Глава 11. ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Глава 11. ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Хімічні елементи є одним із компонентів екологічного портрета людини.

А.В. Скальний

11.1. АКТУАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ СТІЙКОГО РОЗВИТКУ БІОСФЕРИ РОСІЇ

Антропогенне забруднення довкілляістотно впливає на здоров'я рослин і тварин (Єрмаков В.В., 1995). Річна продукція рослинності світової суші до її порушення людиною мала значення, близьке до 172109 т сухої речовини (Базилевич Н.І., 1974). Внаслідок впливу її природна продукція на сьогодні зменшилася не менш ніж на 25% (Панін М.С., 2006). У публікаціях В.В. Єрмакова (1999), Ю.М. Захарова (2003), І.М. Буркун (1997), М.С. Паніна (2003), G.M. Hove (1972), DR. Burkitt (1986) та ін. показана зростаюча агресивність антропогенних впливів на довкілля (ОС), що мають місце на територіях розвинених країн.

В.А. Ковда ще в 1976 році навів дані про співвідношення природних біогеохімічних циклів та антропогенного вкладу в природні процеси, відтоді техногенні потоки зросли. За його даними, біогеохімічні та техногенні потоки біосфери оцінюються такими величинами:

За оцінкою Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ), з більш ніж 6 млн. відомих хімічних сполуквикористовується до 500 тис., з яких 40 тис. мають шкідливі для людини властивості, а 12 тис. є токсичними. До 2000 р. споживання мінеральних та органічних сировинних ресурсів різко зросло і досягло 40-50 тис. тонн на одного жителя Землі. Відповідно зростають обсяги відходів промислового, сільськогосподарського та побутового походження. На початку XXI століття антропогенні забруднення поставили людство на межу екологічної катастрофи (Єрмаков В. В., 2003). Тому аналіз екологічного стану біосфери Росії та пошук шляхів екологічної реабілітації її території є дуже актуальними.

В даний час на підприємствах гірничодобувної, металургійної, хімічної, деревообробної, енергетичної, будівельних матеріалів та інших галузей РФ щорічно утворюється близько 7 млрд. тонн відходів. Використовується лише 2 млрд тонн, або 28% від загального обсягу. У зв'язку з цим у відвалах та шламах-сховищах країни накопичено близько 80 млрд тонн лише твердих відходів. Під полігони їх зберігання щорічно відчужується близько 10 тис. га придатних сільського господарства земель. Найбільша кількістьвідходів виходить при видобутку та збагаченні сировини. Так, у 1985 р. обсяг розкривних, попутно видобутих порід та відходів збагачення в різних галузях промисловості СРСР, був відповідно 3100 та 1200 млн м 3 . Велика кількість відходів утворюється у процесі заготівлі та переробки деревної сировини. На лісозаготівлях відходи становлять до 46,5% від загального обсягу вивезеної деревини. У нашій країні щорічно утворюється понад 200 млн. м 3 деревних відходів. Дещо менше відходів виходить на підприємствах чорної металургії: у 1984 р. вихід вогненно-рідких шлаків становив 79,7 млн ​​тонн, у тому числі 52,2 млн тонн доменних, 22,3 млн т сталеплавильних та 4,2 млн т феросплавних. У світі щорічно виплавляється кольорових металів приблизно у 15 разів менше, ніж чорних. Однак при виробництві кольорових металів у процесі збагачення руди утворюється від 30 до 100 тонн подрібнених хвостів на 1 тонн концентратів, а при плавці руди

на 1 тонну металу - від 1 до 8 тонн шлаків, шламів та інших відходів (Добровольський І.П., Козлов Ю. Є. та ін., 2000).

Щорічно на підприємствах хімічної, харчової, мінеральних добрив та інших галузей промисловості утворюється понад 22 млн. тонн гіпсовмісних відходів і близько 120-140 млн. тонн опадів стічних вод (у сухому вигляді), близько 90% з яких виходять при нейтралізації виробничих стічних вод. Понад 70% териконів Кузбасу відносяться до палаючих. На відстані кількох кілометрів від них у повітрі значно підвищено концентрації SO 2 , CO, CO 2 . Різко підвищується концентрація у ґрунтах та поверхневих водах важких металів, а в районах уранових копалень – радіонуклідів. Ведення гірничих робіт відкритим способом призводить до ландшафтних порушень, які за своїми масштабами можна порівняти з наслідками великих природних катастроф. Так, у районі гірських виробок у Кузбасі утворилися численні ланцюги глибоких (до 30 м) провалів, що тягнуться протягом понад 50 км, загальною площею до 300 км2 та обсягів провалів понад 50 млн м3.

Нині великі площі займають тверді відходи теплових електростанцій: золи, шлаки, близькі за складом металургійних. Їхній щорічний вихід досягає 70 млн тонн. Ступінь їх використання не більше 1-2%. За даними міністерства природних ресурсівРФ, загальна площа земель, зайнятих відходами різних виробництв, загалом перевищує 2000 км2.

У світі видобувається щорічно понад 40 млрд. тонн сирої нафти, з яких при видобутку, транспортуванні та переробці втрачається близько 50 млн. тонн нафти та нафтопродуктів. Нафта вважається однією з найпоширеніших і найнебезпечніших забруднюючих речовин у гідросфері, оскільки близько третини її видобувається у континентальному шельфі. Загальна маса нафтопродуктів, які щорічно потрапляють у моря та океани, приблизно оцінюється в 5-10 млн тонн.

За даними НВО «Енергосталь», ступінь очищення газів, що відходять, від пилу чорної металургії перевищує 80%, а ступінь утилізації твердих продуктів уловлювання становить лише 66%. При цьому коефіцієнт утилізації залізовмісних пилів та шлаків дорівнює 72%, тоді як інших видів пилів 46%. Практично на всіх підприємствах як металургійних, так і теплових електростанцій не вирішуються питання очищення агресивних низьковідсоткових сірковмісних газів. Викиди цих газів у СРСР становили 25 млн тонн. Викиди в атмосферу сірковмісних газів тільки від введення в експлуатацію газоочищення на 53 енергоблоках країни

у період з 1975 по 1983 роки знизилися з 1,6 до 0,9 млн. тонн. Слабко вирішуються питання нейтралізації гальванічних розчинів. Ще повільніше - питання щодо утилізації відходів, що утворюються при нейтралізації та переробці відпрацьованих травильних розчинів, розчинів хімічних виробництв та стічних вод. У містах Росії до 90% стічних вод скидаються в річки та водоймища в неочищеному вигляді. В даний час розроблені технології, які дозволяють перетворювати токсичні речовини на малотоксичні і навіть на біологічно активні, які можна використовувати в сільському господарстві та в інших галузях.

Сучасні міста викидають в атмосферу та водне середовище близько 1000 з'єднань. У забрудненні повітря міст одне з провідних місць займає автотранспорт. Багато містах на вихлопні гази припадає 30%, а деяких - 50%. У Москві за рахунок автотранспорту в атмосферу надходить близько 96% CO, 33% NO 2 та 64% вуглеводнів.

За факторами впливу, їх рівнем, тривалістю дії та площею поширення природно-техногенні біогеохімічні провінції Уралу віднесені до територій з найбільшим ступенем екологічного неблагополуччя (Єрмаков В.В., 1999). Уральський регіон протягом останніх років займає лідируючу позицію за кількістю сумарних викидів в атмосферу шкідливих речовин. За даними А.А. Малигін і співавт., Забруднення повітря і води Урал займає перше місце в Росії, а по забруднення грунтів - друге. За інформацією Держкомстату Росії на частку Свердловської області в Уральському регіоні припадає 31% усіх шкідливих викидів і такий самий обсяг забруднених стічних вод. Частка Челябінської області у забрудненні регіону становить 25, Башкортостану – 20, Пермській області – 18%. На підприємствах Уралу розміщено 400 млн. тонн токсичних відходів усіх класів небезпеки.

Челябінська область є одним із найбільших у країні виробників чорних металів. У ній налічується 28 підприємств металургійного комплексу. Для забезпечення їх сировиною в області працює понад 10 гірничопереробних підприємств. Станом на 1993 рік на металургійних підприємствах області накопичено близько 180 млн. тонн доменних шлаків, 40 млн. тонн сталеплавильних та понад 20 млн. тонн шлаків виробництва ферохрому, а також значну кількість пилів і шламів. Встановлено можливість переробки відходів у різні будівельні матеріали для потреб народного господарства. У Челябінській області утворюється втричі більше

відходів душу населення, ніж у Росії. У відвалах області накопичено понад 2,5 млрд м 3 різних гірських порід, 250 млн тонн шлаків та золи ТЕС. З усього обсягу розкривних порід переробляється лише 3%. На металургійних підприємствах з 14 млн тонн шлаків, що щорічно утворюються, використовується тільки 40-42%, з них 75% доменних шлаків, 4% - сталеплавильних, 3% - феросплавних і 17% шлаків кольорової металургії, а золи ТЕС лише близько 1%. За даними І.А. Мякішева, в атмосферу м. Челябінська у 1997 році було викинуто 74 736 тонн газоподібних та рідких викидів.

Порушення мікро- та макроелементного гомеостазу в організмі визначається природно-техногенними забрудненнями біосфери, що призводить до формування широких ареалів техногенних мікроелементозів навколо територіально-промислових комплексів. Страждає на здоров'я не тільки людей, які беруть безпосередню участь у процесі виробництва, але й проживають по сусідству з підприємствами. Як правило, вони мають менш виражену клінічну картину і можуть набувати прихованої форми тих чи інших патологічних станів. Показано, що поблизу промислових підприємств, розташованих у місті серед житлових масивів, концентрації свинцю перевищують фонові значення у 14-50 разів, цинку – у 30-40 разів, хрому – в 11-46 разів, нікелю – у 8-63 рази.

Челябінськ входить до числа 15 міст Росії із стійко підвищеним рівнем забруднення атмосфери і посідає 12 місце. Аналіз екологічної ситуації та стану здоров'я населення м. Челябінська дозволив встановити, що за рівнем забруднення Челябінськ належить до «зон надзвичайної екологічної ситуації». Тривалість життя на 4-6 років менша порівняно з аналогічними показниками по Росії (див. рис. 10.6).

Жителі, які довго проживають в умовах природно-техногенного забруднення, піддаються впливу аномальних концентрацій хімічних елементів, що надають помітний впливна організм. Один із проявів - зміна складу крові, причиною якого є порушення надходження заліза, мікроелементів (Cu, Co) в організм, пов'язане як з низьким вмістом їх у продуктах харчування, так і з високим вмістом у їжі сполук, що перешкоджають абсорбції заліза в ШКТ.

При проведенні моніторингу за біологічними та ветеринарними параметрами в 56 господарствах різних регіонів Уралу (Донник І.М., Шкуратова І.А., 2001) було умовно виділено п'ять варіантів територій, що відрізняються за екологічною характеристикою:

Території, забруднені викидами великих промислових підприємств;

Території, забруднені внаслідок діяльності ВО «Маяк» довгоживучими радіонуклідами – Стронцієм-90 та цезієм-137 (Східно-Уральський радіоактивний слід – ВУРС);

Території, що зазнають навантаження від промислових підприємств та одночасно перебувають у зоні ВУРСа;

Геохімічні провінції з високим природним вмістом важких металів (Zn, Cu, Ni) у ґрунті, воді, а також аномальними концентраціями у підґрунтовому повітрі та воді радону-222;

Території відносно сприятливі в екологічному відношенні вільні від промислових підприємств.

11.2. ЕКОЛОГІЧНО-АДАПТИВНИЙ ПРИНЦИП СТІЙКОГО РОЗВИТКУ БІОСФЕРИ

Різноманітність грунтових і водних ресурсів Росії за агрохімічними та агрофізичними показниками та їх забруднення різноманітними природно-техногенними забруднювачами є бар'єром, що перешкоджає забезпеченню організму збалансованим мікро- та макроелементним складом у біологічно активній нетоксичній формі. Вивченням механізмів біологічної дії мікро- та макроелементів, а також токсичних додатків у медицині, тваринництві та рослинництві займається геохімічна екологія.

Основне завдання геохімічної екології - з'ясування процесів пристосування організмів до умов навколишнього середовища (адаптації), процесів міграції хімічних елементів, форм міграції та впливу техногенних процесів, вивчення точок застосування хімічних елементів середовища до обмінних процесів, виявлення причинних залежностей нормальних та патологічних реакцій організмів від факторів навколишнього середовища. У природних умовах та в експерименті становлять кінцеву мету цього розділу екології

(Ковальський В.В., 1991).

Геохімічна екологія - Це область системної екології, де основним фактором впливу служить хімічний елемент і поділяється на приватні напрямки по об'єкту впливу: геохімічна екологія людини, рослин та тварин.Сучасна екологія є інтегруючою наукою (Реймерс Н.Ф., 1990). Він проводить зв'язок екології з 28 природничими науками.

Техногенні забруднення довкілля впливають на тривалість життя населення. Нині народжуваність населення який завжди перевищує смертність. У разі Південного Уралу показник смертності становить 16 на 1000 чоловік населення (Шепелєв В.А., 2006).

Сучасна стадія еволюції біосфери є стадією корекції техногенної діяльності людини і початок появи розумних ноосферних технологій (Єрмаков В.В., 2003). Досягнення сталого розвитку залежить, передусім, від створення та освоєння екологічно прийнятних технологій у промисловості та сільському господарстві. Медицина та сільське господарство повинні переходити на стратегію адаптації до біосфери, згідно з якою слід враховувати біохімічні особливості території та основні екологічні принципи, що керують самовідтворенням живих систем. Еколого-адаптивний принцип - основний принцип, що дозволяє природним екосистемам невизначено довго підтримувати свій стабільний стан, полягає в тому, що відновлення та звільнення від відходів відбуваються в рамках біогеохімічного кругообігу хімічних елементів.Оскільки атоми не виникають, не перетворюються один на інший і не зникають, то вони можуть нескінченно використовуватися в харчових цілях, перебуваючи в різних сполуках і запас їх ніколи не вичерпається. Існував століттями кругообіг елементів включав тільки біогенні елементи. Однак вилучення з надр землі в останні десятиліття та розсіювання в біосфері невластивих живим організмам хімічних елементів призвели до того, що вони включаються до біогеохімічних циклів за участю людини та тварин.

