ME, javljaju se deficijentne bolesti. Drugo, granice toksičnosti, kumulativni učinci elemenata u tragovima kao zagađivača okoliša.

Kod raznih oblika kontakta organizama s tim elementima nastaju bolesti i sindromi intoksikacije - toksikopatije. Složenost problema ne leži samo u činjenici da su manifestacije insuficijencije i intoksikacije iznimno raznolike, već i u činjenici da sami esencijalni elementi u tragovima, pod određenim uvjetima, uzrokuju toksične reakcije, a zagađivači pri određenoj dozi i izloženosti mogu budi koristan. (obrnuti učinak). To je usko povezano s njihovim međusobnim utjecajem koji može biti sinergistički i antagonistički. Mnogo toga u mikroelementologiji, posebice u problemu neravnoteže ME u organizmu, još nije dovoljno proučeno.

11.7. MEHANIZMI ZAŠTITE UNUTARNJE OKOLINE ORGANIZMA OD KSENOBIOTA

Priroda je pokazala veliku brigu za održavanje homeostaze metala i liganda u tijelu, za održavanje čistoće unutarnjeg okoliša tijela. Osiguravanje uklanjanja otpada ponekad je važnije od hranjenja kaveza. Hranjive tvari dostavlja jedan sustav – krvožilni sustav, a otpad uklanjaju dva – krvožilni i limfni sustav. Čini se da malo "smeće" ide ravno u krv, a veliko - u limfu. U limfnim čvorovima, limfa se čisti od toksičnog otpada.

Postoje sljedeći mehanizmi za zaštitu unutarnjeg okruženja tijela.

1. Barijere koje sprječavaju ulazak ksenobiotika u unutarnju okolinu tijela i posebno važne organe (mozak, spolne i neke druge endokrine žlijezde). Ove barijere tvore jednoslojni ili višeslojni slojevi stanica. Svaka je stanica prekrivena membranom koja je neprobojna za mnoge tvari. Ulogu barijera kod životinja i ljudi ima koža, unutarnja površina gastrointestinalnog trakta i dišnog trakta. Ako ksenobiotik prodre u krv, tada će u središnjem živčanom sustavu, endokrinim žlijezdama, naići na histohematske barijere, tj. barijere između tkiva i krvi.

2. Transportni mehanizmi osiguravaju uklanjanje ksenobiotika iz tijela. Nalaze se u mnogim ljudskim organima. Najsnažniji su u stanicama jetre i bubrežnih tubula. U ventrikulama mozga pronađene su posebne tvorevine koje pomiču strane tvari iz cerebrospinalne tekućine (tekućina,

ispiranje mozga) u krv. Postoje, takoreći, dvije vrste izlučivanja ksenobiotika: oni koji pročišćavaju unutarnju okolinu cijelog organizma i oni koji održavaju čistoću unutarnje sredine jednog organa. Načelo rada sustava izlučivanja je isto: transportne stanice tvore sloj, čija jedna strana graniči s unutarnjom okolinom tijela, a druga s vanjskom. Stanična membrana ne propušta ksenobiotike, ali ova membrana sadrži protein prijenosnik koji prepoznaje “štetnu” tvar i prenosi je u vanjsku sredinu. Anioni se izlučuju jednom vrstom prijenosnika, a kationi drugom. Opisano je više od dvjesto nositelja, među kojima su kompleksonati s-elementa. Ali transportni sustavi nisu svemogući. Uz visoku koncentraciju otrova u krvi, nemaju vremena iskoristiti potpuno otrovne čestice, a treći obrambeni mehanizam dolazi u pomoć.

3. Enzimski sustavi koji pretvaraju ksenobiotike u spojeve manje su toksični i lakše se uklanjaju iz tijela. Oni kataliziraju procese interakcije ksenobiotika s molekulama drugih tvari. Proizvodi interakcije lako se uklanjaju iz tijela. Najsnažniji enzimski sustavi nalaze se u stanicama jetre. U većini slučajeva može se nositi s tim zadatkom i neutralizirati opasne tvari.

4. Tkivni depo, gdje se, kao u zastoju, neutralizirani ksenobiotici mogu akumulirati i tamo dugo ostati. Ali to nije sredstvo potpune zaštite od ksenobiotika u ekstremnim uvjetima.

Zato se javila ideja da se umjetno stvore zaštitni sustavi slični najboljim primjerima prirodnih bioloških sustava.

11.8. DEINTOKSIKACIJSKA TERAPIJA

Terapija detoksikacije - Ovo je kompleks terapijskih mjera usmjerenih na uklanjanje otrova iz tijela ili neutraliziranje otrova uz pomoć protuotrova. Tvari koje kemijskim reakcijama uklanjaju djelovanje otrova na biološke strukture i deaktiviraju otrove nazivamo protuotrovima.

Razvoj fizikalne i kemijske biologije stvorio je mogućnosti za razvoj i primjenu različitih metoda čišćenja organizma od toksičnih molekula i iona. Metode koje se koriste za detoksikaciju tijela dijaliza, sorpcija i kemijske reakcije. Dijaliza

nazivaju renalne metode. Kod hemodijalize krv je od dijalizata odvojena polupropusnom membranom, a toksične čestice iz krvi pasivno prolaze kroz membranu u tekućinu u skladu s koncentracijskim gradijentom. Nanesite kompenzacijsku dijalizu, vividializ. Bit kompenzacijske dijalize leži u činjenici da se tekućina u dijalizatoru ne ispire čistim otapalom, već otopinama s različitim koncentracijama tvari. Na principu kompenzacije živodifuzija Uređaj je dizajniran i imenovan "umjetni bubreg" s kojima možete pročistiti krv od produkata metabolizma i time privremeno zaštititi funkciju bolesnog bubrega. Indikacija za korištenje "umjetnog bubrega" je akutno zatajenje bubrega s uremijom nakon transfuzije krvi, s opeklinama, toksikozom trudnoće itd. Modeliranje prirodnih mehanizama detoksikacije krvi u različitim sorpcijskim uređajima pomoću ugljičnih sorbenata, imunosorbenata, smola za ionsku izmjenu i drugih naziva se hemosorpcija. Ona, kao i njezine vrste sorpcije plazme i limfe, koristi se za uklanjanje raznih otrovnih tvari, virusa i bakterija iz krvi. Stvoreni su visoko specifični sorbenti za specifične metabolite, ione i toksine. Imaju jedinstvenu sposobnost uklanjanja hidrofobnih makromolekularnih spojeva iz tijela, među kojima su mnoge vrlo toksične i balastne tvari (kolesterol, bilirubin, itd.). Metode sorpcije omogućuju vam da utječete na imunoreaktivnost tijela uklanjanjem imunoglobulina, komplementa, kompleksa antigen-antitijela.

Od metoda sorpcije, enterosorpcija je pronašla široku primjenu. Enterosorpcija- metoda koja se temelji na vezanju i izlučivanju iz gastrointestinalnog trakta s terapeutskom ili profilaktičkom svrhom endogenih i egzogenih tvari, supramolekulskih struktura i stanica. Enterosorbenti - ljekoviti pripravci različite strukture - provode vezanje egzogenih i endogenih tvari u gastrointestinalnom traktu adsorpcijom, apsorpcijom, ionskom izmjenom i stvaranjem kompleksa.

Enterosorbenti se klasificiraju prema kemijska struktura: aktivni ugljen, silika gelovi, zeoliti, alumogeli, alumosilikati, oksidni i drugi anorganski sorbensi, dijetalna vlakna, organo-mineralni i kompozitni sorbenti.

Bakterijski toksini, bioaktivni intestinalni peptidi, toksični metaboliti, radionuklidi uklanjaju se iz tijela enterosorpcijom pomoću ugljičnih sorbenata ili ugljično-mineralnih sorbenata s pozitivno nabijenom površinom. Koristi se u kompleksu

terapija niza bolesti: psorijaza, bronhijalna astma, gastrointestinalne bolesti. Dobri rezultati postignuti su sorpcijom plazme, koja kombinira dvije metode detoksikacije: hemosorpciju i plazmaferezu.

Jedan od najvažnijih pravaca u rješavanju problema detoksikacije organizma je razvoj i primjena umjetnih organa za čišćenje: "umjetni bubreg" i "pomoćna jetra". Uređaj "pomoćna jetra", razvijen od strane profesora V.E. Ryabinin, preuzima najveći dio posla na detoksikaciji organizma i poboljšanju metabolizma. Stvorio je lijek od svinjske jetre, koji je u interakciji s krvlju pacijenta kroz polupropusnu membranu. Djelovanje lijeka temelji se na principima funkcioniranja citokroma P 450. Zadržava svoju funkcionalnu aktivnost tijekom kontinuiranog rada u jetri 6-8 sati.U roku od sat vremena nakon početka eksperimenta, do 84% amonijaka se uklanja iz krvi, a nakon dva sata - 91%. Ova metoda se može koristiti za akutne i kronične bolesti jetre, zarazne bolesti, ozljede i opekline.

Jedna od najčešće korištenih, pristupačnih i jednostavnih metoda detoksikacije je kemijska metoda. Kemijske metode biotransformacije "štetnih" čestica za tijelo vrlo su raznolike:

1) neutralizacija toksikanta kemijskom interakcijom s njim, tj. izravno djelovanje na otrovnu česticu;

2) otklanjanje toksičnog učinka utjecajem na enzime, receptore tijela koji kontroliraju fiziološke procese iskorištavanja toksikanata u tijelu, tj. neizravni učinak na toksikant.

Tvari koje se koriste kao detoksifikatori omogućuju promjenu sastava, veličine, predznaka naboja, svojstava, topivosti toksične čestice, pretvaraju je u niskotoksičnu, zaustavljaju njen toksični učinak na tijelo, uklanjaju je iz tijela.

Od kemijskih metoda detoksikacije široko se koristi kelaciona terapija koja se temelji na keliranju toksičnih čestica kompleksonata s-elementa. Kelati omogućuju detoksikaciju tijela svojom izravnom interakcijom s otrovom, stvaranjem vezanog, postojanog oblika pogodnog za transport i izlučivanje iz tijela. Ovo je mehanizam detoksikacije iona teških metala tetacinom, trimefacinom.

Reakcije taloženja također se koriste za detoksikaciju. Najjednostavniji protuotrov za barijeve ione, stroncij je vodena otopina natrijevog sulfata. Redoks reakcije također

promijeniti za detoksikaciju. Sa solima teških metala natrijev tiosulfat daje slabo topljive sulfide, a koristi se kao protuotrov kod trovanja teškim metalima:

Tiosulfatni ion predaje atom sumpora cijanidnom ionu, čime ga pretvara u netoksični rodanidni ion:

Kao protuotrov za spojeve teških metala koriste se i vodene otopine natrijevog sulfida, tzv. alkalni sumporovodikov napitak. Kao rezultat stvaranja slabo topljivih spojeva, otrovni ioni se izoliraju i izlučuju iz gastrointestinalnog trakta. U slučaju trovanja sumporovodikom, žrtvi je dopušteno udisati navlaženo izbjeljivač, iz kojeg se oslobađa mala količina klora. U slučaju trovanja bromom udišu se pare amonijaka.

Destruktivne za proteine ​​su biotransformacije povezane s djelovanjem jakih oksidacijskih sredstava, koji pretvaraju sumporne spojeve u oksidacijsko stanje +6. Oksidirajuća sredstva kao što je npr. vodikov peroksid oksidiraju disulfidne mostove i sulfhidrilne skupine proteina u sulfo skupine R-SO 3 H, što znači njihovu denaturaciju. Oštećenje stanica zračenjem mijenja njihov redoks potencijal. Za održavanje potencijala kao radioprotektora - lijeka koji štiti tijelo od oštećenja zračenjem - koristi se p-merkaptoetilamin (merkamin), čija oksidacija s aktivnim kisikom nastaje tijekom radiolize vode dovodi do stvaranja cistamina:

Sulfidna skupina može sudjelovati u hemolitičkim procesima uz stvaranje nisko reaktivnih R-S radikala. Ovo svojstvo merkamina služi i kao zaštita od djelovanja čestica slobodnih radikala – produkata radiolize vode. Posljedično, ravnoteža tiol disulfida povezana je s regulacijom aktivnosti enzima i hormona, prilagodbom tkiva na djelovanje oksidacijskih sredstava, redukcijskih sredstava i radikalnih čestica.

U intenzivnoj njezi endotoksikoze koriste se zajedno kemijske metode(protektori, protuotrovi) i eferentne metode

detoksikacija - plazmafereza s neizravnom elektrokemijskom oksidacijom krvi i plazme. Ovaj skup metoda je temelj dizajna aparata "jetra-bubreg" koji se već koristi u klinici.

11.9. PITANJA I ZADACI ZA SAMOPROVJERU PRIPREMLJENOSTI ZA NASTAVU I ISPITE

1. Dajte pojam biogeokemijskih provincija.

2. Na čemu se temelji uporaba kompleksonata s-elementa kao terapijskih lijekova kod trovanja spojevima teških metala?

3. Fizikalne i kemijske osnove biotoksičnog djelovanja (Pb, Hg, Cd, nitriti i nitrozamini).

4. Mehanizam toksičnog djelovanja iona teških metala temeljen na teoriji tvrdih i mekih kiselina i baza.

5. Principi kelacijske terapije.

6. Detoksikacijski pripravci za kelacijsku terapiju.

7. Koja svojstva dušikovih spojeva određuju njihov toksični učinak na tijelo?

8. Koja svojstva vodikovog peroksida određuju njegov toksični učinak?

9. Zašto su enzimi koji sadrže tiol nepovratno "otrovani" ionima Cu 2+, Ag +?

10. Kakav je mogući kemizam antitoksičnog djelovanja Na 2 S 2 O 3 5H 2 O u slučaju trovanja spojevima žive, olova, cijanovodične kiseline?

11. Dajte definiciju geokemijske ekologije, ekološki portret osobe.

11.10. TESTOVI

1. U slučaju trovanja teškim metalima koriste se metode:

a) enterosorpcija;

b) kelaciona terapija;

c) padalina;

2. Tvar može pokazati svoju toksičnu prirodu:

a) obrazac primitka;

b) koncentracija;

c) prisutnost drugih tvari u tijelu;

d) Svi gore navedeni odgovori su točni.

3. Prosječna koncentracija pri kojoj se opaža kršenje funkcije organa naziva se:

a) najveća dopuštena koncentracija;

b) indeks mortaliteta;

c) kritična koncentracija;

d) biotička koncentracija.

4. Tvari koje uzrokuju razvoj kancerogenih tumora nazivaju se:

a) strumogeni;

b) mutageni;

c) karcinogeni;

d) teratogeni.

5. Spojevi molibdena su tvari:

a) vrlo otrovan;

b) umjerena toksičnost;

c) niske toksičnosti;

d) ne pokazuju toksična svojstva.

6. Gravesova bolest je:

a) hipermakroelementoza;

b) hipermikroelementoza;

c) hipomakroelementoza;

d) hipomikroelementoza.

7. Vodikov peroksid pretvara sumporne aminokiseline u sumpor:

a) -1;

b) 0;

Opća kemija: udžbenik / A. V. Zholnin; izd. V. A. Popkova, A. V. Zholnina. - 2012. - 400 str.: ilustr.

Kemija okoliša je znanost o kemijskim procesima koji određuju stanje i svojstva okoliša – atmosfere, hidrosfere i tla.

Grana kemije posvećena proučavanju kemijskih temelja ekoloških pojava i problema, kao i procesa stvaranja kemijskih svojstava i sastava okolišnih objekata.

Kemija okoliša proučava prirodne kemijske procese koji se odvijaju u okolišu i procese njegovog antropogenog onečišćenja.

Antropogeno onečišćenje okoliša ima značajan utjecaj na zdravlje biljaka i životinja. Godišnja proizvodnja svjetske kopnene vegetacije prije njenog narušavanja od strane čovjeka iznosila je vrijednost blizu 172x109 tona suhe tvari. Kao rezultat utjecaja, njegova prirodna proizvodnja sada se smanjila za najmanje 25%. U publikacijama V.V. Ermakova (1999), Yu.M. Zakharova (2003), I.M. Donnik (1997), M.S. Panina (2003.) i dr. pokazuju sve veću agresivnost antropogenih utjecaja na okoliš (EP) koji se javljaju na područjima razvijenih zemalja.

V.A. Kovda je naveo podatke o omjeru prirodnih biogeokemijskih ciklusa i antropogenog doprinosa prirodnim procesima, od tada su tehnogeni tokovi u porastu. Prema njegovim podacima, biogeokemijski i tehnogeni tokovi biosfere procjenjuju se sljedećim vrijednostima:

Prema podacima Svjetske zdravstvene organizacije (WHO), od više od 6 milijuna poznatih kemijskih spojeva koristi se do 500.000, od kojih 40.000 ima svojstva štetna za ljude, a 12.000 je otrovno. Do 2009. potrošnja mineralnih i organskih sirovine naglo porasla i dosegla 40-50 tisuća tona po stanovniku Zemlje. Sukladno tome, povećavaju se količine industrijskog, poljoprivrednog i kućnog otpada. U 21. stoljeću antropogeno zagađenje dovelo je čovječanstvo na rub ekološke katastrofe. Stoga je analiza ekološkog stanja ruske biosfere i potraga za načinima ekološke rehabilitacije njezina teritorija vrlo relevantna.

Trenutno se u poduzećima rudarske, metalurške, kemijske, drvoprerađivačke, energetske, građevinske industrije i drugih industrija Ruske Federacije godišnje stvara oko 7 milijardi tona otpada. Iskoristi se samo 2 milijarde tona ili 28% ukupne količine. S tim u vezi, oko 80 milijardi tona samo krutog otpada akumulirano je u odlagalištima i skladištima mulja u zemlji. Oko 10 tisuća hektara zemljišta pogodnog za poljoprivredu godišnje se otuđi za odlagališta za njihovo skladištenje. Najveća količina otpada nastaje tijekom vađenja i obogaćivanja sirovina. Tako je u 2005. godini količina otkrivke, pratećeg kamenja i jalovine u raznim industrijama iznosila 3.100 odnosno 1.200 milijuna m3. Prilikom sječe i prerade drvne sirovine nastaje velika količina otpada. Na mjestima sječe otpad čini do 46,5% ukupne količine izvezenog drva. U našoj zemlji godišnje nastane više od 200 milijuna m3 drvnog otpada. Nešto manje otpada proizvodi se u poduzećima crne metalurgije: u 2004. godini proizvodnja vatreno-tekuće troske iznosila je 79,7 milijuna tona, uključujući 52,2 milijuna tona visoke peći, 22,3 milijuna tona čelika i 4,2 milijuna tona troske. tona od ferolegura. U svijetu se obojeni metali godišnje tale oko 15 puta manje od željeznih.

Međutim, u proizvodnji obojenih metala u procesu obogaćivanja rude nastaje od 30 do 100 tona usitnjene jalovine po 1 toni koncentrata, a pri topljenju rude od 1 do 8 tona troske, muljeva i ostali otpad po 1 toni metala.

Svake godine poduzeća kemijske, prehrambene, mineralnih gnojiva i drugih industrija generiraju više od 22 milijuna tona otpada koji sadrži gips i oko 120-140 milijuna tona kanalizacijskog mulja (u suhom obliku), od čega se oko 90% dobiva neutralizacijom industrijske otpadne vode. Više od 70% deponija u Kuzbasu gori. Na udaljenosti od nekoliko kilometara od njih u zraku su znatno povećane koncentracije SO2, CO, CO2. U tlu i površinskim vodama naglo raste koncentracija teških metala, au područjima rudnika urana - radionuklida. Površinska eksploatacija dovodi do poremećaja krajobraza, koji su razmjerni razmjerima s posljedicama velikih prirodnih katastrofa. Dakle, u području rudarstva u Kuzbassu formirani su brojni lanci dubokih (do 30 m) padova, koji se protežu više od 50 km, ukupne površine do 300 km2 i volumena padova od više od 50 milijuna m3.

Trenutno su velika područja zauzeta krutim otpadom iz termoelektrana: pepeo, troska, po sastavu slični metalurškim. Njihova godišnja proizvodnja doseže 70 milijuna tona. Stupanj njihove upotrebe je unutar 1-2%. Prema Ministarstvu prirodnih resursa Ruske Federacije, ukupna površina zemljišta zauzeta otpadom iz raznih industrija, općenito, prelazi 2000 km2.

Godišnje se u svijetu proizvede više od 40 milijardi tona sirove nafte, od čega se oko 50 milijuna tona nafte i naftnih derivata izgubi tijekom vađenja, transporta i prerade. Nafta se smatra jednim od najraširenijih i najopasnijih zagađivača u hidrosferi, budući da se oko trećine proizvodi na epikontinentalnom pojasu. Ukupna masa naftnih derivata koji godišnje uđu u mora i oceane procjenjuje se na 5-10 milijuna tona.