З моменту проведення конференції ООН з навколишнього середовища та розвитку в Ріо-де-Жанейро у 1992 році сталий розвиток став основною перспективою для стратегії національного та міжнародного розвитку в галузі захисту навколишнього середовища. Стійкий розвиток є процесом змін, у якому експлуатація ресурсів, спрямування інвестицій, орієнтація технологічного розвитку мають бути у гармонії друг з одним задля забезпечення потреб людей, як у час, і у майбутньому. Стратегія сталого розвитку орієнтована задоволення основних потреб людей у ​​вигляді забезпечення економічного зростання всередині екологічних кордонів (див. на схемі), представлених однією з найважливіших аспектів у сфері екологічної медицини - проблеми екологічної реабілітації. Першим етапом стійкості -

ного розвитку є розробка конкретних проектів, які можуть перерости в потужну альтернативу нинішній моделі розвитку. У 2002 році проведено Міжнародна конференція«Стійкий розвиток Челябінська та регіону», на якій одним із пріоритетних визнано пілотного проекту із застосування фосфоровмісних комплексонатів металів. Найважливішим етапом екологічної реабілітації є розробка та впровадження системи профілактики виникнення техногенних аномалій. Маловідходні технології регенерації та утилізації промислових відходів, неорганічних кислот та солей перехідних металів із застосуванням хелатоутворюючих агентів для очищення виробничих розчинів з отриманням комплексонатів металів для медицини, сільського господарства та промисловості; технології очищення гідролізних кислот, що знизить обсяги стічних вод, твердих та газоподібних відходів, повинні знайти повсюдне впровадження. Дані інновації дозволять знизити обсяг стічних вод у 2 рази, сумарний вміст солей у 4-5 разів, титану, заліза та алюмінію у 10-13 разів, магнію у 5-7 разів. Технології дозволяють отримувати рідкісноземельні метали високого ступеня очищення (Жолнін А.В. та співавт., 1990).

Актуальність проблеми здоров'я людини та тварин у зв'язку з екологічною ситуацією очевидна. Вирішення цієї проблеми спрямоване на створення базису технологічних рішень, що реалізуються у вигляді компактних виробництв, продукція яких запускає компенсаторний механізм природних комплексів окремих біологічних видів. Такий підхід дозволяє використовувати потенційні можливості

природи шляхом оптимального саморегулювання, т. е. єдине вирішення проблем - це підвищення ефективності самозахисту біологічної системи та природного середовища від екологічно небезпечних факторів шляхом використання продуктів готових технологій, що запускають механізми самозахисту.

Перші біосферні дослідження виконані Жоржем Кюв'є (XIX ст.). Він уперше пов'язав еволюцію тваринного світу Землі з геологічними катастрофами. Це сприяло формуванню надалі уявлень про поєднання еволюційного і стрибкоподібного розвитку, а також боїгеохімічну єдність середовища проживання.

ня та живих організмів. Попри сучасні спроби класифікації хімічних елементів, ми дотримуємося кількісної характеристики, даної В.І. Вернадським та був А.П. Виноградовим. В даний час вчення про макро- та мікроелементи помітно еволюціонувало, а накопичені знання про властивості та біологічну роль хімічних елементів концентруються в новому науковому напрямі – «елементології», прообраз якої закладений у біоні органічної хімії(Жолнін А.В., 2003).

В умовах екологічного неблагополуччя перспективним напрямом є еколого-адаптивний принцип, метою якого є корекція станів дезадаптації з використанням адаптогенів м'якої дії, антиоксидантів, імунотропних засобів, що покращують стан функціональних систем, зайнятих біотрансформацією елементів, детоксикацією організму. Профілактика та корекція порушень обмінних процесів за допомогою фосфоровмісних комплексонатів металів дуже ефективна (Жолнін А. В., 2006). Засвоюваність мікро- та макроелементів підвищується до 90-95%. Застосування мікро- та макроелементів у формі неорганічних сполук недостатньо ефективне, оскільки вони перебувають у біологічно неактивній формі. Їх засвоюваність у даних умовах не більше 20-30%, у результаті потреба організму у мікро- і макроелементах не задовольняється навіть за досить дозованому і тривалому застосуванні. Аналіз взаємодії техносфери та біосфери дозволяє розглядати їх у сукупності як єдину систему- екосферу, в якій зосереджені всі сучасні соціо- та еколого-економічні проблеми. Принципи цілісності є дуже важливими для розуміння проблем сучасної екології, головними з яких є витривалість живої природи та залежність від неї людського суспільства. Людство має навчитися жити у злагоді з природою, з її законами і має вміти прогнозувати вплив наслідків своєї діяльності біологічні системи всіх рівнів, включаючи екосферу.

Виходячи з поданого короткого оглядуеколого-біогео-хімічної обстановки Росії не залишається жодних сумнівів у необхідності прийняття нового методологічного підходу до вивчення природно-аномальних та техногенних забруднень біосфери, різних за шляхами надходження в організм, токсичності, концентрації, форм, тривалості дії, біохімічних реакцій систем організму у відповідь на дія забруднювачів.

11.3. БІОГЕОХІМІЧНІ ПРОВІНЦІЇ

Наслідком техногенезу як потужного антропогенного чинника, що відбиває стан технології суспільства є вилучення (концентрування) одних хімічних елементів (Au, Ag, Pb, Fe) та розсіювання інших (Cd, Hg, As, F, Pb, Al, Cr) у біосфері чи поєднання обох процесів одночасно.

Локалізація та інтенсивність надходження техногенних потоків хімічних елементів зумовлюють формування техногенних аномалійі біогеохімічних провінцій(БДХП) з різним ступенем екологічної напруженості. У межах таких територій під впливом токсичних речовин у людини, тварин та рослин виникають патологічні порушення.

У сучасних умовахвсе зростаючого техногенного перетворення природи кардинальне значення має принцип адекватності використовуваних матеріалів та технологій продуктивності та ресурсів біосфери. Біогенна міграція хімічних елементів не є безмежною. Вона прагне максимального свого прояву у певних межах, відповідних гомеостазу біосфери як основну властивість її сталого розвитку.

Поняття «біогеохімічна провінція» запроваджено академіком А.П. Виноградовим: «Біогеохімічні провінції - області землі, які від сусідніх областей за вмістом у яких хімічних елементів і внаслідок цього викликають різну біологічну реакцію із боку місцевої флори і фауни». Внаслідок різкої недостатності або надмірності вмісту будь-якого елемента в межах даної БГХП виникає біогеохімічна ендемія- захворювання людини, рослин та тварин.

Території, у яких людина, тварини та рослини характеризуються певним хімічним елементним складом, називають біогеохімічними провінціями.

Біогеохімічні провінції – це таксони біосфери третього порядку – території різних розмірів у складі субрегіонів біосфери з постійними характерними реакціями організмів (наприклад, ендемічними захворюваннями). Патологічні процеси, спричинені дефіцитом, надлишком та дисбалансом мікроелементів в організмі О.П. Авцин (1991) назвав мікроелементоз.

Нерівномірне поширення хімічних елементів у просторі є характерною властивістю геохімічної структури земної кори. Значні та стабільні відхилення змісту

будь-якого елемента у певному регіоні називаються геохімічними аномаліями.

Для характеристики неоднорідності хімічних елементів у земній корі В.І. Вернадський використав кларк концентраціїДо:

де А - вміст елемента в гірській породі, руді та ін; До середовища - середнє значення кларка елемента у земній корі.

Середнє значення кларка елемента в земній корі характеризує так званий геохімічні фону.Якщо кларк концентрації більше одиниці, це вказує на збагачення елементом, якщо менше означає зниження його вмісту в порівнянні з даними для земної кори в цілому. Місцевості з однотипними аномаліями поєднуються в біогеохімічні провінції. Біогеохімічні провінції можуть бути як збіднені будь-яким елементом(До до< 1), так і збагачені їм(Кк> 1).

Розрізняють два роди біогеохімічних провінцій - природні та техногенні. Техногенні провінції утворюються внаслідок розробки рудних родовищ, викидів металургійної та хімічної промисловості, застосування добрив сільському господарстві. Природні біогеохімічні провінції утворюються внаслідок діяльності мікроорганізмів, тому слід звертати увагу до роль мікроорганізмів у створенні геохімічних особливостей довкілля. Дефіцит та надлишок елементів можуть призводити до формування біогеохімічних провінцій, обумовлених як недоліком елементів (йодні, фторидні, кальцієві, мідні та інші провінції), так і їх надлишком (борні, молібденові, фторидні, нікелеві, берилієві, мідні та ін.). Цікава та важлива проблема дефіциту брому всередині континентальних областей, гірських районів та надлишку брому у прибережних та вулканічних ландшафтах.

З біогеохімічної позиції ряд зон екологічної напруженості можна розглядати як біогеохімічні провінції - локальні ділянки біосфери - з різкою зміною хімічного елементного складу середовища та організмів з порушенням локальних біогеохімічних циклів життєво важливих хімічних елементів, їх сполук, асоціацій та проявом патологічних. Класифікацію біогеохімічних провінцій за екологічним станом територій розглянуто у розділі.

Відповідно до генези БГХП поділяються на первинні, вторинні, природні, природно-техногенні та техногенні, а тери-

торіально вони можуть бути зональними, азональними в межах регіону та субрегіону.Екологічний аналіз БГХП відповідно до факторів впливу та площі поширення показує, що найбільш екологічно неблагополучними в Росії є такі азональні та субрегіональні провінції:

Поліметалічні з домінуючими асоціаціями Cu-Zn, Cu-Ni, Pb-Zn, Cu-Ni-Co (Південний Урал, Башкортостан, Чара, Норильськ, Медногорськ);

Нікелеві провінції (Норільськ, Мончегорськ, Нікель, Полярний, Заполяр'я, Тува);

Свинцеві (Алтай, Кавказ, Забайкалля);

Ртутні (Алтай, Саха, Кемеровська область);

З надлишком фтору (Кіровськ, Східне Забайкалля, Красноярськ, Братськ);

Субрегіональні провінції з високим вмістом бору та берилію (Південний Урал).

З природних та природно-техногенних біогеохімічних провінцій з надлишком у середовищі та організмах тварин міді, нікелю та кобальту слід зазначити низку локальних територій Уралу. Ці провінції привертали увагу вчених ще 50-ті роки 20-го століття. Пізніше Південно-Уральський субрегіон біосфери було вивчено більш детально. Він виділений в самостійний біогеохімічний таксон на підставі наступних факторів: наявності різнорідних металогенних поясів - міднорудних і змішано-міднорудних, що збагачують ґрунти такими мікроелементами, як Cu, Zn, Cd, Ni, Co, Mn, що призводить до різних реакцій організму на надлишок цих елементів , і географічне положеннясубрегіону біосфери, що характеризується кліматичною єдністю. Експлуатація Cu-Zn та Ni-Co родовищ субрегіону біосфери протягом майже століття призвела до утворення техногенних провінцій, що виділяються на рівні сучасного геохімічного стану біосфери.

У даному субрегіоні виділено Баймакську мідно-цинкову біогеохімічну провінцію (Баймак, Сібай), а також Юльдибаївську та Халілівську Ni-Co-Cu-провінції. У пасовищних рослинах першої провінції концентрація міді та цинку в рослинах пасовищ варіює в межах 14-51 (мідь) та 36-91 (цинк) мг/кг сухої речовини. Вміст металів у рослинах інших провінцій становить: 10-92 (нікель), 0,6-2,4 (кобальт), 10-43 (мідь) мг/кг. У південних районах Челябінської області вміст селену в ґрунтах та рослинах

дуже низька (0,01-0,02 мг/кг), тому в цих районах відмічено захворювання тварин на біломишкову хворобу.

У районах Челябінської області (Нагайбакському, Аргаяському, околицях міст Пласту, Киштима, Карабаша) у ґрунті, воді та кормах вміст селену високий - до 0,4 мг/кг і більше (Єрмаков В.В., 1999). Концентрації металів у рослинах, які ростуть у зоні металургійних підприємств (Медногірськ), мабуть, більш значні. Враховуючи часті випадки серед тварин мідних і нікелевих токсикозів (мідна жовтяниця, гіперкупроз, нікелевий екзематозний дерматоз, нікелевий кератоз, некроз кінцівок) та біогеохімічні критерії по нікелю, розглянуті біогеохімічні провінції можна віднести до 9; Грибовський Г.П., 1995).

На Уралі є геохімічні аномалії Золоторудних зон, що характеризуються природним виходом солей важких металів у ґрунт та воду. У цих зонах природний вміст миш'яку досягає 250 ГДК, свинцю 50 ГДК, підвищено вміст ртуті, хрому у ґрунтах. Зона Соймановської долини від м. Міасса до м. Киштима, включаючи м. Карабаш, багата на виходи на поверхню ґрунтового шару міді, цинку, свинцю, що досягають понад 100 ГДК. Уздовж усієї області тягнуться виходи кобальту, нікелю, хрому, створюючи часом до 200 ГДК для ґрунтів сільськогосподарських угідь. Особливості природних і техногенних аномалій на Південному Уралі формують на його території геохімічні провінції, елементний склад яких здатний впливати на елементний склад питної води, тварин, рослин і людини.

Вивчення техногенних провінцій - нова виключно складна наукова задача, вирішення якої необхідне для загальної екологічної оцінки функціонування біосфери в сучасну епоху та пошуку більш раціональних технологій. Складність проблеми полягає у необхідності диференціації техногенних та природних потоків та форм міграції хімічних елементів, взаємодії техногенних факторів, прояви в організмів непередбачених біологічних реакцій. Слід нагадати, що саме цей науковий напрямок поряд з геохімічною екологією сприяв у нашій країні розвитку вчення про мікро- та макроелементний гомео-стаз та їх корекцію. За В.І. Вернадському, провідним фактором біосфери є хімічний - «Підходячи геохімічно і до вивчення геологічних явищ, ми охоплюємо всю навколишню природу в тому самому атомному аспекті». Під його впливом сформовано-

валася нова галузь знання - «геохімічне середовище та здоров'я»

(Ковальський Ст Ст, 1991).

У Карталінському та Брединському районах Челябінської області у великої рогатої худоби поширена епідемічна остеоди-строфія, спричинена порушеннями фосфорно-кальцієвого обміну. Причиною захворювання є надлишок стронцію, барію та нікелю. Усунення дефіциту кальцію та фосфору дозволяє усунути захворювання. У Соснівському районі Челябінської області у великої рогатої худоби виявлено дефіцит міді, цинку, марганцю та йоду. Біологічні системи багатьох територій Челябінської області мають високий вміст заліза. Відповідно підвищується біотична концентрація міді, марганцю та вітаміну Е у кормовому раціоні тварин. Отже, надлишок заліза може призвести до розвитку дефіциту вказаних елементів в організмі з клінічними проявами. Наприклад, порушується репродуктивна функція організму.

Отримані дані показують актуальність зонального картування територій за біогеохімічним принципом із складанням бази даних екологічного портрета населення, сільськогосподарських тварин та рослин. Нагромадження статистичних знань дозволить можливість перейти до реалізації еколого-адаптивного принципу, тобто. до розробки та впровадження комплексу регіональних заходів щодо усунення дезадаптації біологічних систем на територіях різного ступеня токсичного та прооксидантного пресингу. Така інформація буде затребувана не лише медичними установами, а й станціями екологічного моніторингу, санаторно-курортними установами, демографічними службами, інститутами та організаціями агропромислового комплексу.

11.4. ЕНДЕМІЧНІ ЗАХВОРЮВАННЯ

Поряд із захворюваннями, зумовленими антропогенними факторами забруднення навколишнього середовища (техногенними), існують захворювання, пов'язані з особливостями біогеохімічних провінцій (природно-аномальні).

Захворювання та синдроми, в етіології яких головну роль відіграє нестача біогенних (есенціальних)елементів або надлишок як біогенних, так і токсичних мікроелементів, а також їх дисбаланс, у тому числі аномальні співвідношення мікро- та макроеле-

ментів, представлені робочою класифікацією мікроелементозів людини (табл. 11.1).

Встановлено, що в деяких біогеохімічних провінціях буває надлишок або нестача певних мікроелементів, не забезпечується збалансоване мінеральне харчування організму, що призводить до виникнення захворювань на цій території.

Захворювання, що викликаються надлишком або нестачею елементів у певній зоні, називають ендемічними захворюваннями.Вони мають характер ендемій. Симптоми захворювань - гіпомікроелементозів - представлені в табл. 11.2.

Таблиця 11.1.Мікроелементози людини

Таблиця 11.2.Характерні симптоми дефіциту хімічних елементів в організмі людини

Як випливає з таблиці, за нестачі заліза в організмі розвивається анемія, оскільки воно входить до складу гемоглобіну крові. Добове надходження в організм цього елемента має бути 12 мг. Однак надлишок заліза викликає сидероз очей та легень, що пов'язано з відкладенням сполук заліза у тканинах цих органів на Уралі у гірських районах Сатки. У Вірменії у ґрунтах підвищений вміст молібдену, тому 37% населення страждає подагрою.Недолік в організмі міді призводить до деструкції кровоносних судин, патологічного зростання кісток, дефектів у сполучній тканині. Крім того, дефіцит міді сприяє раковим захворюванням у людей похилого віку. Надлишок міді в органах (гіпермікроелементоз) призводить до порушення психіки та паралічу деяких органів. (Хвороба Вільсона).Дефіцит міді викликає захворювання мозку у дітей (синдром Менієса),оскільки у мозку бракує цитохромоксидази. На Уралі дефіцит йоду в їжі – від нестачі йоду розвивається базедова хворобаУ Забайкаллі, Китаї, Кореї населення уражається артрозами, що деформують. (Рівська хвороба).Особливість хвороби - розм'якшення та викривлення кісток. Ґрунти цих територій мають підвищене

зміст Sr, Ba та знижений Со, Са, Cu. Встановлено існування кореляції між зниженим вмістом Са та підвищеним вмістом Sr, аналога кальцію, який більш хімічно активний. Тому порушується Са-Sr обмін у кістковій тканині при рівській хворобі. Відбувається внутрішній перерозподіл елементів, кальцій витісняється стронцієм. В результаті розвивається стронцієвий рахіт. Заміна одних елементів іншими обумовлена ​​близькістю їх фізико-хімічних характеристик (радіус іона, енергія іонізації, координаційне число), різницею їх концентрацій та хімічної активності. Натрій заміщується літієм, калій – рубідієм, барієм, молібден – ванадієм. Барій, маючи однаковий радіус із калієм, конкурує у біохімічних процесах. В результаті такої взаємозамінності розвивається гіпокаліємія. Іони барію, проникаючи в кісткові тканини, викликають ендемічне захворювання. Папінг.

11.5. МОЖЛИВІ ВИПАДКИ ПОРУШЕННЯ МЕТАЛОЛІГАНДНОГО ГОМЕОСТАЗУ ОРГАНІЗМУ

Для організму характерна підтримка постійному концентрації іонів металів і лігандів, тобто. підтримка метало-лігандної рівноваги (металолігандного гомеостазу). Порушення його можливе з низки причин.

Перша причина.В організм надходять іони токсиканту (Мт) з довкілля (Be, Hg, Со, Ті, Pb, Sr та ін.). Вони утворюють міцніші комплексні сполуки з біолігандами, ніж біометали. В результаті більш високої хімічної активності і меншої розчинності сполук, що утворюються у вузлах кристалічної решітки поряд з гідроксидфосфатом кальцію Са 5 (РО 4) 3 ВІН і замість нього можуть осаджуватися сполуки та інших металів, близьких за властивостями до кальцію (ізоморфізм): берилію, кадмію, барію, стронцію. У цьому конкуруючому комплексоутворенні за фосфат іон вони виграють у кальцію.

Присутність навіть невеликих концентрацій важких металів у довкіллі викликає патологічні зміни в організмі. Гранично допустима концентрація сполук кадмію в питну водудорівнює 0,01 мг/л, берилію - 0,0002 мг/л, ртуті - 0,005 мг/л, свинцю - 0,1 мг/л. Іони берилію порушують процес включення кальцію в кісткову тканину, викликаючи її розм'якшення, що призводить до бериліозу (бериллієвого рахіту). Заміщення іонів кальцію

стронцієм призводить до утворення менш розчинної сполуки Sr 5 (PO 4) 3 OH. Особливо небезпечним є заміщення іонів кальцію іонами радіонукліду стронцію-90. Радіонуклід, включаючись у кісткову тканину, стає внутрішнім джерелом опромінення, що призводить до розвитку лейкемії, саркоми.

Іони Hg, Pb, Fe є м'якими кислотами, і з іонами сірки утворюють міцніші сполуки, ніж іони біометалів, що є жорсткими кислотами. Таким чином, виникає конкуренція за ліганд -S-Н між токсикантом та мікроелементом. Перший виграє конкуренцію, блокуючи активні центри ферментів та виключаючи їх із управління метаболізмом. Метали Hg, Pb, Bi, Fe та As називають тіоловими отрутами. З'єднання миш'яку (V) і особливо миш'яку (III) дуже токсичні. Хімізм токсичності можна пояснити здатністю миш'яку блокувати сульфгідрильні групи ферментів та інших біологічно активних сполук.

Друга причина.В організм надходить мікроелемент, необхідний для життєдіяльності організму, але в значно більших концентраціях, що може бути пов'язане з особливостями біогеохімічних провінцій або результатом нерозумної діяльності людини. Наприклад, для боротьби зі шкідниками винограду використовуються препарати, діючим початком яких є іони міді. В результаті в ґрунті, воді та винограді підвищений вміст іонів міді. Підвищений вміст міді в організмі призводить до ураження низки органів (запалення нирок, печінки, інфаркту міокарда, ревматизм, бронхіальна астма). Захворювання, спричинені підвищеним вмістом міді в організмі, називають гіперкупреміями. Має місце та професійний гіперкупреоз. Надлишковий вміст заліза в організмі призводить до розвитку сидерозу.

Третя причина.Порушення балансу мікроелементів можливе внаслідок ненадходження або недостатнього надходження, що також може бути пов'язане з особливостями біогеохімічних провінцій або виробництвом. Наприклад, майже дві третини території нашої країни характеризуються недоліком йоду, зокрема, у гористих місцевостях, по долинах річок, це викликає ендемічне збільшення щитовидної залози та зоба у людей та тварин. Профілактичне йодування сприяє запобіганню ендемії та епізоотії.

Нестача фтору призводить до флюорозу. У місцях видобутку нафти спостерігається дефіцит іону кобальту.

Четверта причина.Підвищення концентрації токсичних частинок, що містять азот, фосфор, кисень і сірку, здатні утворювати міцні зв'язки з іонами біометалів (СО, CN -, -SH). У системі кілька лігандів та один іон металу, здатний утворювати комплексне з'єднання з цими лігандами. У цьому спостерігаються конкуруючі процеси - конкуренція між лігандами за іон металу. Переважним буде процес утворення найміцнішого комплексу. M6L6 + Lт – MбLт + Lб, де Мб – іон біогенного металу; Lб – біоліганд; Lт – токсичний ліганд.

Комплекс утворює ліганд, що володіє більшою комплексоутворюючою здатністю. Крім того, є можливість утворення різнолігандного комплексу, наприклад, іон заліза (II) у гемоглобіні утворює з монооксидом вуглецю СО комплекс, який у 300 разів міцніший, ніж комплекс з киснем:

Токсичність монооксиду вуглецю пояснюється з погляду конкуруючого комплексоутворення, можливості усунення ліган-дообмінної рівноваги.

П'ята причина.Зміни ступеня окиснення центрального атома мікроелемента або зміни конформаційної структури біокомплексу, зміни його здатності до утворення водневих зв'язків. Наприклад, токсична дія нітратів і нітритів проявляється і в тому, що під їх впливом гемоглобін перетворюється на метгемоглобін, який не здатний транспортувати кисень, що призводить до гіпоксії організму.

11.6. ТОКСИЧНІ ТА НЕТОКСИЧНІ ЕЛЕМЕНТИ. ПОЛОЖЕННЯ ЇХ У ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ Д. І. МЕНДЕЛЄЄВА

Умовно елементи можна поділити на токсичні та нетоксичні. Токсичні елементи - хімічні елементи, які негативно впливають на живі організми, яке проявляється тільки при досягненні деякої концентрації та форми, що визначається природою організму. Найбільш токсичні елементи розташовані в періодичній системі компактно у 4,5 та 6 періодах (табл. 11.3).

За винятком Be та Ba ці елементи утворюють міцні сульфідні сполуки. Солі міді, срібла, золота взаємодіючи з сульфідами лужних металів з водородсульфідом з утворенням нерозчинних сполук. Катіони цих металів взаємодіють із речовинами, до складу яких входять групи, що містять сірку. Токсичність сполук міді обумовлена ​​тим, що іони міді взаємодіють із сульфгідрильними групами -SH (зв'язування білків) та аміногрупами -NH 2 (блокування білків). При цьому утворюються біокластери хелатного типу. Ртуті амінохлорид може взаємодіяти в біологічних системахз сульфгідрильними групами білків за реакцією:

Таблиця 11.3.Положення токсичних елементів у періодичній системі Д. І. Менделєєва

Існує думка, що основна причина токсичної дії пов'язана з блокуванням певних функціональних груп або витісненням з деяких ферментів іонів металів, наприклад Cu, Zn. Особливою токсичністю та поширеністю відрізняються Hg, Pb, Be, Co, Cd, Cr, Ni, які конкурують у процесі комплексоутворення з біометалами та можуть їх витісняти з біокомплексів:

де Мб – іон біогенного металу; Мт – іон токсичного елемента; Lб – біоліганд.

Токсичність визначають як міру будь-якого аномального зміни функції організму під впливом хімічного агента. Токсичність є порівняльною характеристикою, ця величина дозволяє зіставити отруйні властивості різних речовин(Табл. 11.4). Біогенні елементи забезпечують підтримку динамічної рівноваги процесів життєдіяльності організму. Токсичні елементи, а також надлишок біогенних елементів можуть викликати незворотні

зміни динамічної рівноваги у біологічних системах, що призводять до розвитку патології.

Таблиця 11.4.Порівняльна токсичність іонів металів

Елементи поширені в органах, тканинах та клітинах нерівномірно. Це залежить від хімічних властивостей елемента, шляхи його надходження та від тривалості дії.

Пошкоджуюча дія речовини проявляється на різних структурних рівнях: молекулярному, клітинному та на рівні організму. Найбільш важливі аномальні ефекти відбуваються на молекулярному рівні: пригнічення ферментів, незворотні конформаційні зміни макромолекул і як наслідок зміна швидкості метаболізму та синтезу, виникнення мутацій. Токсичні прояви залежать від концентрації та дози речовини. Дози можуть бути якісно поділені на категорії за ступенем зростання ефекту:

1) без помітних ефектів;

2) стимуляція;

3) терапевтичний ефект;

4) токсичний або ушкоджуючий ефект;

5) летальний результат.

Стимуляцію та терапевтичні ефекти можуть викликати не всі речовини. Максимальну токсичність виявляють найбільш хімічно активні частинки, координаційно ненасичені іони, до яких слід віднести іони вільних металів. Накопичені токсикологією відомості переконливо показують, що токсичність неорганічних сполук металів – оксидів та солей – є функцією токсичності металів в елементарній формі. Таким чином, окислення не надає вирішального впливу на токсичність, а лише змінює тією чи іншою мірою її ступінь. Всі оксиди металів менш отруйні, ніж їх солі, причому зі збільшенням токсичності елемента різниця ступеня токсичності між оксидами та солями зменшується. Зниження електрофільних властивостей іона відповідно призводить до зниження його токсичного на організм.