Prema NPO Energostal, stupanj pročišćavanja ispušnih plinova iz prašine crne metalurgije prelazi 80%, a stupanj iskorištenja čvrstih proizvoda za hvatanje je samo 66%.

Istodobno, koeficijent iskorištenja prašine i troske koji sadrže željezo iznosi 72%, dok je za ostale vrste prašine 46%. Praktično u svim poduzećima, kako metalurškim tako i termoelektranama, nisu riješena pitanja čišćenja agresivnih plinova s ​​niskim postotkom sumpora. Emisije ovih plinova iznosile su 25 milijuna tona. Emisije u atmosferu plinova koji sadrže sumpor samo od puštanja u pogon postrojenja za čišćenje plina u 53 elektrane u zemlji u razdoblju od 2005. do 2010. godine smanjile su se s 1,6 na 0,9 milijuna tona. Problemi neutralizacije galvanskih rješenja su slabo riješeni. Još se sporije rješava pitanje zbrinjavanja otpada koji nastaje tijekom neutralizacije i obrade istrošenih otopina za salamurenje, otopina kemijske proizvodnje i otpadnih voda. U ruskim gradovima se do 90% otpadnih voda ispušta u rijeke i akumulacije u nepročišćenom obliku. Trenutno su razvijene tehnologije koje omogućuju pretvaranje otrovnih tvari u niskotoksične, pa čak i biološki aktivne tvari koje se mogu koristiti u poljoprivredi i drugim industrijama.

Moderni gradovi ispuštaju oko 1000 spojeva u atmosferu i vodeni okoliš. U gradskom onečišćenju zraka jedno od vodećih mjesta zauzimaju motorna vozila. U mnogim gradovima ispušni plinovi čine 30%, au nekima - 50%. U Moskvi oko 96% CO, 33% NO2 i 64% ugljikovodika ulazi u atmosferu zbog motornog prometa.

Prema čimbenicima utjecaja, njihovoj razini, trajanju djelovanja i području rasprostranjenosti, prirodne i tehnogene biogeokemijske pokrajine Urala klasificirane su kao područja s najvećim stupnjem ekološke nepogode. Tijekom proteklih godina Ural je zauzeo vodeće mjesto u pogledu količine ukupnih emisija štetnih tvari u atmosferu. Prema A.A. Malygina po zagađenju zraka i vode, Ural je na prvom mjestu u Rusiji, a na drugom mjestu po zagađenju tla.

Ural je jedan od najvećih proizvođača željeznih metala u zemlji. Ima 28 poduzeća metalurškog kompleksa. Više od 10 rudarskih poduzeća posluje u regiji kako bi im opskrbila sirovine. Od 2003. godine, metalurška poduzeća u regiji nakupila su oko 180 milijuna tona troske iz visokih peći, 40 milijuna tona troske od taljenja čelika i više od 20 milijuna tona troske od proizvodnje ferokroma, kao i značajnu količinu prašine i mulja. Utvrđena je mogućnost prerade otpada u razne građevinske materijale za potrebe narodnog gospodarstva.

Na odlagalištima regije akumulirano je preko 2,5 milijardi m3 raznih stijena, 250 milijuna tona troske i pepela iz termoelektrana. Od ukupne količine otkrivke prerađuje se samo 3 %. U metalurškim poduzećima, od 14 milijuna tona troske godišnje, koristi se samo 40-42%, od čega je 75% troska iz visokih peći, 4% je taljenje čelika, 3% je ferolegura i 17% obojena metalurgija. troske, a samo oko 1% je pepeo TE.

Povreda mikro- i makroelementarne homeostaze u tijelu određena je prirodnim i tehnogenim onečišćenjem biosfere, što dovodi do stvaranja širokih područja tehnogenih mikroelemenata oko teritorijalno-industrijskih kompleksa. Zdravlje nije samo ljudi koji su izravno uključeni u proizvodni proces, već i onih koji žive u blizini poduzeća. U pravilu imaju manje izraženu kliničku sliku i mogu poprimiti latentni oblik određenih patoloških stanja. Pokazalo se da u blizini industrijskih poduzeća smještenih u gradu među stambenim područjima koncentracije olova premašuju pozadinske vrijednosti za 14-50 puta, cinka - za 30-40 puta, kroma - za 11-46 puta, nikla - za 8-63 puta. puta.

Analiza ekološke i kemijske situacije i zdravstvenog stanja stanovništva Urala omogućila je da se utvrdi da po razini onečišćenja spada u “zone ekološke opasnosti”. Očekivano trajanje života je 4-6 godina manje u usporedbi sa sličnim pokazateljima u Rusiji.

Stanovnici koji dugo žive u uvjetima prirodnog i umjetno stvorenog onečišćenja izloženi su nenormalnim koncentracijama kemijskih elemenata koji imaju osjetan učinak na organizam. Jedna od manifestacija je promjena u sastavu krvi, čiji je uzrok kršenje unosa željeza, mikroelemenata (Cu, Co) u tijelo, povezano i s njihovim niskim sadržajem u hrani i s visokim sadržaj u hrani spojeva koji sprječavaju apsorpciju željeza u probavnom traktu.

Pri praćenju bioloških i kemijskih parametara u 56 farmi u različitim regijama Urala uvjetno je identificirano pet varijanti teritorija koje se razlikuju po ekološkim karakteristikama:

• * područja zagađena emisijama iz velikih industrijskih poduzeća;
• * područja kontaminirana kao rezultat aktivnosti poduzeća s dugotrajnim radionuklidima - stroncij-90 i cezij-137 (istočnouralski radioaktivni trag - EURS);
• * Teritorije pod pritiskom industrijskih poduzeća, a istovremeno se nalaze u EURTS zoni;
• * geokemijske pokrajine s visokim prirodnim sadržajem teških metala (Zn, Cu, Ni) u tlu, vodi, kao i anomalnim koncentracijama radona-222 u prizemnom zraku i vodi;
• * područja koja su relativno povoljna u ekološkom smislu, bez industrijskih poduzeća

GRADSKA UPRAVA NIŽNJI NOVGOROD

Zavod za obrazovanje

Općinska proračunska obrazovna ustanova

"Škola br. 63 s produbljenim proučavanjem pojedinih predmeta"

Radni program

izborni predmet

"Kemijski aspekti ekologije"

Sastavio:

učiteljica O.V. Rogova

Nižnji Novgorod

Akademska godina 2016-2017

ja. Objašnjenje

Normativni okvir za izradu ovog programa rada su:

Savezni zakon broj 273-FZ "O obrazovanju u Ruskoj Federaciji";

Zahtjevi za opremanje obrazovnog procesa u skladu sa sadržajem obrazovnih predmeta savezne komponente državnog obrazovnog standarda.

Program rada temelji se na programu izbornog predmeta „Kemijski aspekti ekologije“: za učenike srednjih škola odgojno-obrazovnih ustanova / S.B. Šustov, L.V. Shustova, N.V. Gorbenko. - M .: OOO " Ruska riječ- udžbenik 2015. - 32 str.

Program je usmjeren na korištenje nastavnih pomagala:

ŠustovS.B.,Shustova L.V., Gorbenko N.V. Kemijski aspekti ekologije: udžbenik za učenike srednjih škola obrazovnih ustanova. Izborni predmet. M.: Ruska riječ - udžbenik, 2015.

Shustov S.V., Shustova L.V., Gorbenko N.V. Radna bilježnica za vodič za učenje S.B. Šustova, JI .B . Shustova, N.V. Gorbenko "Kemijski aspekti ekologije" za učenike srednjih škola obrazovnih organizacija. Izborni predmet. M.: Ruska riječ - udžbenik, 2015

Predloženi program izbornog predmeta "Kemijski aspekti ekologije" usmjeren je na integraciju kemijskih znanja sa znanjima srodnih prirodoslovnih disciplina: ekologije, biologije, geografije, fizike.

Ovim predmetom ostvaruje se međupredmetna povezanost navedenih disciplina, što omogućuje učenicima integraciju postojećih znanja o svijetu oko sebe u cjelovitu sliku te doprinosi formiranju i razvoju međupredmetnih kompetencija učenika starijih razreda.

Ekološki aspekti nastave kemije u školi

Uvod

U našim teškim vremenima. Kad se kemija kao znanost pretvorila u društveni otpadnik. Moramo revidirati i sadržaj predmeta i metode njegove nastave, mijenjajući ne samo naglaske, već i prioritete, kako bismo prevladali kemofobiju.

Glavna pitanja kolegija trebaju biti određena kako važnošću stjecanja znanja za razvoj intelekta učenika, tako i potražnjom za tim znanjem u stvarnom životu osobe iu njegovim praktičnim aktivnostima. S tog stajališta nužan je napredak na području kemijskog obrazovanja, jer bez njega nije moguće zadovoljiti objektivne potrebe društva u širokom korištenju dostignuća kemijske znanosti i industrije.

Koncept suvremenog školskog kemijskog obrazovanja temelji se na načelima humanizacije, individualizacije i diferencijacije obrazovanja, velika se pozornost pridaje aspektima zaštite okoliša, razvoju zajedničke kulture, jačanju zdravlja učenika i podizanju njihove ekološke svijesti.

Aktualne teme.

Kemija, kao jedno od temeljnih područja znanja, uvelike određuje razvoj ostalih važnijih područja znanosti i tehnologije. Poznato je da bez kemije, kemijskih procesa i kemijskih proizvoda ne može postojati niti jedna proizvodnja, niti jedna grana suvremenog gospodarstva i društvene sfere.

Potrebno je paziti da učenici razumiju praktični značaj kemije, njezinu povezanost sa svakodnevnim životom. Moraju biti uvjereni u mogućnost pronalaženja odgovora kroz kemiju i na druga "zašto" iz sfere svojih vitalnih i industrijskih interesa. Posebno je važno pozabaviti se pitanjem elementarne “kemijske” spremnosti ljudi, jer danas gotovo svatko od nas dolazi u kontakt s tvarima koje mogu naštetiti čovjeku. Međutim, malo je potrošača koji koriste droge, kozmetiku i parfeme, boje, plastiku, gnojiva, vlakna, goriva itd., koji su svjesni opasnosti povezanih s uporabom. Ova kontradikcija uzrokuje mnoge nevolje koje padaju na ljude. Nažalost, u većini škola aktivan odgojno-obrazovni rad s učenicima vezan uz karakterizaciju glavnih svojstava kemijskih spojeva koji su se raširili u svakodnevnom životu i proizvodnji, posebice u pogledu njihova utjecaja na okoliš, provodi se izrazito slabo i neredovito. Uglavnom, studenti dobivaju samo opće teorijske ideje koje nisu prilagođene realnosti života, a posebno ekološkim pitanjima.