Хелатування вільних іонів металу полідентатними лігандами перетворює їх на стійкі, більш координаційно насичені частинки, нездатні зруйнувати біокомлекси, а отже, малотоксичні. Вони мембранопроникні, здатні до транспортування та виведення з організму. Отже, токсичність елемента визначається його природою, дозою та молекулярною формою, у складі якої знаходиться елемент. Отже, немає токсичних елементів, є лише токсичні концентрації та форми.

Токсична дія сполук різних структурних рівнях проявляється нерівномірно. Структури, у яких кумуляція елемента максимальна, піддаються найбільшої токсичної дії. У зв'язку з цим запроваджено поняття критичної концентрації для клітини та органу, критичний ефект (Єршов Ю.А., Плетньова Т.В., 1989).

Таблиця 11.5.Біогеохімічні властивості техногенних забруднювачів навколишнього середовища, які найбільш широко використовуються у виробничій діяльності (за А.Р. Таїровою, А.І. Кузнєцовим, 2006)

Примітка: В – висока; У-помірна; Н – низька.

Критичною концентрацією елемента для клітини називається така мінімальна концентрація, при досягненні якої у клітині відбуваються аномальні функціональні зміни – оборотні чи незворотні.Існування критичної концентрації токсичного елемента для клітини пов'язане з наявністю в клітині певного резерву регулювання функцій та вказує на існування в організмі клітинного гомеостазу токсичної дії елемента.

Критичною концентрацією елемента органу називається така середня концентрація, при досягненні якої спостерігається порушення його функції.Критична концентрація для органу може бути значно більшою або меншою від критичної концентрації для окремої клітини. Критичним за цим елементом органом називається перший із органів, у якому елемент досяг критичної концентрації за даних умов (Гігієнічні критерії ВООЗ, 1981). У ряді випадків правильніше говорити не про орган, а про критичну систему (фермент, органела, клітина, орган, функціональна система).

Встановити характер залежності концентрації елемента від сумарної дози дозволяють токсико-кінетичні моделі (Філон А.А., 1973; Соловйов В.М. та ін, 1980).

Мал. 11.1.Загальна токсико-кінетична модель проходження не органічних речовинчерез організм (Єршов Ю.А., Плетєнєва Т.В., 1989)

Такі моделі відображають кінетику надходження хімічних агентів в організм, їх перетворення, всмоктування та виведення з організму.

(Рис. 11.1).

Токсичні ефекти деяких елементів представлені у табл. 11.6.

Продовження табл. 11.6Таблиця 11.6.Ефекти токсичності деяких хімічних елементів

Закінчення табл. 11.6

Примітка. Ефекти токсичності елементів використовувати під час розгляду медико-біологічного значення хімічних елементів.

Мікроелементологія вивчає два кола проблем. По-перше, це інтервали концентрації, форми сполук мікроелементів та умови, в яких проявляється біогенний ефект, значення якого порівняно із значенням вітамінів, що не синтезуються в організмі, але є незамінними нутрієнтами. При гіпомікроелементозах - захворюваннях, викликаних дефіцитом МЕ, виникають хвороби недостатності. По-друге, межі токсичності, кумулятивні ефекти мікроелементів як забруднювачів довкілля.

При різноманітних формах контакту організмів з цими елементами виникають хвороби та синдроми інтоксикації - токсикопатії. Складність проблеми полягає не тільки в тому, що прояви недостатності та інтоксикації вкрай різноманітні, але й у тому, що самі есенціальні МЕ за певних умов викликають токсичні реакції, а полютанти за певної дози та експозиції можуть виявитися корисними. (Реверсивний ефект).Це тісно стикається з їх взаємовпливом, який може бути як синергічним, так і антагоністичним. Багато в мікроелементології, особливо в проблемі дисбалансу МЕ в організмі, ще недостатньо досліджено.

11.7. МЕХАНІЗМИ ЗАХИСТУ ВНУТРІШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА ОРГАНІЗМУ ВІД КСЕНОБІОТИКІВ

Природа виявила велику турботу про підтримку метало-гандного гомеостазу організму, про збереження чистоти внутрішнього середовища організму. Забезпечити видалення відходів часом навіть важливіше, ніж нагодувати клітину. Поживні речовини доставляє одна система – кровоносна, а відходи видаляють дві – кровоносна та лімфатична. Дрібне «сміття» ніби йде прямо в кров, а велике - в лімфу. У лімфатичних вузлах лімфа очищається від токсичних відходів.

Існують такі механізми захисту внутрішнього середовища організму.

1. Бар'єри, що заважають ксенобіотикам увійти у внутрішнє середовище організму та особливо важливі органи (мозок, статеву та деякі інші залози внутрішньої секреції). Ці бар'єри утворені одноабо багатошаровими пластами клітин. Кожна клітина одягнена мембраною, непроникною для багатьох речовин. Роль бар'єрів у тварин та людини виконують шкіра, внутрішня поверхня шлунково-кишкового тракту та дихальних шляхів. Якщо ксенобіотик проникає у кров, то у центральній нервової системи, залозах внутрішньої секреції його зустрінуть гістогематичні бар'єри, тобто. бар'єри між тканиною та кров'ю.

2.Транспортні механізми забезпечують виведення ксенобіотиків із організму. Вони виявлені у багатьох органах людини. Найбільш потужні знаходяться в клітинах печінки та ниркових канальцях. Особливі утворення виявлені в шлуночках головного мозку, які переміщують чужорідні речовини з ліквору (рідина,

омиває мозок) у кров. Є два види виведення ксенобіотиків: ті, що очищають внутрішнє середовище всього організму, і ті, що підтримують чистоту внутрішнього середовища одного органу. Принцип роботи системи виведення однаковий: транспортні клітини утворюють шар, одна сторона якого межує із внутрішнім середовищем організму, а інша із зовнішнім. Мембрана клітин не пропускає ксенобіотики, але в цій мембрані є білок-переносник, який упізнає «шкідливу» речовину та переводить її у зовнішнє середовище. Аніони виводяться одним видом переносників, а катіони – іншим. Описано понад двісті переносників, комплексонати s-елементів відносяться до їх числа. Але транспортні системи не всесильні. При високій концентрації отрути в крові вони не встигають повністю утилізувати токсичні частинки і на допомогу приходить третій механізм захисту.

3.Ферментативні системи, які перетворюють ксенобіотики на сполуки, менш токсичні та легше видаляються з організму. Вони каталізують процеси взаємодії ксенобіотика з молекулами інших речовин. Продукти взаємодії легко видаляються з організму. Найбільш потужні ферментативні системи перебувають у клітинах печінки. У більшості випадків вона може справлятися з цим завданням та знешкоджувати небезпечні речовини.

4. Тканинне депо, де ніби під арештом, можуть накопичуватися нейтралізовані ксенобіотики та зберігатися там тривалий час. Але це не засіб повного захисту від ксенобіотиків в екстремальних умовах.

Саме тому виникла думка штучно створити системи захисту, аналогічні найкращим зразкам природних біологічних систем.

11.8. ДЕЗИНТОКСИКАЦІЙНА ТЕРАПІЯ

Дезінтоксикаційна терапія - це комплекс лікувальних заходів, що мають на меті виведення отрути з організму або знешкодження отрути за допомогою антидотів. Речовини, що усувають наслідки дії отрут на біологічні структури та інактивуючі отрути за допомогою хімічних реакцій, називають антидотами.

Розвиток фізико-хімічної біології створило можливості розробки та застосування різноманітних методів очищення організму від токсичних молекул та іонів. Для дезінтоксикації організму застосовують методи діалізу,сорбційні та хімічні реакції. Діаліз

відносять до ниркових методів. При гемодіалізі кров від діалізату відокремлюється напівпроникною мембраною, і токсичні частинки крові пасивно переходять через мембрану в рідину відповідно до градієнта концентрації. Застосовують компенсаційний діаліз, вивідіаліз. Сутність компенсаційного діалізу полягає в тому, що рідина в діалізаторі відмивається не чистим розчинником, а розчинами з різними концентраціями речовин. На принципі компенсаційної вивідифузіїбув сконструйований апарат, який отримав назву «штучна нирка»,за допомогою якої можна очищати кров від продуктів обміну речовин та, отже, тимчасово захищати функцію хворої нирки. Показанням до застосування «штучної нирки» є гостра ниркова недостатність при уремії після переливання крові, опіках, токсикозі вагітності і т.д. Моделювання природних механізмів детоксикації крові у різних сорбційних пристроях з використанням вуглецевих сорбентів, імуносорбентів, іонообмінних смол та інших називається гемосорбцією. Вона так само, як і її різновиди плазмо- та лімфосорбція, використовується для видалення з крові різних токсичних речовин, вірусів, бактерій. Створено високоспецифічні сорбенти на конкретні метаболіти, іони, токсини. Вони мають унікальну здатність видаляти з організму гідрофобні великомолекулярні сполуки, серед яких багато високотоксичних і баластових речовин (холестерин, білірубін та ін.). Сорбційні методи дозволяють впливати на імунореактивність організму шляхом видалення імуноглобулінів, комплементу, комплексів антиген-антитіло.

З сорбційних методів знайшла широке застосування ентеросорбція. Ентеросорбція- метод, заснований на зв'язуванні та виведенні із ШКТ з лікувальною або профілактичною метою ендогенних та екзогенних речовин, надмолекулярних структур та клітин. Ентеросорбенти -лікувальні препарати різної структури - здійснюють зв'язування екзо- та ендогенних речовин у ШКТ шляхом адсорбції, абсорбції, іонообміну та комплексоутворення.

Класифікуються ентеросорбенти по хімічної структури: активоване вугілля, силікагелі, цеоліти, алюмогелі, алюмосилікати, оксидні та інші неорганічні сорбенти, харчові волокна, орга-номінеральні та композиційні сорбенти.

Бактеріальні токсини, біоактивні кишкові пептиди, токсичні метаболіти, радіонукліди видаляються з організму методом ентеросорбції за допомогою вугільних сорбентів або вуглець-мінеральних сорбентів з позитивно зарядженою поверхнею. Використовується в комплексній

терапії низки захворювань: псоріазу, бронхіальної астми, шлунково-кишкових захворювань. Хороші результати дала плазмосорбція, що поєднує два способи детоксикації: гемосорбцію та плазмаферез.

Один із найважливіших напрямів вирішення проблеми детоксикації організму - розробка та застосування штучних органів очищення: «штучна нирка» та «допоміжна печінка». Апарат «Допоміжна печінка», розроблений професором В.Є. Рябініним, бере на себе велику частину роботи з детоксикації організму та покращення обміну речовин. Ним створено препарат, виготовлений із свинячої печінки, який взаємодіє із кров'ю пацієнта через напівпроникну мембрану. Дія препарату ґрунтується на принципах функціонування цитохрому Р 450 . Він зберігає свою функціональну активність при безперервній роботі в печінці 6-8 год. Вже через годину після початку експерименту з крові видаляється до 84% аміаку, а через дві години – 91%. Даний метод може застосовуватися при гострих та хронічних захворюваннях печінки, інфекційних захворюваннях, при травмах та опіках.

Одним з найбільш широко застосовуваних, доступних і простих методів детоксикації є хімічний метод. Хімічні методи біотрансформації «шкідливих» для організму часток дуже різноманітні:

1) знешкодження токсиканту шляхом хімічного взаємодії із нею, тобто. безпосередньої дії на токсичну частинку;

2) усунення токсичного ефекту шляхом впливу ферменти, рецептори організму, які управляють фізіологічними процесами утилізації токсикантів в організмі, тобто. опосередкований вплив на токсикант.

Речовини, що використовуються як детоксиканти, дозволяють змінити склад, розмір, знак заряду, властивості, розчинність токсичної частинки, перетворити її на малотоксичну, купірувати її токсичну дію на організм, вивести її з організму.

З хімічних методів детоксикації широко використовується хелато-терапія, заснована на хелатуванні токсичних частинок комплексона-тамі s-елементів. Хелатуючі агенти забезпечують детоксикацію організму шляхом їхньої безпосередньої взаємодії з токсикантом, утворення пов'язаної, міцної форми, що підходить для транспортування та виведення з організму. Таким є механізм детоксикації іонів важких металів тетацином, тримефацином.

Для детоксикації використовують і реакції осадження. Найпростішим протиотрутом іонів барію, стронцію є водний розчин сульфату натрію. Окисно-відновні реакції також при-

змінюють для детоксикації. З солями важких металів тіосульфат натрію дає погано розчинні сульфіди, і його застосовують як антидот при отруєннях важкими металами:

Тіосульфат-іон віддає атом сірки ціанід-іону, тим самим перетворюючи його на нетоксичний роданід-іон:

Як протиотрути сполук важких металів застосовують і водні розчини сульфіду натрію, так зване лужне сірководневе пиття. В результаті утворення малорозчинних сполук токсичні іони ізолюються та виводяться із шлунково-кишкового тракту. При отруєнні сірководнем потерпілому дають подихати зволоженим хлорним вапном, з якого виділяється невелика кількість хлору. При отруєнні бромом дають вдихати пари аміаку.

Руйнівними для білків є біотрансформації, пов'язані з дією сильних окислювачів, які переводять сполуки сірки до окислення +6. Такі окислювачі, як, наприклад, пероксид водню, окислюють дисульфідні містки та сульфгідрильні групи білків у сульфогрупи R-SO 3 H, що означає їх денатурацію. При променевому ураженні клітин змінюється їх окислювально-відновний потенціал. Для збереження потенціалу як радіопротектора - препарату, що оберігає організм від променевого ураження, - застосовують р-меркаптоетиламін (меркамін), окислення якого активними формами кисню при радіолізі води призводить до утворення цистаміну:

Сульфідна група може брати участь у гемолітичних процесах із утворенням малореакційноздатних радикалів R-S. Ця властивість меркаміна також служить захистом від дії вільнорадикальних частинок - продуктів радіолізу води. Отже, рівновага тіол дисульфід пов'язане з регуляцією активності ферментів та гормонів, пристосуванням тканин до дії окислювачів, відновників та радикальних частинок.