Negativan stav prema kemiji dovodi do nemogućnosti prilagodbe civiliziranom, modernom životu, ekološke nepismenosti, čija će posljedica biti ne samo kršenje obrazovanja školske djece, već i priprema ekoloških vremenskih bombi. To će samo produbiti sukob između čovjeka i prirode.

Posljednjih godina u nizu znanstvenih i obrazovnih centara različite zemlje počelo se raditi na kemijskoj i ekološkoj edukaciji, no često su bile deklarativnog karaktera.

Svoju zadaću vidim u tome da kod učenika pobudim želju za stjecanjem znanja; pobrinite se da ih sam proces učenja fascinira; pridonio razvoju kognitivnu aktivnost, interes za temu. U tu svrhu u program kolegija kemije uključujem razmatranje ekoloških i valeoloških pitanja. Ovaj program usmjeren je na formiranje prirodno-znanstvenih ideja učenika o svijetu oko sebe i njegovim zakonitostima, humanističkim odnosima i ekološki kompetentnom ponašanju, intelektualno moralno usavršavanje učenika. Sadržaj programa priprema djecu za svjesnu percepciju kemijske slike svijeta i nudi primjenu integriranog načela, odnosno zahtijeva od učenika primjenu znanja i vještina iz različitih predmeta prirodoslovnog ciklusa. Relevantnost rada proizlazi iz niza problema koji se sastoje u prevladavanju poznate apstraktnosti predmeta kemije, pristranosti u njegovoj procjeni, u odnosu kemijskih pojmova s ​​ekološkim aspektima stvarnog ljudskog života.

Ciljevi i zadaci rada:

Razmatranje osnovnih načela ekologizacije kemijskog obrazovanja;

Analiza oblika i metoda (tehnika) oblikovanja ekološke kulture u nastavi kemije;

Opis uloge čovjeka u procesu spoznaje, preobrazbe i korištenja prirode.

Praktični značaj rada leži u činjenici da sadrži metodološke studije ekoloških komentara o glavnim odredbama tečaja kemije, omogućujući vam da svladate zakone kemije na konkretnim ekološkim primjerima; razmatranje metoda za formiranje svjesnog odnosa prema prirodi, ekološki kompetentnog ponašanja u nepovoljnim uvjetima okoline.

Rezultati uvođenja rada u Liceju broj 4 pokazali su njegovu učinkovitost i praktičnu vrijednost, povećanje interesa učenika za predmete prirodno – ekološkog ciklusa; omogućio je promišljanje različitih pristupa razmatranju pitanja korištenja dostignuća kemije u praktičnim ljudskim aktivnostima, važnosti primijenjene prirode kemijskog znanja.

Provjera rada. Glavni rezultati rada prijavljeni su i raspravljani na pedagoškim vijećima liceja br. 4, na sastancima znanstvenog i metodološkog vijeća odjela prirodno-ekološkog ciklusa liceja. Na seminaru za ravnatelje škola u okrugu Kominternovsky održana je lekcija na temu "Toplinski motori i zaštita okoliša" zajedno s nastavnikom fizike, na temelju fizičkih, kemijskih i ekoloških aspekata problema. Na temelju materijala rada objavljeni su članci u zborniku „Obrazovanje grada Voronježa na prijelazu stoljeća. Obrazovno područje „Prirodoslovlje“. Kemija "Na pragu dva milenija, na prijelazu dva stoljeća".

POGLAVLJE 1

Stanje problematike ekologizacije nastave kemije u

znanosti i prakse.

1.1. Potreba uvođenja odgoja i obrazovanja za okoliš u srednje škole i njegova temeljna načela.

Među suvremeni problemi pred svjetskom zajednicom, jedan se posebno ističe - problem narušavanja kvalitete čovjekove okoline. Globalne je prirode i tiče se ljudi svih zemalja. Japan je prva zemlja koja je osjetila negativan utjecaj kemijskog onečišćenja prirodnog okoliša. U ovoj je zemlji preko 80% teritorija izravno pogođeno industrijska proizvodnja. Japanci su prvi govorili o problemu "kogai", što znači opasnost od štete od onečišćenja okoliša. Ubrzo se ovaj problem pojavio iu drugim zemljama. Porast onečišćenja okoliša očituje se vizualno i izaziva emocionalnu kritiku ljudi. Obično su glavne tvrdnje stanovništva usmjerene na kemiju. U međuvremenu, u pogledu razine zagađenja, kemijska industrija je znatno inferiorna u odnosu na kompleks goriva i energije, motorni promet, crnu i obojenu metalurgiju, pa čak i industriju. Posljednjih godina najnepovoljnija situacija je onečišćenje atmosfere grada Voronježa benzapirenom sadržanim u ispušnim plinovima i prašini automobila, čiji udio nestandardnih laboratorijskih analiza iznosi 15-20% dnevno. Ekološko-geokemijsko istraživanje pokrova tla pokazalo je da je stanje u pogledu onečišćenja tla olovom i cinkom vrlo nepovoljno. Udio nezadovoljavajućih analiza uzoraka tla u gradu u cjelini iznosi 19,3 odnosno 15,5%, au industrijskom desnom dijelu grada ta se vrijednost povećava na 40-46%. U međuvremenu, upravo su ti sastojci svojevrsni pokazatelji porasta obolijevanja djece. Među dječjim bolestima u Voronježu prevladavaju respiratorne bolesti (65%), čija razina premašuje slične prosječne ruske pokazatelje za 1,2 puta u gradu u cjelini. Prevencija pojačane kontrole zahtijeva, osim toga, novotvorine, kongenitalne anomalije, čije prostorne razlike u razinama značajno koreliraju s intenzitetom onečišćenja okoliša.

Utvrđena je povezanost između koncentracije formaldehida u atmosferi i bolesti bronhijalne astme, kao i visokog sadržaja prašine u atmosferi s bolestima krvi. Pneumonija se češće bilježi u područjima s visokim razinama olova i ugljičnog monoksida. S povećanjem intenziteta onečišćenja zraka u djece se uočavaju izražene promjene hematoloških parametara i odgovoran porast morbiditeta.

U sadašnjim uvjetima potrebno je provesti objektivnu analizu razloga ekspanzije onečišćenja okoliša i porasta katastrofa povezanih s nekontroliranim širenjem kemijskih spojeva tehničkog ili biološkog podrijetla. Teško je provesti takvu analizu, ali mogu se razlikovati dva glavna aspekta općeg problema. Prvi aspekt odnosi se na polja politike i sociologije i tiče se proturječja u razvoju gospodarstva.

Drugi aspekt povezan je sa spremnošću same osobe da koristi dostignuća prirodnih znanosti u industrijskoj i kućnoj sferi.

Lagan, čisto tehnokratski odnos prema prirodi, izravno ekološko ignoriranje doveli su do niza katastrofa s nepovratnim posljedicama. Činjenice o monstruoznom zagađenju vrlo su rječite i žestoko ih osuđuje stanovništvo. Međutim, recidivi koji su se dogodili rijetko su analizirani i obično se procjenjuju samo s emocionalnog stajališta. Tako je nastala kemofobija. U međuvremenu, strogo razmatranje okolnosti pokazuje da ekološki kvarovi koji se događaju obično nisu određeni posebnostima kemije, već samo niskim kvalifikacijama i ne uvijek ispravnim moralom radnika.

Uzrok svih uočenih nevolja, osim grešaka u planiranju i gradnji, dugogodišnji su propusti u nastavi kemije u srednjoj školi i, posljedično, nedostatak kemijskog znanja stanovništva. Pojavljuje se zapanjujuća kontradikcija; svi se ljudi sustavno bave kemikalijama i procesima, ali pritom samo rijetki mogu ispraviti svoje postupke s razumijevanjem. Međutim, valja napomenuti da se upravo u nastavi kemije mogu jasno i uvjerljivo pokazati kako negativni aspekti ljudske intervencije u prirodnom okolišu, tako i mogući načini optimizacije antropogenih utjecaja na njega.

Potreban je mukotrpan rad na promjeni svijesti čovjeka u odnosu na gospodarenje prirodom i obrazovanje, usađivanje ekološke kulture.

Strategija upravljanja prirodom, utemeljena na ideji moći čovjeka i njegovom izdizanju iznad prirode u eri znanstveno-tehnološke revolucije, koja se dugo činila nepokolebljivom, zapravo se pokazala samo strategijom “ jablanova ideologija našeg odnosa prema prirodi, koja podrazumijeva veliki rad na restrukturiranju svijesti ljudi, na njenom ozelenjavanju. Svijest o takvoj situaciji pridonijela je formuliranju najozbiljnijih zadataka, kako na praktičnom planu, tako i na polju fundamentalnih znanstvenih istraživanja. Ekološkim problemima počeli su se baviti predstavnici raznih znanosti, ne samo prirodnih, već i humanitarnih. To je zbog činjenice da, zajedno s potrebom za razvojem nove strategije upravljanja prirodom i stvaranjem temeljno novih industrijske tehnologije postala je zadaća ekološkog restrukturiranja svijesti ljudi, širokog promicanja znanja o okolišu.

Glavna stvar je provedba donesenih odluka, što u konačnici ovisi o nama samima, našem znanju, uvjerenjima i volji. Ovdje nam je potrebno temeljno novo ekološko razmišljanje, nadilazeći potrošačku psihologiju u odnosu na prirodu. Društvo mora upoznati osnovne zakonitosti razvoja prirode, pronaći načine rješavanja problema, naučiti odlučivati ​​u situacijama moralnog izbora i prognoze, odnosno proći cijeli lanac od ekološke spoznaje do ekološkog mišljenja i ekološki opravdanog ponašanja.

Formiranje visoke ekološke kulture moguće je pod uvjetom da sadržaj školskog obrazovanja uključuje sljedeće elemente: sustav znanja o interakciji društva i prirode; vrijedne ekološke orijentacije; sustav normi i pravila odnosa prema prirodi, sposobnost i vještine proučavanja i zaštite.

Ekološki odgoj i obrazovanje jedna je od glavnih zadaća škole.

1.2. Sadržaj odgoja i obrazovanja za okoliš na nastavi kemije.

Ekološko obrazovanje i ekološki odgoj dva su glavna fokusa vezana uz formiranje odnosa prema prirodi. U obrazovanju za okoliš, pozornost nastavnika usmjerena je na proces prenošenja i asimilacije od strane učenika akumuliranog iskustva odnosa s okolišem, au obrazovanju za okoliš - na formiranje odgovarajućih osobina ličnosti. Krajnji cilj obrazovanje za okoliš i odgoj su isti – stvaranje optimalnih odnosa između čovjeka i njegove okoline. Provodi se u okviru jedinstvenog pedagoškog procesa. Zapravo, krajnji cilj je mnogo dublji. Sastoji se od osiguravanja uvjeta za intelektualni, osobni i društveni razvoj učenika, usađivanja u njih osjećaja osobne odgovornosti za stanje okoliša, želje da dublje razumiju bit i nedosljednost tekućih promjena u ekološkom razvoju naše zemlje. planeta.

Sustav ekoloških znanja trebao bi dati prekretnicu u svijesti ljudi, njihovom svjetonazoru, odnosu prema prirodnim resursima. Ekologija je postala znak sadašnjeg stupnja razvoja ljudske kulture. Stoga je cilj ekološkog odgoja i obrazovanja formiranje ekološke kulture. Pojam ekološke kulture uključuje znanja i vještine, stupanj moralne i estetske razvijenosti svjetonazora, načine i oblike komunikacije među ljudima.

Sadržaj odgoja i obrazovanja za okoliš toliko je bogat i raznovrstan da se ne može rasporediti u okviru jednog ili više predmeta. Stoga učitelji govore o interdisciplinarnosti odgoja i obrazovanja za okoliš, o širokim mogućnostima gotovo svih nastavnih predmeta i posebnom značenju svakog od njih u formiranju ekološke kulture učenika. Primjer za to je implementacija znanja o okolišu u osnovnoj školi, ne samo u predmetu Prirodoslovlje, već iu novim programima školskih disciplina. Razvijeni kolegiji imaju za cilj uključiti sve studente u proces cjelovitog upoznavanja svijeta i povećati opću razinu njihovog znanja. Prioritet u novim programima imaju oni predmeti koji su danas značajniji i ostaju aktualni u narednim desetljećima.

Interdisciplinarni pristup zahtijeva definiranje funkcije svakog predmeta u zajednički sustav ekološki odgoj, isticanje interdisciplinarnih veza, generaliziranje interdisciplinarnih pristupa koji čine cjelovitost svih akademskih disciplina, objedinjenih ciljem - spoznajom svijeta. Sadržaj akademske discipline potrebna interdisciplinarna koordinacija i postupna integracija relevantnih znanja.

Obrazovanje za okoliš neraskidivo je povezano sa spoznajom dijalektičke prirode međudjelovanja elemenata u sustavu "čovjek-društvo-priroda". Odraz ovog trojstva čini jezgru koja u sadržaju općeg obrazovanja omogućuje, na razini međucikličnih veza, otkrivanje svijeta prirode i svijeta ljudi u cjelini.

Model odgoja i obrazovanja za okoliš uključuje ne samo strukturu sadržaja, već i osnovne uvjete za postizanje cilja.

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

Čimbenici ekološkog odgoja koji određuju odgovoran odnos učenika prema prirodnom okolišu.

Mlađoj generaciji treba objasniti da je trenutno stanje okoliša prepuno iste opasnosti za čovječanstvo kao i nuklearni rat. Jedina razlika je u tome što su ekološki problemi podmukliji... Opasna zabluda je utjeha nadom da će čovječanstvo uspjeti prestati uništavati svijet oko sebe kad se približi ekološkoj smrti. Bit će kasno! Ovo je lukav dio problema.

Pametna, suptilna ekološka edukacija i edukacija novih generacija - to je sila koja još uvijek može zamrznuti i odvratiti ranjene strijele monstruoznog mehanizma koji prijeti riješiti naš planet. .

Spoznaje o biti svijeta koji nas okružuje djeluju kao integrirajuća karika u predmetima prirodnog ciklusa, a važnu ulogu u ozelenjavanju obrazovanja ima i nastava kemije.

Uz usvajanje temelja temeljne znanosti, uključujući njezin jezik, najvažnije činjenice, pojmove, teorije i zakonitosti, pristupačne generalizacije ideološke naravi nastave kemije trebale bi pridonijeti: razvoju i intelektualnom usavršavanju pojedinca; formiranje ekološki primjerenog ponašanja učenika, razumnog odnosa prema sebi, ljudima i prirodnom okolišu; razvijanje razumijevanja društvene potrebe za razvojem kemije, formiranje stavova učenika prema kemiji kao mogućem području budućeg praktičnog djelovanja.

Odabir ekološkog materijala za uključivanje u nastavne planove i programe kemije treba provoditi uzimajući u obzir temeljna načela didaktike. Glavni kriteriji su znanstvenost, dostupnost za proučavanje, logična povezanost sa sadržajem subjekt, koji omogućuje pedagoški ispravan izbor pitanja o kemijskim aspektima ekologije, kako bi se razvio sadržaj i metodologija za njihovo proučavanje u nastavi kemije.

Koje je mjesto kemijskog obrazovanja u općem sustavu obrazovanja za okoliš?

Tradicionalno, glavni cilj nastave kemije je da učenika treba uvesti u svijet tvari (prirodnih i umjetnih), postaviti temelje za razumijevanje razloga njihove raznolikosti, stvoriti ne samo opću predodžbu o načinima dobivanja i područjima primjene tvari, ali i praktičnim vještinama bavljenja njima. Nedovoljna informiranost o biološkoj ulozi tvari, njihovom štetnom djelovanju na ljudski organizam i okoliš postavila je još jedan obrazovni zadatak u

nastava kemije - na temelju Temeljnih kemijskih znanja formirati sustavna znanja o kemijskim aspektima ekologije i ekološkim problemima. Ovaj sustav uključuje znanja o tvarima žive prirode, o međudjelovanjima povezanim s manifestacijom života u biljnom i životinjskom svijetu, o kemijskim odnosima organizama između sebe i okoliša, o međudjelovanju antropogenih čimbenika kako na samoj osobi i na sve živo.

Sustav ekoloških i kemijsko-ekoloških pojmova u kemijskom obrazovanju obuhvaća pitanja kruženja tvari u prirodi, promjene i transformacije energije u biosferi, razmatranje okolišotvorne funkcije tvari, a time i globalni problemi, integrativna svojstva ekosustava, kao što su prisutnost hranjivih tvari i njihova kemijska transformacija; samoizlječenje ekosustava, antropogene promjene u ekosustavima; implementacija obrazaca interakcije organa s okolišem u praktične aktivnosti čovjeka, u zaštiti okoliša; zakoni očuvanja materije i energije, jedinstvo materijalnog svijeta; proturječja u interakciji društva i prirode, razvoj društva na štetu prirodnih resursa.

Ekologija i kemija se nadopunjuju. Uvođenjem principa termodinamike u ekologiju nastala je proizvodno-energetska ekologija, koja proučava obrasce rasipanja energije u prehrambenim lancima. Pogled na raznolikost ekoloških odnosa kroz prizmu anorganske kemije otkriva širok raspon pojava uzrokovanih utjecajem čovjeka na biosferu i neživu prirodu. Važna komponenta prirodnih procesa na planeti su globalni cirkular i transformacije kroz koje prolaze osnovni elementi kao što su ugljik, dušik, vodik, sumpor i fosfor…. Mnogi anorganski spojevi mogu utjecati i već utječu

na klimu planeta i stanje njegove atmosfere, na kvalitetu prirodnog okoliša u kojem čovjek živi, ​​a posljedično i na zdravlje ljudi

U okviru anorganske kemije zanimljivo je posvetiti pozornost ne samo antropogenim deformacijama prirodnih ciklusa kemikalija i primjeni kvalitete okoliša, već i traženju rješenja za društvene i ekološke probleme: energiju, sirovine, itd. Na primjer, izgledi za vodikovu energiju; uloga kisika i ozona u osiguranju života na Zemlji; metali u biosferi i ljudskom tijelu itd.

Veliku ulogu u ekološkim odnosima igraju procesi koji se odnose na područje organske kemije. Organski spojevi čine osnovu onog dijela biosfere, koji je nazvao " Živa materija". Život ljudi kao bioloških jedinki uvjetovan je složenim pretvorbama organskih tvari u ljudskom tijelu i metabolizmom s okolinom. Konačno, sam opstanak čovječanstva danas je nemoguć bez široke uporabe organskih stvari u svakodnevnom životu, u medicini, industriji, poljoprivredi itd.

Razumijevanje uloge organskih tvari u postojanju i razvoju složenog socio-biosferskog kompleksa Zemlje kao cjeline i njezinih glavnih dijelova važan je dio kemijskog čitanja moderne ekonomije.

Dostignuća u ekologiji služe kao temelj za rješavanje niza hitnih problema našeg vremena. Konkretno, s podacima dobivenim ekologijom

Logika zdravog načina života: u prioritetu duhovnih potreba nad materijalnim, briga za očuvanje tjelesnog zdravlja. Takva je osoba u budućnosti sposobna u svom profesionalnom djelovanju voditi se načelima ekoloških i moralnih imperativa (15, str. 3).

Prijeđimo na problem organizacije nastave kemije u srednjoj školi. Na putu transformacije predmetno obrazovanje i stvaranju sustava ekološkog odgoja i obrazovanja učenika, učitelj se susreće s određenim poteškoćama. Prvo, kemofobija koja se pojavila u društvu zbog koje su djeca u početku zanemarivala tu temu. Drugo, apstraktnost samog predmeta.

Glavno je promijeniti (ekologizirati) vlastiti svjetonazor, osvijestiti svoju odgovornost (ljudsku i profesionalnu) za pripremu ekološki obrazovane mlade generacije. Potrebno je sustavno informirati o dostignućima kemije u zaštiti okoliša.

1.3. Pregled literarni izvori o obrazovanju za okoliš.

Kolegij kemije koji se proučava u suvremenoj srednjoj školi ne rješava u potpunosti probleme ekološkog obrazovanja i odgoja. Ekološka se pitanja iskazuju deklarativno, ne proučavaju se dublje i samo se ocrtavaju. Međutim, mjere proučavanja utjecaja kemijskih procesa i kemijskih spojeva na okoliš ne mogu u potpunosti zamijeniti sustavno proučavanje ove problematike.

Kemija je jedan od najvažnijih predmeta na temelju kojih se formira dijalektika - materijalističke ideje o svijetu oko nas.