В інтенсивній терапії ендотоксикозів використовуються спільно хімічні методи(протектори, антидоти) та еферентні методи

детоксикації – плазмаферез з непрямим електрохімічним окисленням крові та плазми. Даний комплекс методів лежить в основі конструкції апарату «печінка-нирка», який вже знаходить застосування у клініці.

11.9. ПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОПРОВІРКИ ПІДГОТОВЛЕНОСТІ ДО ЗАНЯТТІВ І ЕКЗАМЕН

1. Дати поняття про біогеохімічні провінції.

2.На чому ґрунтується застосування комплексонатів s-елементів як лікувальних препаратів при отруєнні сполуками важких металів?

3.Фізико-хімічні основи біотоксичної дії (Pb, Hg, Cd, нітритів та нітрозамінів).

4. Механізм токсичної дії іонів важких металів на основі теорії жорстких та м'яких кислот та основ.

5.Принципи хелатотерапії.

6.Детоксикаційні препарати для хелатотерапії.

7. Які властивості сполук азоту визначають їхню токсичну дію на організм?

8. Які властивості перекису водню визначають її токсичну дію?

9.Чому тіолсодержащие ферменти незворотно «отруюються» іонами Cu 2+ , Ag + ?

10.Який можливий хімізм протитоксичної дії Na 2 S 2 O 3 5H 2 O при отруєнні сполуками ртуті, свинцю, синильною кислотою?

11. Дайте визначення геохімічної екології, екологічного портрета людини.

11.10. ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ

1. При отруєнні важкими металами використовують методи:

а) ентеросорбції;

б) хелатотерапії;

в) осадження;

2. Речовина може виявляти свою токсичну природу завдяки:

а)формі надходження;

б)концентрації;

в) присутності в організмі інших речовин;

г)все вище перелічені відповіді вірні.

3. Середня концентрація, при досягненні якої спостерігається порушення функції органу, називається:

а)гранично допустима концентрацією;

б)індексом летальності;

в)критичної концентрацією;

г) біотичною концентрацією.

4. Речовини, що викликають розвиток ракових пухлин, називаються:

а)струмомени;

б)мутагени;

в) канцерогени;

г) тератогени.

5. Сполуки молібдену відносяться до речовин:

а) з високою токсичністю;

б) помірною токсичністю;

в) низькою токсичністю;

г) не виявляють токсичних властивостей.

6. Базедова хвороба є:

а) гіпермакроелементоз;

б) гіпермікроелементоз;

в) гіпомакроелементоз;

г) гіпомікроелементозом.

7. Перекис водню перетворюють сірку амінокислот на сірку:

а)-1;

б) 0;

Загальна хімія: підручник / О. В. Жолнін; за ред. В. А. Попкова, А. В. Жолніна. – 2012. – 400 с.: іл.

Екологічна хімія - наука про хімічні процеси, що визначають стан та властивості довкілля - атмосфери, гідросфери та ґрунтів.

Розділ хімії, присвячений вивченню хімічних основ екологічних явищ та проблем, а також процесів формування хімічних властивостей та складу об'єктів довкілля.

Екологічна хімія вивчає як природні хімічні процеси, які у навколишньому середовищі, і процес її антропогенного забруднення.

Антропогенне забруднення навколишнього середовища істотно впливає на здоров'я рослин і тварин. Річна продукція рослинності світової суші до її порушення людиною мала значення, близьке до 172х109 т сухої речовини. Через війну впливу її природна продукція на сьогодні зменшилася щонайменше ніж 25%. У публікаціях В.В. Єрмакова (1999), Ю.М. Захарова (2003), І.М. Буркун (1997), М.С. Паніна (2003) та ін. показано зростаючу агресивність антропогенних впливів на навколишнє середовище (ОС), що мають місце на територіях розвинутих країн.

В.А. Ковда навів дані про співвідношення природних біогеохімічних циклів та антропогенного вкладу у природні процеси, відтоді техногенні потоки зросли. За його даними, біогеохімічні та техногенні потоки біосфери оцінюються такими величинами:

За оцінкою Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ), з більш ніж 6 млн. відомих хімічних сполук використовується до 500 тис., з яких 40 тис. мають шкідливі для людини властивості, а 12 тис. є токсичними. До 2009 р. споживання мінеральних та органічних сировинних ресурсіврізко зросла і сягнула 40-50 тис. тонн однієї жителя Землі. Відповідно зростають обсяги відходів промислового, сільськогосподарського та побутового походження. У ХХІ столітті антропогенні забруднення поставили людство на межу екологічної катастрофи. Тому аналіз екологічного стану біосфери Росії та пошук шляхів екологічної реабілітації її території є дуже актуальними.

В даний час на підприємствах гірничодобувної, металургійної, хімічної, деревообробної, енергетичної, будівельних матеріалів та інших галузей РФ щорічно утворюється близько 7 млрд тонн відходів. Використовується лише 2 млрд. тонн, або 28% від загального обсягу. У зв'язку з цим у відвалах та шламах-сховищах країни накопичено близько 80 млрд. тонн лише твердих відходів. Під полігони їх зберігання щорічно відчужується близько 10 тис. га придатних сільського господарства земель. Найбільша кількість відходів виходить при видобутку та збагаченні сировини. Так, у 2005 р. обсяг розкривних, попутно видобутих порід та відходів збагачення у різних галузях промисловості, був відповідно 3100 та 1200 млн. м3. Велика кількість відходів утворюється у процесі заготівлі та переробки деревної сировини. На лісозаготівлях відходи становлять до 46,5% від загального обсягу вивезеної деревини. У країні щорічно утворюється понад 200 млн. м3 деревних відходів. Дещо менше відходів виходить на підприємствах чорної металургії: у 2004 р. вихід вогненно-рідких шлаків становив 79,7 млн. тонн, у тому числі 52,2 млн. тонн доменних, 22,3 млн. т сталеплавильних та 4,2 млн. тонн. т феросплавних. У світі щорічно виплавляється кольорових металів приблизно у 15 разів менше, ніж чорних.

Однак при виробництві кольорових металів у процесі збагачення руди утворюється від 30 до 100 тонн подрібнених хвостів на 1 тонн концентратів, а при плавці руди на 1 тонну металу – від 1 до 8 тонн шлаків, шламів та інших відходів.

Щорічно на підприємствах хімічної, харчової, мінеральних добрив та інших галузей промисловості утворюється понад 22 млн. тонн гіпсовмісних відходів та близько 120-140 млн. тонн опадів стічних вод (у сухому вигляді), близько 90% з яких виходять при нейтралізації виробничих стічних вод. Понад 70% териконів Кузбасу відносяться до палаючих. На відстані кількох кілометрів від них у повітрі значно підвищено концентрації SO2, CO, CO2. Різко підвищується концентрація у ґрунтах та поверхневих водах важких металів, а в районах уранових копалень – радіонуклідів. Ведення гірничих робіт відкритим способом призводить до ландшафтних порушень, які за своїми масштабами можна порівняти з наслідками великих природних катастроф. Так, у районі гірських виробок у Кузбасі утворилися численні ланцюги глибоких (до 30 м) провалів, що тягнуться протягом понад 50 км, загальною площею до 300 км2 та обсягів провалів понад 50 млн. м3.

Нині великі площі займають тверді відходи теплових електростанцій: золи, шлаки, близькі за складом металургійних. Їхній щорічний вихід досягає 70 млн. тонн. Ступінь їх використання не більше 1-2%. За даними міністерства природних ресурсів РФ, загальна площа земель, зайнятих відходами різних виробництв, загалом перевищує 2000 км2.

У світі видобувається щорічно понад 40 млрд. тонн сирої нафти, з яких при видобутку, транспортуванні та переробці втрачається близько 50 млн. тонн нафти та нафтопродуктів. Нафта вважається однією з найпоширеніших і найнебезпечніших забруднюючих речовин у гідросфері, оскільки близько третини її видобувається у континентальному шельфі. Загальна маса нафтопродуктів, які щорічно потрапляють у моря та океани, приблизно оцінюється в 5-10 млн. тонн.

За даними НВО «Енергосталь», ступінь очищення газів, що відходять, від пилу чорної металургії перевищує 80%, а ступінь утилізації твердих продуктів уловлювання становить лише 66%.

При цьому коефіцієнт утилізації залізовмісних пилів та шлаків дорівнює 72%, тоді як інших видів пилів 46%. Практично на всіх підприємствах як металургійних, так і теплових електростанцій не вирішуються питання очищення агресивних низьковідсоткових сірковмісних газів. Викиди цих газів становили 25 млн тонн. Викиди в атмосферу газів, що містять сірки, тільки від введення в експлуатацію газоочисток на 53 енергоблоках країни в період з 2005 по 2010 роки знизилися з 1,6 до 0,9 млн. тонн. Слабко вирішуються питання нейтралізації гальванічних розчинів. Ще повільніше - питання щодо утилізації відходів, що утворюються при нейтралізації та переробці відпрацьованих травильних розчинів, розчинів хімічних виробництвта стічних вод. У містах Росії до 90% стічних вод скидаються в річки та водоймища в неочищеному вигляді. В даний час розроблені технології, які дозволяють перетворювати токсичні речовини на малотоксичні і навіть на біологічно активні, які можна використовувати в сільському господарстві та в інших галузях.

Сучасні міста викидають в атмосферу та водне середовище близько 1000 з'єднань. У забрудненні повітря міст одне з провідних місць займає автотранспорт. Багато містах на вихлопні гази припадає 30%, а деяких - 50%. У Москві за рахунок автотранспорту в атмосферу надходить близько 96% CO, 33% NO2 та 64% вуглеводнів.

За факторами впливу, їх рівнем, тривалістю дії та площею поширення природно-техногенні біогеохімічні провінції Уралу віднесені до територій з найбільшим ступенем екологічного неблагополуччя. Урал протягом останніх років займає лідируючу позицію за кількістю сумарних викидів в атмосферу шкідливих речовин. За даними А.А. Малигін по забруднення повітря і води Урал займає перше місце в Росії, а по забруднення грунтів - друге.

Урал є одним із найбільших у країні виробників чорних металів. У ньому налічується 28 підприємств металургійного комплексу. Для забезпечення їх сировиною в області працює понад 10 гірничопереробних підприємств. Станом на 2003 рік на металургійних підприємствах області накопичено близько 180 млн. тонн доменних шлаків, 40 млн. тонн сталеплавильних та понад 20 млн. тонн шлаків виробництва ферохрому, а також значну кількість пилів та шламів. Встановлено можливість переробки відходів у різні будівельні матеріали для потреб народного господарства.

У відвалах області накопичено понад 2,5 млрд. м3 різних гірських порід, 250 млн. тонн шлаків та золи ТЕС. З усього обсягу розкривних порід переробляється лише 3%. На металургійних підприємствах з 14 млн. тонн шлаків, що щорічно утворюються, використовується тільки 40-42%, з них 75% доменних шлаків, 4% - сталеплавильних, 3% - феросплавних і 17% шлаків кольорової металургії, а золи ТЕС лише близько 1%.

Порушення мікро- та макроелементного гомеостазу в організмі визначається природно-техногенними забрудненнями біосфери, що призводить до формування широких ареалів техногенних мікроелементів навколо територіально-промислових комплексів. Страждає на здоров'я не тільки людей, які беруть безпосередню участь у процесі виробництва, але й проживають по сусідству з підприємствами. Як правило, вони мають менш виражену клінічну картину і можуть набувати прихованої форми тих чи інших патологічних станів. Показано, що поблизу промислових підприємств, розташованих у місті серед житлових масивів, концентрації свинцю перевищують фонові значення у 14-50 разів, цинку – у 30-40 разів, хрому – в 11-46 разів, нікелю – у 8-63 рази.

Аналіз еколого-хімічної ситуації та стану здоров'я населення Уралу дозволив встановити, що за рівнем забруднення належить до «зон надзвичайної екологічної ситуації». Тривалість життя на 4-6 років менша в порівнянні з аналогічними показниками по Росії.

Жителі, які тривалий час проживають в умовах природно-техногенного забруднення, піддаються впливу аномальних концентрацій хімічних елементів, що помітно впливають на організм. Один із проявів - зміна складу крові, причиною якого є порушення надходження заліза, мікроелементів (Cu, Co) в організм, пов'язане як з низьким вмістом їх у продуктах харчування, так і з високим вмістом у їжі сполук, що перешкоджають абсорбції заліза в ШКТ.

При проведенні моніторингу за біологічними та хімічними параметрами у 56 господарствах різних регіонів Уралу було умовно виділено п'ять варіантів територій, що відрізняються за екологічною характеристикою:

• * Території, забруднені викидами великих промислових підприємств;
• * території, забруднені внаслідок діяльності підприємств довгоживучими радіонуклідами – Стронцієм-90 та цезієм-137 (Східно-Уральський радіоактивний слід – ВУРС);
• * території, що зазнають навантаження від промислових підприємств і одночасно перебувають у зоні ВУРСа;
• * геохімічні провінції з високим природним вмістом важких металів (Zn, Cu, Ni) у ґрунті, воді, а також аномальними концентраціями у підґрунтовому повітрі та воді радону-222;
• * території, щодо сприятливі в екологічному відношенні, вільні від промислових підприємств

АДМІНІСТРАЦІЯ МІСТА НИЖНЬОГО НОВГОРОДА

Департамент освіти

Муніципальна бюджетна загальноосвітня установа

«Школа № 63 із поглибленим вивченням окремих предметів»

Робоча програма

елективного курсу

"Хімічні аспекти екології"

Упорядник:

вчитель О.В. Рогова

м. Нижній Новгород

2016-2017 навчальний рік

I. Пояснювальна записка

Нормативною базою для складання даної робочої програми є:

Федеральний закон №273-ФЗ "Про освіту в Російській Федерації";

Вимоги до оснащення освітнього процесу відповідно до змістовного наповнення навчальних предметів федерального компонента державного освітнього стандарту.