Prema važećem programu, maturanti devetog razreda imaju vrlo nepotpune, fragmentarne predodžbe o kemiji, budući da su pitanja organske i opća kemija učio u X-XI razredu. S obzirom na diferencijaciju obrazovanja u srednjoj školi, mnogi učenici možda uopće neće učiti kemiju, što će dovesti do potpunog ignoriranja niza vitalnih pitanja i komplicirati egzistenciju osobe u moderni svijet, budući da maturanti neće razumjeti, na primjer, uzroke štetnog djelovanja ljudske gospodarske djelatnosti na biljke i životinjski svijet i biosfera u cjelini i druga slična pitanja.

Dakle, potrebno je radikalno promijeniti program iz kemije, a time i tijek kemije u cjelini.

Na Odsjeku za metodiku nastave prirodoslovlja i matematike na MSIUU razvijen je novi nastavni plan i program za kolegij kemije "Ekologija i dijalektika" i na njegovoj osnovi je proveden eksperiment u dvadeset škola u Moskvi i Moskovskoj oblasti. Njegova posebnost je da na temelju njega maturanti devetog razreda dobivaju opću ideju o kemijskoj znanosti općenito, kao io svim njezinim dijelovima. Na osnovnoj razini, zaključno s devetim razredom, učenici se upoznaju s ulogom i mjestom kemije u suvremenoj gospodarskoj djelatnosti čovjeka, njezinim utjecajem na okoliš i načinima prevladavanja negativnog utjecaja ljudske praktične djelatnosti na floru, faunu i čovjeka. tijelo povezano s upotrebom kemijske proizvodnje.

U ovom programu puno se pažnje posvećuje organizaciji kemijskih pokusa, upotrebi različitih najvažnijih kemijskih spojeva u ljudskoj praksi, njihovom utjecaju na okoliš i ljudski organizam. Poznavanjem kemijskih spojeva, kemijskih pojava kod učenika se stvara poseban odnos prema čovjekovoj okolini,

Stvara se osnova za ispravno razumijevanje ekoloških problema bez kojih je nemoguće opstati čovječanstvu u suvremenom svijetu; formira se ideja o složenosti nedosljednosti različitih procesa, uključujući kemijske, što omogućuje, na temelju toga, oslanjajući se na znanje iz drugih tečajeva prirodno-matematičkog ciklusa, da se formira dijalektičko-materijalističko razumijevanje okolne aktivnosti. Ujedno, ovaj predmet kemije trebao bi riješiti i probleme obrazovanja profesionalnih kemičara, kao i osoba kojima je za uspješno obavljanje profesionalnih zadataka potrebno dublje poznavanje kemije. Osmišljen je tako da stvori temelj čvrstog kemijskog znanja na temelju kojeg je moguće formirati višu razinu znanja i razumijevanja kemije u X.-XI. Srednja škola. Ovaj kolegij pretpostavlja provedbu diferencirane nastave, uzimajući u obzir osobitosti asimilacije kemijskog znanja, kako za učenike s niskom razinom obrazovanja nastavnog materijala, tako i za učenike čija je početna razina razumijevanja kemije prilično visoka.

Razvijeni program „Ekologija i dijalektika“ podrazumijeva dubok odnos s biologijom, fizikom, geografijom i drugim disciplinama koje se uče u školi, što će omogućiti učenicima da formiraju cjeloviti pogled na svijet oko sebe.

Međutim, ovaj je program osmišljen za produbljeno proučavanje predmeta s propedeutičkim tečajem u 7. razredu i prikladan je samo za specijalizirane škole ili razrede. Stručnjaci Moskovskog državnog pedagoškog sveučilišta. N Zvereva i razvio niz integriranih kolegija: "Biosfera i čovjek", "Ekologija i civilizacija", ekološkizirani tečaj kemije; od teme do teme.

Program integriranog predmeta "Biosfera i čovjek" namijenjen je učenicima viših razreda i srednjih specijaliziranih ustanova humanitarnog profila. Ovakav je pristup tim važniji jer je u humanističkom obrazovanju u posljednje vrijeme sve izraženija tendencija smanjivanja kolegija u prirodnim znanostima, a posebice u kemiji. Integracija znanja prirodnih znanosti omogućuje rješavanje problema formiranja cjelovite percepcije okolnog svijeta, razvijanje interesa za kemijsku znanost i formiranje kemijskog znanja na dobroj razini.

Svrha ovog kolegija je ekologizirati svijest učenika, popularizirati nastavu. Vodeće ideje kolegija: čovjek je uzrok ekoloških problema i samo ih čovjek može riješiti; cjelovitost i raznolikost svijeta. Pozornost je usmjerena na proučavanje same prirode, raznolikosti razina organizacije života, evolucije kako organskog svijeta tako i odnosa čovjeka i prirode.

Ali predmet "Biosfera i čovjek" vrlo je specifičan i deklariran je kao zaseban specijalizirani predmet u X-XI razredima. No, nema svaka škola dodatne sate u nastavnom planu i programu za uvođenje ovog predmeta.

predložio je ekologizirani kolegij "Ekologija i civilizacija" koji ima izrazito naglašen interdisciplinarni karakter, uključujući filozofsko-povijesne, socio-moralne, biološke, geografske i fizikalno-kemijske aspekte ekoloških problema.

U sklopu ekološkog obrazovanja i odgoja propedeutika se provodi od I. do VII. razreda u obliku izučavanja predmeta “ Svijet”(I-II Kl.), „Prirodne znanosti” (I-IV Kl.) postoji daljnja akumulacija znanja učenika o prirodnim objektima, nekim zakonima razvoja prirode, činjenicama antropogenog utjecaja na okoliš; obrazovanje školaraca

kov na analizu i modeliranje jednostavnih situacija. U ovoj je fazi najučinkovitiji način ekologizacija nastavnih disciplina u kombinaciji s problematičnim izbornim predmetima, kružocima i zavičajnim radom.

U procesu nastave kemije u VIII i IX razredu važno je uključiti razmatranje problematike zaštite okoliša od kemijskog onečišćenja. Ekologizirana kemija temelji se na idejama o odnosu između sastava, strukture, svojstava i biološke funkcije tvari; njihova dvostruka uloga u živoj prirodi; biološka zamjenjivost kemijskih elemenata i posljedice toga procesa za organizme; uzroci kršenja biogeokemijskih ciklusa; uloga kemije u rješavanju ekoloških problema.

U završnom stupnju obrazovanja (X_XI razred) usavršavanje kemijskih znanja nastavlja se u procesu svladavanja kolegija organske i opće kemije. Njegov sadržaj omogućuje razvijanje ideja manifestacije kemijski zakoni u prirodnim procesima; razumjeti takve ekološke obrasce kao što su cikličnost i kontinuitet izmjene tvari između sastavnih komponenti biosfere.

Ekološki tečaj kemije X razred. nadopunjuje izborni kolegij „Kemija i zaštita okoliša“ koji otkriva kemijske aspekte ekoloških problema na lokalnoj, regionalnoj i globalnoj razini. Sastavni dio Ovaj kolegij je laboratorijska radionica koja uključuje organizaciju istraživačkih aktivnosti studenata za proučavanje antropogenog utjecaja na prirodne objekte.

Nastavna disciplina "Ekologija i civilizacija" uvedena je paralelno s učenjem kolegija kemije u X. i XI. razredu (14, str. 43).

Zbog integracije ovih kolegija izvođenje programa odvija se u okviru više predmeta i od strane više nastavnika.

Za VIII - XI razrede predložen je program ekološkog predmeta kemija: od teme do teme. Njegov glavni fokus je na tim

Lenije koje izazivaju ozbiljnu zabrinutost za stanje prirodnog okoliša i budućnost civilizacije: globalno zatopljenje, smanjenje atmosferskog ozonskog omotača, kisele kiše, nakupljanje otrovnih teških metala i pesticida u tlu, kontaminacija velikih područja radionuklidima, osiromašenje prirodnih resursa planeta.

Priroda je u svom prirodnom razvoju u dinamičkoj ravnoteži;

Promjene su izravan rezultat međudjelovanja čovjeka i prirode. kemijski sastav komponente okoliša, što dovodi do promjene prirodne ravnoteže;

Kemijska znanja sastavni su dio znanja o osnovama zaštite prirode, upravljanje okolišem i inteligentna transformacija okoliša od strane čovjeka.

Uloga kemije u rješavanju ekoloških problema u sadašnjoj fazi je značajna:

A) Proučavanje sastava, strukture, svojstava, kako se određena tvar ponaša u atmosferi, tlu, vodenom okolišu, kakve učinke ona i proizvodi njezinih transformacija imaju na biološke teme;

B) Otkrivanjem mehanizama biogeokemijskih procesa u prirodnom ciklusu elemenata, kemija doprinosi rješavanju problema što prirodnijeg i „bezbolnijeg“ ulaska industrijske proizvodnje u prirodne cikluse, čineći je dijelom svakog ekosustava.

C) Korištenje različitih metoda za kemijsko-analitičko praćenje stanja okolišnih objekata ili kvalitete gotovih proizvoda u nizu industrija (kemijska, petrokemijska
, mikrobiološka, ​​farmaceutska), kemija omogućuje dobivanje informacija potrebnih za naknadno donošenje odluka o sprječavanju štetnih

tvari u nadziranim objektima, čišćenje tih objekata, načini njihove zaštite i sl.

Ekologizirani tečaj kemije omogućuje otkrivanje posebne uloge ove znanosti u borbi protiv neznanja o okolišu, koja se očituje u ukorijenjenoj ideji o "krivnji" kemije u trenutnoj ekološkoj situaciji, privlačenju školaraca na istraživački rad proučavati stanje prirodnog okoliša, usaditi im osjećaj osobne odgovornosti za njegovo očuvanje.

Vrijednost ovog programa je u tome ekološki koncepti naći odgovor u svakoj temi iz kemije, proširivati, produbljivati ​​i usustavljivati ​​znanja učenika o osnovnim kemijskim zakonitostima, njihovoj povezanosti sa stanjem okoliša. Kada se razmatra bilo koje kemijsko pitanje, aspekti okoliša mogu se predstaviti bilo u obliku kratka poruka, izvješće na lekciji, obrana eseja, postavljanje ekološkog eksperimenta ili rješavanje ekološkog problema koji pomaže u svladavanju kemijskih zakona uz konkretne ekološke primjere.