Робоча програма складена на основі Програми курсу на вибір «Хімічні аспекти екології»: для учнів старших класів загальноосвітніх організацій / С.Б. Шустов, Л.В. Шустова, Н.В. Горбенка. - М: ТОВ « Російське слово– підручник 2015. – 32 с

Програма орієнтована використання навчальних посібників:

ШустовС.Б.,Шустова Л.В., Горбенко Н.В.Хімічні аспекти екології: навчальний посібник учнів старших класів загальноосвітніх організацій. Курс на вибір. М.: Російське слово – підручник, 2015.

Шустов С.В., Шустова Л.В., Горбенко Н.В.Робочий зошит до навчального посібникаС.Б. Шустова, JI.B. Шустової, Н.В. Горбенка "Хімічні аспекти екології" для учнів старших класів загальноосвітніх організацій. Курс на вибір. М: Російське слово - підручник, 2015

Запропонована програма елективного курсу «Хімічні аспекти екології» орієнтована на інтеграцію хімічних знань зі знаннями суміжних природничо-наукових дисциплін: екології, біології, географії, фізики.

У цьому курсі реалізуються міжпредметні зв'язки перерахованих вище дисциплін, що дозволяє учням здійснити інтеграцію наявних знань про навколишній світ у цілісну картинута сприяє формуванню та розвитку міжпредметних компетенцій старших школярів.

Екологічні аспекти викладання хімії у школі

Вступ

В наш непростий час. Коли хімія як наука перетворилася на ізгоя суспільства. Доводиться переглядати і зміст предмета та методи його викладання, змінюючи не лише акценти, а й пріоритети, щоб подолати хемофобію.

Основні питання курсу повинні визначатися як важливість придбання знань у розвиток інтелекту учнів, і затребуваність цих знань у реальному житті людини та її практичної діяльності. З цієї точки зору необхідний прогрес у справі хімічної освіти, оскільки без нього неможливе задоволення об'єктивних потреб суспільства у широкому використанні досягнень хімічної науки та промисловості.

Концепція сучасної шкільної хімічної освіти будується на принципах гуманізації, індивідуалізації та диференціалізації навчання, велика увага приділяється екологічним аспектам, розвитку загальної культури, зміцнення здоров'я школярів, підвищення їхньої екологічної грамотності

Актуальні теми

Хімія як одна з фундаментальних областей знань значною мірою визначає розвиток інших найважливіших напрямів науки і техніки. Відомо, що без хімії, хімічних процесів та хімічних продуктів не може існувати жодне виробництво, жодна галузь сучасної економіки та соціальної сфери.

Необхідно зробити так, щоб учні розуміли практичну значущість хімії, її зв'язок із повсякденним життям. Вони повинні переконатися у можливості знаходження за допомогою хімії відповідей інші «чому» зі сфери своїх життєвих і виробничих інтересів. Особливо важливим є вирішення питання елементарної «хімічної» підготовленості людей, адже з речовинами, здатними завдати шкоди людині, сьогодні контактує практично кожен із нас. Однак не багато споживачів, які використовують лікарські препарати, косметичні та парфумерні засоби, барвники, пластмаси, добрива, волокна, різні види палива тощо, мають уявлення про небезпеки, пов'язані із застосуванням. Ця суперечність обумовлює багато бід, що обрушуються на людей. На жаль, у більшості шкіл активна просвітницька робота з учнями, пов'язана з характеристикою основних властивостей поширених у побуті та на виробництвах хімічних сполук, особливо в аспекті їх впливу на навколишнє середовище, ведеться вкрай слабко та нерегулярно. В основному учні отримують лише загальнотеоретичні уявлення, не адаптовані до реалій життя і особливо екологічної проблематики.

Негативне ставлення до хімії призводить до непристосованості до цивілізованого, сучасного життя, екологічної безграмотності, наслідком яких буде не лише ущемленість у освіті школярів, а й підготовка екологічних бомб сповільненої дії. Це лише поглибить конфлікт людини та природи.

В останні роки в ряді наукових та навчальних центрів різних країнбуло розпочато роботи, що стосуються хіміко-екологічної освіти, але часто вони мали декларативний характер.

Своє завдання я бачу в тому, щоб виховувати в учнів прагнення добувати знання; зробити те щоб сам процес навчання захоплював їх; сприяв розвитку пізнавальної активності, інтерес до предмета. З цією метою я включаю до програми курсу хімії розгляд екологічних та валеологічних питань. Ця програмаспрямовано формування в учнів природничо-наукових уявлень про навколишній світ та його закони, гуманістичних відносин та екологічно грамотної поведінки, інтелектуальне моральне вдосконалення учнів. Зміст програми готує хлопців до усвідомленого сприйняття хімічної картини світу та пропонує реалізацію інтегрованого принципу, тобто вимагає від учнів застосування знань і умінь із різних предметів природного циклу. Актуальність роботи зумовлена ​​комплексом проблем, що полягають у подоланні відомої абстрактності предмета хімії, упередженості у її оцінці, у взаємозв'язку хімічних понять з екологічними аспектами реального життя людини.

Цілі та завдання роботи:

Розгляд основних засад екологізації хімічної освіти;

Аналіз форм та методів (прийомів) формування екологічної культури у навчанні хімії;

Характеристика ролі людини у процесі пізнання, перетворення та використання природи.

Практична значущість роботи полягає в тому, що вона містить методичні дослідження екологічних коментарів до основних положень курсу хімії, що дають змогу освоювати закони хімії на конкретних екологічних прикладах; розгляд прийомів формування усвідомленого ставлення до природи, екологічно грамотної поведінки у несприятливих умовах довкілля.

Результати застосування роботи в ліцеї № 4 показали її ефективність та практичну цінність, зростання інтересу учнів до предметів природно - екологічного циклу; дозволили переосмислити різні підходи до розгляду питань використання досягнень хімії у практичній діяльності, до значення прикладного характеру хімічних знань.

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідалися та обговорювалися на педагогічних порадахліцею № 4, на засіданнях науково-методичної ради кафедри природничо – екологічного циклу ліцею. На семінарі директорів шкіл Комінтернівського району було дано урок «Теплові двигуни та охорона навколишнього середовища» спільно з учителем фізики, що базується на фізичних, хімічних, та екологічних аспектах проблеми. За матеріалами роботи опубліковано статті у збірнику «Освіта м. Воронежа на рубежі століть. Освітня область «Природознавство». Хімія «На межі двох тисячоліть, на зламі двох століть».

ГЛАВА 1

Стан проблеми екологізації викладання хімії в

науці та практиці.

1.1. Необхідність запровадження екологічної освіти у середній школі та її основні принципи.

Серед сучасних проблем, що стоять перед світовим співтовариством, особливо виділяється одна – проблема погіршення якості довкілля людини. Вона має глобальний характер і хвилює людей усіх країн. Першою країною, яка відчула негативний вплив хімічного забруднення природного середовища, стала Японія. У цій країні понад 80% території відчувають на собі безпосередній вплив промислового виробництва. Японці першими заговорили про проблему когай, що означає небезпеку шкоди від забруднень навколишнього середовища. Незабаром із цією проблемою зіткнулися і в інших країнах. Зростання забруднення довкілля проявляється наочно і викликає емоційну критику людей. Зазвичай основні претензії населення звернені до хімії. Тим часом за рівнем забруднення хімічна промисловість помітно поступається паливно-енергетичному комплексу, автотранспорту, чорної та кольорової металургії та навіть промисловості. Останніми роками найбільш неблагополучною є ситуація із забруднення атмосфери міста Воронежа бензапіреном, що міститься у вихлопах автомобілів, та пилом, питома вага нестандартних лабораторних аналізів яких щодня становлять 15-20%. Еколого-геохімічне обстеження ґрунтового покриву показало, що дуже неблагополучна обстановка із забруднення ґрунту свинцем та цинком. Частка незадовільних аналізів проб грунту становить містом загалом 19,3 і 15,5% відповідно, причому у промислової правобережної частини міста ця величина збільшується до 40-46%. Тим часом, саме ці інгредієнти є своєрідними індикаторами збільшення захворювання дітей. Серед дитячих захворювань у Воронежі переважають хвороби органів дихання (65%), рівень яких перевищує аналогічні середньоросійські показники у 1,2 разу по місту загалом. Профілактики підвищеного контролю вимагають, крім того, новоутворення, вроджені аномалії, просторові відмінності рівнів яких корелює з інтенсивністю забруднення навколишнього середовища.

Встановлено зв'язки між концентраціями в атмосфері формальдегіду та захворюванням на бронхіальну астму, а також великого вмісту в атмосфері пилу з хворобами крові. Пневмонії частіше реєструються в районах з підвищеним вмістом свинцю та оксиду вуглецю. Принаймні збільшення інтенсивності забруднення повітряного басейну в дітей віком спостерігаються виражені зміни гематологічних показників і зростання захворюваності.

В умовах, що склалися, необхідно провести об'єктивний аналіз причин розширення забруднення навколишнього середовища та почастішання катастроф, пов'язаних з неконтрольованим поширенням хімічних сполук технічного або біологічного походження. Здійснити такий аналіз складно, але можна виділити два основні аспекти загальної проблеми. Перший аспект належить до галузей політики та соціології та стосується суперечностей у розвитку економіки.

Другий аспект пов'язаний із підготовленістю самої людини до використання досягнень природничих наук у виробничих та побутових сферах.

Легке, суто технократичне ставлення до природи, пряме екологічне невігластво призвели до низки катастроф із незворотними наслідками. Факти жахливого забруднення дуже промовисті і гаряче осуджуються населенням. Проте рецидиви, що мали місце, рідко аналізувалися і зазвичай оцінювалися лише з емоційних позицій. Так виникла хемофобія. Тим часом суворий облік обставин показує, що екологічні зриви, що мають місце, зазвичай визначаються не особливістю хімії, а лише низькою кваліфікацією і не завжди належною моральністю працівників.

Першопричиною всіх відзначених бід, крім помилок у плануванні та будівництві, є застарілі недогляди у викладанні хімії в середній школі і як наслідок цього - брак населення хімічних знань. Виявляється вражаюче протиріччя; з хімічними речовинами та процесами систематично мають справу всі люди, але при цьому з розумінням можуть коригувати свої дії лише деякі. Однак слід зазначити, що саме на уроках хімії можна яскраво та переконливо продемонструвати як негативні сторони втручання людини у природне середовище, так і можливі шляхи оптимізації антропогенних впливів на ньому.

Необхідна копітка робота зі зміни свідомості людини щодо природокористування та виховання, прищеплення екологічної культури.

Стратегія природокористування, що спиралася на ідею могутності людини та її зростаючий над природою в епоху НТР, довгий час здавалася непорушною, на перевірку виявилася лише стратегією «яблуневої ідеології нашого ставлення до природи передбачає велику роботу з перебудови свідомості людей, з його екологізації. Усвідомлення цієї ситуації сприяло постановці найсерйозніших завдань, як у практичній галузі, так і у сфері фундаментальних наукових досліджень. Екологічними проблемами стали займатися представники різних наук, причому як природних, а й гуманітарних. Зумовлено це тим, що поруч із необхідністю розробки нової стратегії природокористування та створення принципово нових промислових технологійпостало завдання екологічної перебудови свідомості людей, широкої пропаганди екологічних знань.

Головне- це реалізація прийнятих рішень, яка залежить зрештою про нас самих, наших знань, переконань, волі. Тут потрібні принципово нове екологічне мислення, подолання споживчої психології щодо природи. Суспільство має знати основні закони розвитку природи, знаходити шляхи вирішення проблем, навчитися приймати рішення у ситуаціях морального вибору та прогнозу, тобто пройти весь ланцюжок від екологічних знань до екологічного мислення та екологічно виправданої поведінки.

Формування високої екологічної культури можливе за умови, якщо у зміст шкільної освіти виходитимуть такі елементи: система знань про взаємодію суспільства та природи; ціннісні екологічні орієнтації; система норм і правил ставлення до природи, вміння та навички щодо її вивчення та охорони.

Екологічна освіта та виховання – одне з основних завдань школи.

1.2. Зміст екологічної освіти під час уроків хімії.

Екологічна освіта та екологічне виховання-два основні акценти, пов'язані з формуванням ставлення до природи. При екологічному навчанні увагу педагога концентрується на процесі передачі та засвоєння учнями накопиченого досвіду екологічних відносин, а при екологічному вихованні - на формуванні відповідних якостей особистості. Кінцева мета екологічного навчанняі виховання єдине - формування оптимальних відносин людини із середовищем її проживання. Реалізується у межах єдиного педагогічного процесу. Фактично ж кінцева мета набагато глибше. Вона полягає у забезпеченні умов для інтелектуального, особистісного та соціального розвитку учнів, виховання у них почуття особистої відповідальності за стан до навколишнього середовища, прагнення глибоко розібратися в сутності та суперечливості змін, що відбуваються в екологічному розвитку нашої планети.

Система екологічних знань має забезпечити перелом у свідомості людей, їх світорозуміння, стосунків до природних багатств. Екологія стала ознакою сучасного етапу розвитку загальнолюдської культури. Тому метою екологічної освіти стає формування екологічної культури. До поняття екологічної культури включають знання та навички, рівень морального та естетичного розвитку світогляду, способи та форми спілкування людей

Зміст екологічної освіти настільки багатий і різноманітний, що може бути розгорнуто у межах однієї чи кількох предметів. Тому педагоги говорять про міждисциплінарний характер екологічної освіти, про широкі можливості практично всіх навчальних предметів та особливе значення кожного у формуванні екологічної культури учнів. Приклад тому - реалізація екологічних знань у початковій школі у курсі «Природознавства», а й у нових навчальних програмах шкільних дисциплін. Курси, що розробляються, мають на меті залучення всіх учнів у процес всебічного пізнання світу і підвищення загального рівня їх знань. Пріоритет у нових програмах набувають ті предмети, які найбільш значущі нині і залишаються актуальними наступні десятиліття.

Міждисциплінарний підхід вимагає визначення функції кожного предмета в загальної системиекологічної освіти, виділення міжпредметних зв'язків, узагальнення міжпредметних підходів, що формують цілісність усіх навчальних дисциплін, об'єднаних метою – пізнання навколишнього світу. Зміст навчальних дисциплінпотребує міжпредметної координації та поетапної інтеграції відповідних знань.

Екологічна освіта нерозривно пов'язана з пізнанням діалектичного характеру взаємодії елементів у системі «людина-суспільство-природа». Відображення цієї триєдності і становить те ядро, яке у змісті загальної освітидозволяє на рівні міжциклових зв'язків розкрити світ природи та світ людей як єдине ціле.

Модель екологічної освіти включає як змістовну структуру, а й основні умови задля досягнення мети.

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

Фактори екологічної освіти, що визначають у школярів відповідальне ставлення до природного середовища.

Слід пояснити підростаючому поколінню, що нинішній стан довкілля таїть у собі таку ж небезпеку людства, як і ядерна війна. Різниця лише в одному – екологічні проблеми більш підступні... Небезпечною помилкою є втіха надією, що людство зможе зупинитися в руйнуванні навколишнього світу, коли наблизитися до щільної до екологічної загибелі. Буде піздно! У цьому й усі підступність проблеми.

Розумне, тонке екологічне виховання та утворення нових поколінь – ось та сила, яка ще може заморозити і повернути назад заведені стрілки жахливого механізму, що загрожує розв'язанням нашої планети. .

Пізнання сутності навколишнього світу виступає інтегруючим ланкою предметів природного циклу, і важлива роль екологізації освіти відводиться навчанню хімії.

Поряд із засвоєнням основ базової науки, що включають її мову, найважливіші факти, поняття, теорії та закони, доступні узагальнення світоглядного характеру навчання хімії має сприяти: розвитку та інтелектуальному вдосконаленню особистості; формуванню в учнів екологічно доцільної поведінки, розумного ставлення до себе, людей, навколишнього природного середовища; виробленні розуміння суспільної потреби у розвитку хімії, формуванню у тих, хто навчається, ставлення до хімії як можливої ​​галузі майбутньої практичної діяльності.

Відбір екологічного матеріалу для включення до навчальних програм з хімії має проводитися з урахуванням основних принципів дидактики. Головними критеріями є науковість, доступність для вивчення, логічний зв'язок зі змістом навчального предмета, що дозволяє здійснити педагогічно обґрунтований добір питань з хімічних аспектів екології, розробити зміст та методику їх вивчення на уроках хімії.

Яке ж місце у загальній системі екологічної освіти займає хімічна освіта?

Традиційно головна мета навчання хімії полягає в тому, що учня необхідно було ввести у світ речовин (як природних, так і створених людиною), закласти основу розуміння причин його різноманіття, сформувати не тільки загальне уявлення про способи отримання та сфери застосування речовин, але й практичні вміння. поводитися з ними. Недостатня інформація про біологічну роль речовин, їх шкідливий вплив на організм людини та навколишнє середовище висунула ще одне освітнє завдання

навчанні хімії – на основі Фундаментальних хімічних знань сформувати системні знання про хімічні аспекти екології та екологічних проблем. Ця система включає знання про речовини живої природи, про взаємодії, пов'язані з проявом життя в рослинному та тваринному світі, про хімічні взаємозв'язки організмів між собою та навколишнім середовищем, про взаємодію антропогенних факторів як на саму людину, так і на все живе

Система екологічних та хімікоекологічних понять у хімічній освіті включає питання кругообігу речовин у природі, зміни та перетворення енергії в біосфері, розгляд середотворчої функції речовини, а звідси і глобальних проблем, інтеграційних властивостей екосистем, таких як наявність біогенних речовин та їх хімічне перетворення; самовідновлення екосистем; антропогенні зміни в екосистемах; реалізація закономірностей взаємодії органів із середовищем у практичній діяльності людини, в охороні навколишнього середовища; закони збереження матерії та енергії, єдність матеріального світу; протиріччя у взаємодії нашого суспільства та природи, розвиток суспільства з допомогою ресурсів природи.

Екологія та хімія взаємодоповнюють одна одну. Впровадження в екологію принципів термодинаміки породило продукційно-енергітичну екологію, яка досліджує закономірності розсіювання потоку енергії у харчових ланцюгах. Погляд на різноманітність екологічних відносин через призму неорганічної хімії виявляє широкий спектр явищ, зумовлених впливом людини на біосферу та неживу природу. Важливим компонентом притодних процесів на планеті є глобальна циркулярна і перетворення, що зазнають таких основних елементів, як вуглець, азот, водень, сірка та фосфор. Багато неорганічних сполук здатні вплинути і вже впливають

на клімат планети та стан її атмосфери, на якість того природного середовища, в якому живе людина, а отже, і на здоров'я людей

У рамках неорганічної хіміїцікавить звернути увагу як на антропогенні деформації природних циклів хімічних речовин і застосування якості довкілля, а й у пошук рішень соціально-екологічних проблем: енергетичної, сировинної та інших. Наприклад, перспективи водневої енергетики; роль кисню та озону у забезпеченні життя на Землі; метали в біосфері та організмі людини тощо.

Величезну роль екологічних відносинах грають процеси, які стосуються області органічної хімії . Органічні сполуки становлять основу тієї частини біосфери, яку називали « Жива речовина». Життя людей як біологічних індивідів зумовлено складними перетвореннями органічних речовин в організмі людини та обміну речовин із навколишнім середовищем. Нарешті, саме виживання людства сьогодні неможливе без широкого використання органічних речей у побуті, медицині, промисловості, сільському господарстві тощо.

Розуміння ролі органічних речовин у існуванні та розвитку складного соціобіосферного комплексу Землі в цілому та основних його частин становить важливий бік хімічного прочитання сучасної економіки.

Досягнення екології є фундаментом для вирішення низки актуальних завдань сучасності. Зокрема, із даними, отриманими екологією

Логію здорового способу життя: у пріоритеті духовних потреб у порівнянні з матеріальними, турботі про збереження свого фізичного здоров'я. Така особистість у юному буднт здатна у своїй професійній діяльності керуватися принципами екологічного та морального імперативів (15, с. 3).

Звернемо до проблеми організації викладання хімії у середній школі. На шляху перетворення предметного навчаннята створення системи екологічного виховання школярів вчитель зустрічається з певними труднощами. По - перше, хемофобія, що виникла в суспільстві, що викликає у дітей початкову зневагу до предмета. По-друге, абстрактність самого предмета.

Головне-змінити (екологізувати) власний світогляд, усвідомити свою відповідальність (людську та професійну) за підготовку екологічно освіченого підростаючого покоління. Необхідно здійснювати систематичне інформування про досягнення хімії у захисті навколишнього середовища.

1.3. Огляд літературних джерелз питань екологічного всенавчання.

Курс хімії, що вивчається у сучасній середній школі, не вирішує повною мірою завдань екологічної освіти та виховання. Питання екології заявлено декларативно, глибоко не вивчається і лише «контурно» намічено. Однак заходи щодо вивчення впливу хімічних процесів та хімічних сполук на навколишнє середовище не можуть повною мірою замінити систематичного вивчення цих питань.

Хімія- одне з найважливіших предметів, з урахуванням якого формується діалектика- матеріалістичні ставлення до навколишньому світі.

Відповідно до чинної програми випускники IX-го класу мають про хімію вельми неповні, уривчасті уявлення, так як питання органічної та загальної хіміївивчаються у X-XI класах. З урахуванням диференціації навчання в старших класах багато учнів можуть зовсім не вивчати хімію, що призведе до повного незнання цілого ряду життєво важливих питань та ускладнить існування людини в сучасному світі, оскільки випускники шкіл не будуть розуміти, наприклад, причин шкідливого впливу господарської діяльності людини на рослинний та тваринний світі біосфера загалом та інші подібні питання.

Таким чином, необхідна докорінна зміна програми з хімії, а відповідно і курсу хімії загалом.

На кафедрі методики викладання предметів природничо-математичного циклу МДІУУ розроблено нову програму курсу хімії «Екологія та діалектика» та на її основі проведено експеримент у двадцяти школах м. Москви та Московської області. Її відмінною особливістю є те, що на її основі випускники IX класу отримують загальне уявлення про хімічну науку в цілому, а також про її розділи. На базовому ступені, що завершується дев'ятим класом, учні знайомляться з роллю і місцем хімії в сучасній господарській діяльності людини, її вплив на навколишнє середовище та способами подолання негативного впливу практичної діяльності на флору, фауну та людський організм, пов'язаної з використанням хімічних виробництв.

У цій програмі багато уваги приділено постановці хімічних експериментів використанню різних найбільш важливих хімічних сполук у практичній діяльності людини, їх впливу на довкілля та людський організм. Через знання хімічних сполук, хімічних явищ у учнів формується особливе ставлення до довкілля людини,

Створюється база правильного розуміння проблем екології, без якого неможливе існування людства в сучасному світі; формується уявлення про складність суперечливості різних процесів, у тому числі й хімічних, що дозволяє на цій основі, залучаючи знання з інших курсів природно – математичного циклу, формувати діалектико-матеріалестичне розуміння навколишньої діяльності. Водночас цей курс хімії має вирішувати і завдання виховання професіоналів – хіміків, а також людей, для яких потрібне глибоке знання хімії для успішної реалізації своїх професійних завдань. Він покликаний створити фундамент міцних хімічних знань, на основі яких можна формувати вищий рівень знання та розуміння хімії у Х – XI класах середньої школи. У цьому курсі передбачається реалізація диференційованого навчання, враховує особливості засвоєння хімічних знань як учням зі зниженим рівнем виховання навчального матеріалу, і учням, які мають початковий рівень розуміння хімії досить високий.

Розроблена програма «Екологія та діалектика» передбачає глибокий взаємозв'язок з біологією, фізикою, географією та ін дисциплінами, що вивчаються в школі, що дозволить сформувати в учнів цілісне уявлення про навколишній світ.

Однак, ця програма розрахована на поглиблене вивчення предмета з пропедевтичним курсом у VII класі та придатна лише у спеціалізованих школах чи класах. Фахівцям МПГУ ім. Н Звєрєвої і було розроблено низку інтегрованих курсів: «Біосфера і людина», «екологія та цивілізація», екологізований курс хімії; від теми до теми.

Програма інтегрованого курсу «Біосфера та людина» призначена для учнів старших класів та середніх спеціальних закладів гуманітарного профілю. Цей підхід тим більше актуальний, що в гуманітарній освіті останнім часом посилилася тенденція до скорочення курсів природничих дисциплін, і в першу чергу хімії. Інтеграція природничо знань дозволяє вирішити проблему формування цілісного сприйняття навколишнього світу, розвинути інтерес до хімічної науки і сформувати на хорошому рівні хімічні знання.

Метою цього курсу є екологізація свідомості учнів, популяризація вчення. Провідні ідеї курсу: людина-причина появи екологічних проблем і лише людина може їх вирішити; цілісність та різноманіття світу. Увага акцентовано на вивченні самої природи, різноманітності рівнів організації життя, еволюції як органічного світу, так і взаємин людини та природи.

Але курс "Біосфера і людина" дуже специфічний і заявлений як окремий спеціалізований предмет у X-XI класах. Однак, не в кожній школі в навчальному плані є додатковий годинник на введення цього курсу.

запропонувала екологізований курс "Екологія і цивілізація", що має яскраво виряджений міждисциплінарний характер, що включає філософсько-історичні, соціально-моральні, біологічні, географічні та фізико-хімічні аспекти екологічних проблем.

У рамках екологічного навчання та виховання проводиться пропедевтика у I-VII класах у вигляді вивчення курсу “ Навколишній світ” (I-II Кл.), “Природознавство” (I-IV Кл.) відбувається подальше накопичення знань учнів про природні об'єкти, деякі закономірності розвитку природи, факти антропогенного впливу на навколишнє середовище; навчання шкільні-

ків аналізу та моделювання нескладних ситуацій. На цьому етапі найбільш ефективним є шлях екологізації навчальних дисциплін у поєднанні з проблемними факультативними курсами, гуртковою та краєзнавчою роботою.

У процесі навчання хімії у VIII та IX класах важливо включити розгляд проблем захисту навколишнього середовища від хімічного забруднення. В основу екологізованого курсу хімії покладено уявлення про взаємозв'язок складу, будови, властивостей та біологічної функції речовин; їх двоїстої ролі в живій природі; біологічної взаємозамінності хімічних елементів та наслідках цього процесу для організмів; причини порушення біогеохімічних циклів; ролі хімії у вирішенні екологічних проблем.

На завершальному етапі навчання (X_XI кл.) удосконалення хімічних знань продовжується у процесі засвоєння курсу органічної та загальної хімії. Його зміст дозволяє розвинути ідеї прояву хімічних законіву природних процесах; зрозуміти такі екологічні закономірності, як циклічність і безперервність обміну речовиною між складовими компонентами біосфери.

Екологізований курс хімії X кл. доповнюється факультативним курсом «Хімія та охорона навколишнього середовища», в якому розкрито хімічні аспекти екологічних проблем на локальному, регіональному та глобальному рівнях. Складовоюцього курсу є лабораторний практикум, що передбачає організацію дослідницької діяльності учнів із вивчення антропогенного на природні об'єкти.

Навчальна дисципліна «Екологія та цивілізація» введена паралельно з вивченням курсу хімії у X та XI класах (14, с.43).

Внаслідок інтегрованості цих курсів здійснення програм відбувається у межах кількох предметів та кількома вчителями.

Для VIII – XI класів було запропоновано програму екологізованого курсу хімії: від теми до теми. Основна увага в ній зосереджена на тих явищах.

Лініях, які викликають серйозне занепокоєння за стан природного середовища та майбутнє цивілізації: глобальне потепління клімату, виснаження атмосферного озонового шару, кислотний дощі, накопичення у ґрунті токсичних важких металів та пестицидів, забруднення великих територій радіоклітин.