A (Moskovsko državno pedagoško sveučilište nazvano po V. I. Lenjinu), (LGIUU), Mu (MNPO Sintez), (Moskovsko državno sveučilište nazvano po ..) razvili su programe izbornih predmeta o ekološkom obrazovanju za školsku djecu: „Zdrav način života osobe u zagađena biosfera”, „Osnove opće ekologije i zaštite okoliša”, „Ekološki problemi Lenjingradske regije”, „ Biološka uloga kemijski elementi". Ovi izborni predmeti osiguravaju formiranje sustava znanja učenika (razina ekološke svijesti) s elementima ekološke kulture (vrijednosna usmjerenost učenika prema znanstveno utemeljenom gospodarenju prirodom). Za više potpuna studija nužne su osnove ekologije u vezi s osnovama kemije općeobrazovni ciklusi koji sadrže opće ekološke

Kada se ti zadaci izvrše, povećava se razina motivacije za učenje i olakšava se proces stjecanja znanja.

Kada se razlikuje po interesima, tehnologija dolazi u dodir s kulturno obrazovnom tehnologijom učenja koja doprinosi humanizaciji obrazovanja. U sklopu ove tehnologije djeluje odjel ekološke kulture u sklopu ove tehnologije: upoznavanje s problemima očuvanja prirode, čovjekova okoliša, jedinstvene ljudske kulture: njegovanje ljubavi prema prirodi, produbljeno proučavanje geografije, biologije i kemije. . Kao specifične, često metodičke i lokalne tehnologije, može se primijeniti tehnologija ekološkog odgoja, T. V. Kucher i drugi.

Kako bi ozelenili nastavu kemije koriste se i suradničke tehnologije, grupne tehnologije koje poticajno djeluju na razvoj djeteta. One podrazumijevaju komunikaciju, komunikaciju, studentsku razmjenu informacija, međusobno razumijevanje.

Proces učenja također se temelji na alternativnim tehnologijama i tehnologijama razvojnog učenja temeljenim na načelima antropozofije, prema kojima razvoj sposobnosti spoznavanja vodi čovjeka do savršenstva. Antropozofija je temelj Waldorfske pedagogije R. Steinera. Razvoj intelektualnih sposobnosti provodi se prema tehnologiji i. Razvojni odgoj uzima u obzir i koristi obrazac razvoja, prilagođava se razini i osobinama djeteta (3, str. 80-83: str. 109: str. 119-122: str. 1516, str. 181)

Korištenje ovih tehnologija omogućuje usmjeravanje učenikove osobnosti prema percepciji svega oko sebe kao zainteresiranog istraživača koji je osobno odgovoran za posljedice svoje aktivnosti za druge ljude i za prirodu.

Fragmente gore navedenih tehnologija N. P. Guzik, I. N. Zakatova, NT Suraveshnaya, TV Kucher, R Steiner, DB Elkonin i V. V. Davydov, koristim kada provodim lekcije o zaštiti okoliša i izvannastavne aktivnosti o ekološkim temama

2.2. Oblici izvođenja nastave ekološkog općeg obrazovanja u nastavi kemije.

S profesionalnog stajališta, privlače me nestandardni oblici izvođenja nastave i uzimanja u obzir znanja studenata, kao što su provjera znanja, seminarska nastava, konferencijska nastava, korištenje didaktičkih, igranja uloga i poslovne igre, elementi tetralizacije. Međusobno obogaćujuću interakciju prirodnih znanstvenih disciplina koristim za oblikovanje holističkog odnosa prema prirodi, za motiviranje normi zdravog načina života.

U svrhu jačanja ekološke usmjerenosti školskog obrazovanja, u nastavno gradivo svake teme uvodim razmatranje problematike okoliša, dajem riječ dežurnim učenicima ekolozima da istaknu najvažnije ekološke probleme u okviru ove teme, koji omogućuje najcjelovitiju upotrebu znanja o okolišu za formiranje pažljivog odnosa učenika prema prirodi, njihovu spremnost za akcijski za njezinu zaštitu.

Moj pedagoški koncept ozelenjavanja nastave kemije blizak je ozelenjenom kolegiju kemije: od teme do teme. U nastavi koristim ekološke pokuse, zadatke ili pitanja, praktične radove ekološkog usmjerenja.

Pri proučavanju strukture i svojstava prijelaznih metala vodim seminar na temu "Značajke strukture d-elemenata i njihov utjecaj na okoliš i zdravlje ljudi". Metoda ove lekcije je razvojno-nastavni tip seminara.

Ciljevi nastavnog sata su generalizirati znanja učenika o periodnom zakonu, građi atoma, stanju elektrona u atomu; učvršćivanje vještina izrade elektroničkih sklopova, formula, usporedbe kemijskih elemenata či-

aktivnost mikrofona; upoznavanje učenika s nekim zakonitostima koje određuju zastupljenost metala u prirodi, njihovu toksičnost, udio sudjelovanja u metabolizmu živih organizama, na temelju položaja elemenata - metala u periodnom sustavu; otkrivanje uzroka onečišćenja okoliša d-elementima, navođenje glavnih izvora onečišćenja; formiranje sposobnosti učenika da predviđaju i analiziraju posljedice onečišćenja prirodnog okoliša metalima; upoznavanje s glavnim smjernicama za sprječavanje onečišćenja.

Moto sata odabrao sam riječi: „Znanost je korisna samo kada je prihvaćamo ne samo umom, nego i srcem“.

Plan seminara

1) Položaj d-elemenata u periodnom sustavu.

2) Značajke strukture atoma d-elemenata, njihova svojstva.

3) d - elementi i živi organizam.

4) Biološka uloga i toksični učinak d - elemenata.

5) Problem onečišćenja okoliša metalima i načini njegova rješavanja.

6) Nalaz d - elemenata u prirodi. Minerali koji sadrže d - elemente u regiji Voronjež.

Na početku sata obnavljam svoje znanje i provodim individualnu i frontalnu anketu.

a) Individualna anketa.

1. Rad na karticama.

2. Koji se elementi nazivaju d-elementima?

3. Obilježite položaj d - elemenata u periodnom sustavu.

4. Osobine strukture atoma d - elemenata; popunjavanje energetskih podrazina elektronima, fenomen “otkazivanja elektrona”.

b) Frontalno ispitivanje.

1. Dajte modernu formulaciju periodičkog zakona.

2. Koje je fizičko značenje elementa serijski broj, broj skupine i točka?

3. Koji kvantni brojevi opisuju stanje elektrona u atomu?

4. Koja se pravila temelje na crtanju grafičkog dijagrama strukture atoma?

5. Napravite grafičke dijagrame i napišite elektroničke formule za strukturu atoma sljedećih kemijskih elemenata skandij, željezo, niobij, („kvar“ elektrona) (provjeriti kroz horoskop)

U drugoj fazi predlažem učenicima da riješe tekstualni zadatak prema tri opcije. Svoje će odgovore ispisivati ​​na filtrirani papir impregniran fenolftaleinom, kapajući otopinu lužine na željeno mjesto, po njihovom mišljenju. Ako je odgovor točan, na papiru se pojavljuje signal u boji.

To vam omogućuje da odmah procijenite rad učenika.

Osobitost strukture atoma d-elemenata je zbog prisutnosti u njima viška valentnih orbitala i nedostatka

Filozofske rasprave u suvremenoj prirodnoj znanosti u izvjesnom su smislu neobična slika, naime: vrlo se aktivno raspravlja o metodološkim i ideološkim problemima biologije i fizike, sinergije i astronomije, genetike i biotehnologije, ali se sličnim pitanjima kemije ne pridaje previše pozornosti. . Može se pokazati da, na temelju tako temeljnih generalizacija kao što je periodički zakon, teorija kemijska struktura, kemijska termodinamika, kemija je otvorila široke mogućnosti za proučavanje i sintezu milijuna tvari nežive i žive prirode, za stvaranje dosad nepoznatih spojeva. Čini se da ju je zanijela empirija, utilitaristička strana, te je ne zanimaju složeni svjetonazorski i metodološki problemi s kojima se suočava. „Međutim, prije kemije“, naglašava Yu.A. Zhdanov, „postoje složeni i stvarne probleme teorijske i metodološke prirode, a bez njihova razjašnjenja ne samo znanost sama, nego ni niz drugih znanosti neće moći produktivno napredovati.

Razmotrimo sada ekološki aspekt kemije, kada dolazi do procesa onečišćenja okoliša koji zbog svoje nelinearnosti štetno djeluje na čovjeka. Ovdje možemo izdvojiti cijeli niz čimbenika štetnih za naše zdravlje: kemijsko onečišćenje tla i posljedičnu opasnost proizvoda, kemijsko onečišćenje zraka, vode i drugi ekološki štetni učinci. U ovom slučaju treba uzeti u obzir antropogenu prirodu različitih vrsta onečišćenja atmosfere, hidrosfere i litosfere. “Čovjek je prirodni i glavni zagađivač planeta”, naglašava J. Bockris. Ekološki razvoj dugo je bio skladan. Život jednog organizma u procesu razvoja bio je podređen cjelini, a odgovarao je kemijskim procesima koji su se odvijali oko njega. Sve do ovog stoljeća čovjek nije imao opipljiviji utjecaj na ekološku situaciju koja se uravnotežila u procesu razvoja. Narušavanje tog sklada, s kojim se čovjek trenutno suočava, posljedica je povećanja volumena ispuštanja kemijskih i drugih industrijskih poduzeća u vodu i zrak. U atmosferi se odvijaju fotokemijski procesi uz pomoć kojih se prerađuju zagađivači i uspostavlja ravnoteža. Međutim, od početka 20.st Čovjek je ispustio toliko zagađivača u atmosferu da oni remete prirodne procese ponovnog uspostavljanja ravnoteže.” Kemijsko onečišćenje okoliša ima značajan utjecaj na život i ponašanje osobe, jer uzrokuje značajnu štetu njegovom tijelu.

Odavno je utvrđeno da je ljudsko ponašanje i s njim povezano zdravlje i patologija određeno kemijske prirode okoliš. Selektivan izbor kemikalija je temelj potrage za lijekovima za liječenje različitih bolesti, uključujući i psihičke. Postoje mnoge poznate tvari koje uzrokuju kršenje normalnog ljudskog ponašanja, na primjer, dovodeći do ovisnosti o drogama. Međutim, oni predstavljaju samo vrlo mali dio velike raznolikosti kemikalija koje imaju biokemijske učinke na ljudsko zdravlje. Nakon svega kemijske tvari bez obzira na načine prodiranja u ljudsko tijelo, utječu na tijek biokemijskih procesa u tijelu. To je, prije svega, zbog zakona nastanka biosustava na našem planetu - tijekom kemijske evolucije, jedna od najranijih velikih promjena bio je prijelaz iz redukcijske atmosfere u oksidacijsku, u kojoj su biosustavi karakteristični za naše vrijeme. počeo razvijati. Sklad takve evolucije jasno se očituje u “... jedinstvu, što podrazumijeva biokemijsku evoluciju mnogo složeniju i mnogo raniju od biološka evolucija, koja nam je svima dala tako raznolike oblike, pojave i obrasce ponašanja u biljnom i životinjskom svijetu. Posljedično, vanjski kemijski okoliš odredio je prirodu organizama koji su preživjeli tijekom evolucije.

Drugo, opstanak organizama povezan je s razvijenom sposobnošću organizma da se razmnožava. Dešifriranje DNK koda - glavnog genetskog materijala koji se prenosi s koljena na koljeno - pokazalo je da je razvoj jedinke reguliran na molekularnoj razini i odvija se kroz veliki broj biokemijskih reakcija. Tada postaje jasno da sva ostala svojstva organizma (anatomska, elektrofiziološka, ​​bihevioralna itd.) u određenom smislu ovise o biokemijskim procesima. To objašnjava zašto na zdravlje i patologiju ljudskog tijela prvenstveno utječu biokemijski čimbenici, zašto su najznačajniji utjecaji vanjske kemijske sredine.

Razumije se da se u tijeku evolucijskog procesa formirala sposobnost biosustava da kao cjelina odgovori na utjecaje okoline, o čemu ovisi fizičko stanje jedinke, glavni razlog promjene tog stanja čovjeka je neurokemijski procesi koji se odvijaju u živčanom sustavu, posebno u središnjem živčanom sustavu, čija fina organizacija omogućuje provođenje mnogih takvih procesa. Ljudski mozak sadrži, kao što znate, oko 100 milijardi neurona, to je neuronska mreža, koja je fraktal, tj. ima nelinearnost. I samo ljudsko tijelo je dinamika nelinearni sustav, stoga je odnos između stanja osobe i vanjske kemijske okoline u najopćenitijem obliku nelinearan. Rezultati pokusa za utvrđivanje odnosa između osjetljivosti ponašanja i akutnih promjena u kemijskoj okolini, kada je normalno stanje tijela poremećeno, pokazuju nelinearni (eksponencijalni) odnos (odnos) između stanja tijela i egzogenog kemijska tvar. Općenito, nije svejedno na koji način kemikalije ulaze u ljudsko tijelo – somatski, inhalacijom, kroz kožu ili sluznicu, injekcijom ili implantacijom; glavna stvar je da imaju nelinearni učinak na stanje ljudskog tijela. To je od nemale važnosti za načine kontrole i pročišćavanja okoliša od kemijskog onečišćenja, kako bi osoba mogla normalno ovlastiti i obavljati svoje aktivnosti.

Prijelaz s konstrukcije molekula na stvaranje molekularnih strojeva, koji se odvija u modernoj kemiji, zaslužuje filozofsko promišljanje. Kemija se odnosi na ona područja temeljnog znanja koja vam omogućuju sintezu i proučavanje molekula, što znači da se kemija, kao grana prirodnih znanosti, bavi proučavanjem materije na razini njezine molekularne organizacije. Čini se da je ovo područje istraživanja neograničeno, što doista i jest. Kemijski katalog sadrži stotine tisuća molekula prirodnog podrijetla čija je struktura dešifrirana u laboratorijima, a tom broju do danas je pridodano više od 15 milijuna molekula koje su sintetizirali kemičari, a nisu pronađene u živoj prirodi. Metodologija sinteze koju su razvili kemičari, metode istraživanja molekularna struktura i njihove transformacije (a među najnovijim među njima su kao što su skenirajuća tunelska mikroskopija i laserska femtosekundna spektroskopija, u kojima se prostorna i vremenska rezolucija postiže na razini veličina pojedinačnih atoma i njihovih pomaka u nestajućim malim vremenskim intervalima od 10 - 15 s), omogućuje uspješno shvaćanje tajni strukture molekula i njihovih različitih svojstava. To se odnosi čak i na najnestabilnije od njih, koje se u normalnim uvjetima raspadaju u milijuntim dijelovima sekunde.

"Znače li ova postignuća", piše V.I. Minkin - da je kemija kao znanost već riješila svoj problem i, iako je njena sposobnost proizvodnje novih molekula u još većim količinama neograničena, sam taj proces postaje sve rutinskiji? Doista, danas je, na primjer, postalo moguće automatski sintetizirati peptide (proteine ​​niske molekularne težine). Takva ocjena općeg stanja kemijske znanosti (znanosti čiji su zakoni podjednako važni za shvaćanje žive i nežive Prirode) bila bi ishitrena. I to nimalo originalno. Doista, davne 1929. godine nobelovac Paul Dirac s otkrićem kvantna mehanika izjavio: "Osnovni fizikalni zakoni potrebni za matematičku teoriju dijela fizike i cijele kemije tako postaju potpuno poznati, a jedina je poteškoća u tome što točna primjena tih zakona dovodi do jednadžbi koje su previše komplicirane da bi se mogle riješiti." Ova Diracova teza bila je u središtu opsežnih rasprava među fizičarima, kemičarima te pristašama i protivnicima filozofije redukcionizma. U mnogim monografijama i udžbenicima iz teoretskih i fizička kemija dan je ovaj iskaz klasika znanosti, a naglasak je na neostvarivosti predviđanja. Očito je Dirac svoju ideju izrazio kao svojevrsnu hiperbolu kako bi naglasio iznimnu važnost nove teorije mikrosvijeta. Sami postulati kvantne mehanike, posljedice koje iz njih proizlaze, pokazale su se točnima, a kao što je već sada pokazano, kompletna Schrödingerova jednadžba ne može se točno riješiti ni za najjednostavnije molekule, a dobre aproksimacije točnim rješenjima za srednje- velike molekule zahtijevaju vrijeme rada superračunala, izračunato u danima. Može se reći da metode kvantne mehanike uglavnom određuju tempo znanstvenog napretka, ali ne i prirodu znanstvenog stvaralaštva. Poznato je da su kreativne iracionalne prirode i da se ne mogu zaključiti na logičan, deduktivan način – inače bi svatko tko poznaje logiku mogao doći do znanstvenih otkrića (u ovom slučaju znanost jednostavno ne bi bila potrebna). Osim toga, ne treba zaboraviti da periodni sustav elemenata i teorija molekularna struktura organske spojeve stvorili su kemičari davno prije formiranja principa kvantne mehanike, pa čak i prije otkrića elektrona.

Poznato je da izbor smjerova znanstvenog istraživanja diktiraju dva čimbenika: zahtjev društvene potrebe i unutarnji poticaj istraživača da otkrije nove pojave i obrasce, da prodre u tajne Prirode. Na različite faze razvoja društva, ovisno o stupnju dostignutog znanja mijenjaju se trendovi znanstvenog istraživanja i prioriteti u izboru ciljeva. U kemiji 1960-ih i 1980-ih, fokus istraživanja bio je na proučavanju fine strukture molekula, reakcijskih mehanizama i intramolekularne dinamike. U posljednjem desetljeću postoji jasan interes za objekte i ciljeve povećane složenosti - proučavanje i modeliranje funkcija biološki važnih molekularnih sustava, kao i stvaranje novih visokotehnoloških materijala izgrađenih od nanomjernih elemenata. Ovaj trend odražava prijelaz s proučavanja pojedinačnih molekula i njihovih malih suradnika na proučavanje strukture svojstava i transformacija dovoljno velikih agregata molekula, na usmjereni dizajn organiziranih molekularnih ansambala u cilju stvaranja jedinstvenih molekularnih strojeva, tj. molekularne naprave u kojima promjene inducirane u pojedinim sastavnim molekulama uzrokuju kooperativne procese u cijelom sustavu (K. Drexler). Takvi uređaji mogu služiti za pretvorbu jedne vrste energije u drugu, akumulaciju svjetlosne energije, snimanje, pohranu i prijenos informacija, molekularno računalstvo, itd. "Dizajn takvih uređaja je područje", V.I.

Za kemiju nebo ostaje širom otvoreno, jer ona nije samo znanost, već i umjetnost. Umjetnost, naravno, zahvaljujući ljepoti svojih predmeta, ali iu samoj svojoj biti, zahvaljujući svojoj sposobnosti da beskrajno izmišlja i stvara svoje predmete, sebe, svoju budućnost. Poput umjetnika, kemičar plodove vlastite mašte utjelovljuje u materijalnim slikama. Kamen, zvukovi, riječi u sebi ne sadrže djela kipara, skladatelja, pisca nastala iz njih. Slično tome, kemičar stvara nove molekule, nove materijale i nova svojstva od elemenata koje daje priroda. On doista stvara nove svjetove koji nisu postojali dok nisu nastali, oblikujući se iz ruku kemičara, kao što materijal tek izašavši iz ruku majstora poprima snagu i izražajnost umjetničkog djela. To je lijepo prenio u svojoj kreaciji Aposte Rodin.

Kemija ima taj kreativni potencijal. Kao Marcel Berthelot: "Kemija stvara vlastite objekte." Ona ne stvara samo predmete, ona stvara predmet svog istraživanja. Ona ne postoji inicijalno, ona se izmišlja i stvara u procesu istraživanja. Ne čeka samo da bude otkriveno, već i da bude stvoreno. Bit kemijske znanosti našla je svoj puni izraz u riječima umjetnika-znanstvenika Leonarda da Vincija: „... tamo gdje priroda prestaje stvarati vlastite objekte, preuzima ih čovjek koji stvara koristeći prirodne materijale i uz pomoć prirodu, bezbroj novih objekata..." .

Bit kemije nije samo u otkrićima, nego iu izumima, u kreativnom stvaranju, prije svega. Knjigu kemije ne treba samo čitati, nego i pisati; rezultat iz kemije ne smije se samo izvesti, mora se i sastaviti. Filozofski značaj suvremene kemije leži u činjenici da ona omogućuje konstrukciju novih tvari i materijala kojih nema u živoj prirodi, a to zauzvrat unosi novu dimenziju u smisao ljudskog postojanja. Doista, objekti supramolekularne kemijske kreativnosti obećavaju biti vrlo složeni i raznoliki, kao rezultat čega je moguće stvoriti cijele kemijske galaksije. Kreativnost, kao što znate, služi traženju smisla našeg života, zadovoljavajući najveću potrebu za samoaktualizacijom.

Slične informacije.