Природа у своєму природному розвитку перебуває у динамічній рівновазі;

Безпосереднім результатом взаємодії людини та природи стає зміни хімічного складу компонентів навколишнього середовища, що призводить до усунення природної рівноваги;

Хімічні знання – невід'ємна частина знань про основи охорони навколишнього середовища , раціональному природокористуванніі розумному перетворенні навколишнього середовища людиною.

Роль хімії у вирішенні екологічних проблем на сучасному етапі значна:

А) Вивчаючи склад, будову, властивості, як веде себе та чи інша речовина в атмосфері, грунті, водному середовищі, які впливи надає вона і продукти його перетворень на біологічні теми;

Б) Розкриваючи механізми біогеохімічних процесів у природному кругообігу елементів, хімія сприяє вирішенню завдання найбільш природного та “безболісного” входження промислового виробництва в природні цикли, роблячи його частиною будь-якої екосистеми.

В) Використовуючи різноманітні методики хіміко-аналітичного контролю стану об'єктів довкілля середовища чи якості готової продукції низки галузей промисловості (хімічної, нафтохімічної)
, мікробіологічної, фармацевтичної), хімія дозволяє отримати інформацію, необхідну для подальшого прийняття рішень про запобігання надходженню шкоди.

Них речовин у контрольовані об'єкти, очищення цих об'єктів, способи їх захисту тощо.

Екологізований курс хімії дає можливість розкрити особливу роль цієї науки в боротьбі з екологічним невіглаством, що виявилося в уявленні про «винність» хімії в екологічній ситуації, що склалася, залучити школярів до дослідницької роботививчення стану природного середовища, виховати в них почуття особистої відповідальності за її збереження.

Цінність цієї програми полягає в тому, що екологічні поняттязнаходять відгук у кожній темі з хімії, розширюючи, поглиблюючи та систематизуючи знання учнів основних хімічних закономірностей, їх взаємозв'язку зі станом довкілля. При розгляді будь-якого хімічного питання екологічні аспекти можуть бути представлені або у вигляді короткого повідомлення, доповіді на уроці, захисту реферату, постановки екологічного експерименту або вирішення екологічного завдання, що допомагає освоювати закони хімії на конкретних екологічних прикладах.

А (МПГУ ім. В.І. Леніна), (ЛДІУУ), Мю (МНВО «Синтез»), (МДУ ім..) розроблено програми факультативних курсів з екологічної освіти школярів: «Здоровий спосіб життя людини в умовах забрудненої біосфери», «Основи загальної екології та охорона навколишнього середовища», «Екологічні проблеми Ленінградської області», « Біологічна рольхімічних елементів». Ці факультативні курси забезпечують формування системи знань учнів (рівень екологічної свідомості) з елементами екологічної культури (ціннісна орієнтація школярів науково обгрунтоване природокористування). Для більш повного вивченняоснов екології у зв'язку з основами хімії необхідні загальноосвітні цикли, Що містять загальноеколо-

Шені цих завдань підвищується рівень мотивації вчення і полегшується процес отримання знань.

При диференціації за інтересами технологія стикається з культурно-виховною технологією навчання, що сприяє гуманізації освіти. Як стан частина даної технології виступає відділення екологічної культури: ознайомлення з проблемами збереження природи, довкілля людини, унікальної людської культури: виховання любові до природи, поглиблене вивчення географії, біології та хімії. Як специфічні часто методичні та локальні технології може бути застосована технологія екологічного виховання, Т. В. Кучер та ін.

З метою екологізації викладання хімії використовують і технології співробітництва, групові технології, що надають стимулюючу дію на розвиток дитини. Вони припускають комунікацію, спілкування, обмін учнів інформацією, порозуміння.

Процес навчання базується також на альтернативних технологіях і технологіях навчання, що ґрунтуються на принципах антропософії, згідно з якою розвиток здатності до пізнання приводить людину до досконалості. Антропософія є основою вальдорфської педагогіки Р. Штейнера. Розвиток інтелектуальних здібностей здійснюється за технологією та. Розвиваюче навчання враховує та використовує закономірність розвитку, пристосовується до рівня та особливостей дитини (3, с. 80-83: с109: с. 119-122: с.1516 с. 181)

Застосування цих технологій дозволяє орієнтувати особистість школяра н6а сприйняття всього оточуючого як зацікавленого дослідника, який відчуває особисту відповідальність за наслідки своєї діяльності іншим людям й у природи.

Фрагменти вищезгаданих технологій Н. П Гузіка, І. Н Закатової, НТ Суровішної, ТБ Кучер, Р Штейнера, ДБ Ельконіна та ВВ Давидова я використовуючи при проведенні уроків екологічної спрямованості та позакласних заходівз екологічної тематики

2.2. Форми проведення занять екологічного всенавчання при викладанні хімії.

З професійної точки зору мене залучають нестандартні форми проведення занять та обліку знань учнів, такі як уроки-заліки, уроки-семінари, уроки-конференції, використання дидактичних, рольових та ділових ігор, елементів тетралізації. Я використовую взаємозбагачувальну взаємодію природничо-наукових дисциплін для формування цілісного ставлення до природи, мотивації норм здорового способу життя.

З метою посилення екологічної спрямованості шкільної освіти вводжу розгляд питань екологої у навчальний матеріал кожної теми, надаю слово учням-черговим екологам для висвітлення найбільш важливих екологічних проблем у рамках даної теми, що дозволяє найповніше використовувати екологічні знання для формування дбайливого ставлення учнів до природи, їх готовності до активним діямз її охорони.

Моя педагогічна концепція з екологізації викладання хімії близька до екологізованого курсу хімії: від теми до теми. Під час уроків я використовую екологічні експерименти, завдання чи питання, практичні роботи екологічної спрямованості.

При вивченні будови та властивостей перехідних металів я проводжу семінарське заняття «Особливості будови d-елементів та вплив їх на довкілля та здоров'я людини». Метод цього уроку – семінар розвиваючого та навчального типу.

Цілями уроку є узагальнення знань учнів про періодичний закон, будову атомів, стан електронів в атомах; закріплення умінь складати електронні схеми, формули, порівняти хімічні елементи за хі-

мічної активності; ознайомлення учнів із деякими закономірностями, що зумовлюють поширеність металів у природі, їх токсичність, частку участі у метаболізмі живих організмів, виходячи з становища елементів – металів у періодичної системі; розкриття причин забруднення довкілля d-елементами, зазначення основних джерел забруднення; формування вміння школярів прогнозувати та аналізувати наслідки забруднення природного середовища металів; ознайомлення з основними напрямками щодо запобігання забрудненню.

Девізом уроку я обрала слова: “Наука тільки тоді благотворна, коли ми її приймаємо не лише розумом, а й серцем”.

План семінару

1)Положення d-елементів у періодичній системі.

2)Особливості будови атомів d-елементів, їх властивості.

3) d-елементи і живий організм.

4) Біологічна роль та токсична дія d - елементів.

5) Проблема забруднення навколишнього середовища металами та шляхи її вирішення.

6)Знаходження d - елементів у природі. Корисні копалини, що містять d-елементи в Воронезькій області.

На початку уроку актуалізую знання та проводжу індивідуальне та фронтальне опитування.

а) Індивідуальне опитування.

1. Робота за картками.

2. Які елементи називаються d-елементами?

3. Дати характеристику положення d – елементів у періодичній системі.

4. Особливості будови атомів d – елементів; заповнення електронами енергетичних підрівнів, явище "провалу електрона".

б) Фронтальне опитування.

1. Дати сучасне формулювання періодичного закону.

2. У чому фізичний зміст порядкового номера елемента, номера групи та періоду?

3. Які квантові числаЧи описують стан електронів в атомі?

4. Які правила є основою складання графічної схеми будови атома?

5. Скласти графічні схеми та написати електронні формули будови атомів наступних хімічних елементів скандію, заліза, ніобію, («провал» електрона) (перевірка через гороскоп)

З другого краю етапі пропоную учням виконати текстове завдання за трьома варіантами. Свої відповіді вони оформлять на фільтрованому папері, просоченому фенолфталеїном, капаючи в потрібне, на їхню думку, положення розчином лугу. У разі правильної відповіді на папері з'являється сигнал кольору.

Це дозволяє одразу оцінити роботу учнів.

Особливість будови атомів d - елементів обумовлена ​​наявністю в них надлишку валентних орбіталей та недоліком

Філософські дискусії у сучасному природознавстві є у певному сенсі незвичайну картину, а саме: дуже активно обговорюються методологічні та світоглядні проблеми біології та фізики, синергетики та астрономії, генетики та біотехнології, проте не дуже велика увага приділяється аналогічним питанням хімії. Може виявитися, що, базуючись на таких фундаментальних узагальненнях, як періодичний закон, теорія хімічної будови, хімічна термодинаміка, хімія відкрила широкі можливості для дослідження та синтезу мільйонів речовин неживої та живої природи, для створення раніше невідомих сполук. Начебто вона захопилася емпіризмом, утилітарною стороною і її не цікавлять складні світоглядні та методологічні проблеми, що стоять перед нею. "Однак перед хімією, - наголошує Ю.А. Жданов, - стоять свої складні та актуальні проблемитеоретичного і методологічного характеру, і їх з'ясування як вона сама, а й інших наук не зможуть продуктивно рухатися вперед " .

Тепер розглянемо екологічний аспект хімії, коли відбувається процес забруднення навколишнього середовища, який через його нелінійність шкідливо впливає на людину. Тут можна виділити цілий спектр шкідливих для нашого здоров'я факторів: хімічне забруднення ґрунту та наступна звідси небезпека продуктів, хімічна забрудненість повітря води та інші екологічно небезпечні дії. В даному випадку слід зважати на антропогенну природу різного роду забруднення атмосфери, гідросфери та літосфери. «Людина є природним та основним забруднювачем, – підкреслює Дж. Бокріс, – планети. Довгий час екологічний розвиток був гармонійним. Життя одного організму в процесі розвитку було підпорядковане цілому, і воно відповідало хімічним процесам, що протікали навколо неї. До нинішнього століття людина не дуже відчутно впливала на збалансовану в процесі розвитку екологічну ситуацію. Порушення цієї гармонії, з якою в даний час зіткнулася людина, є наслідком збільшення обсягу хімічних та інших промислових підприємств, що скидаються у воду та повітря. В атмосфері відбуваються фотохімічні процеси, за допомогою яких переробляються забруднюючі речовини та відновлюється баланс. Однак із початку XX ст. Людина викинула в атмосферу таку кількість забруднювачів, що вони порушують природні процеси відновлення балансу». Хімічна забрудненість навколишнього середовища значно впливає на життєдіяльність і поведінку людини, оскільки завдає відчутної шкоди її організму.

Давно встановлено, що поведінка людини та пов'язані з нею її здоров'я та патологія детерміновано хімічною природоюдовкілля. Селективний вибір хімічних речовин лежить в основі пошуку лікарських препаратів для лікування різноманітних захворювань, у тому числі і психічних. Відомо чимало речовин, що викликають порушення нормальної поведінки людини, наприклад, що призводять до наркоманії. Однак вони становлять лише дуже невелику частину величезної різноманітності хімічних речовин, що надають біохімічним шляхом вплив на здоров'я людини. Адже хімічні речовининезалежно від способів проникнення в організм людини, впливають на протікання біохімічних процесів в організмі. Це зумовлено, по-перше, закономірностями генези біосистем на нашій планеті - в ході хімічної еволюції однією з ранніх основних змін був перехід від відновлювальної атмосфери до окислювальної, в якій почали розвиватися характерні для нашого часу біосистеми. Гармонійність такої еволюції чітко проявляється в «... єдності, яка має на увазі біохімічну еволюцію набагато складнішу і відбулася набагато раніше, ніж біологічна еволюція, яка дала нам всі настільки різноманітні форми, явища та поведінкові зразки у рослинному та тваринному світі». Отже, зовнішнє хімічне середовище детермінувало природу організмів, що вижили в ході еволюції.

По-друге, виживання організмів пов'язане з здатністю організму, що розвинулася до відтворення. Розшифрування коду ДНК – основного генетичного матеріалу, що транслюється від покоління до покоління – показало, що розвиток індивіда регулюється на молекулярному рівні та протікає за рахунок великої кількості біохімічних реакцій. Тоді стає зрозумілим, що всі інші властивості організму (анатомічні, електрофізіологічні, поведінкові та ін) у певному сенсі залежать від біохімічних процесів. Це пояснює, чому на здоров'я та патологію людського організму насамперед впливає біохімічні фактори, чому найбільш значущими є впливи зовнішнього хімічного середовища.

Зрозуміло, що в ході еволюційного процесу сформувалася здатність біосистеми реагувати як єдине ціле на впливи навколишнього середовища, від чого залежить фізичний стан індивіда, основною причиною зміни цього стану людини є нейрохімічні процеси, які протікають в нервовій системі, особливо в центральній нервовій системі, тонка організація якої забезпечує можливість здійснення множини таких процесів. Мозок людини містить, як відомо, близько 100 млрд. нейронів, він є нейронною мережею, яка є фракталом, тобто. має нелінійність. І сам організм людини є динамічною нелінійна систематому зв'язок між станом людини і зовнішнім хімічним середовищем у найзагальнішому вигляді є нелінійним. Результати експериментів щодо виявлення зв'язків чутливості поведінки та гострих змін хімічного середовища, коли порушується нормальний стан організму, показує нелінійну (експоненційну) залежність (зв'язок) між станом організму та екзогенною хімічною речовиною. У загальному випадку неважливо, яким шляхом потрапляють хімічні речовини в організм людини - соматичним, при вдиханні через шкіру або слизову оболонку, внаслідок ін'єкції або імплантації; головне у тому, що вони надає нелінійне впливом геть стан організму людини. Це має важливе значення для методів контролю та очищення навколишнього середовища від хімічних забруднень, щоб людина могла нормально санкціонувати та здійснювати свою діяльність.

Заслуговує на філософське осмислення перехід від конструювання молекул до створення молекулярних машин, що відбувається в сучасній хімії. Хімія відноситься до тих областей фундаментального знання, яка дозволяє синтезувати та вивчати молекули, а це означає, що хімія як розділ природничих наук зайнята вивченням речовини на рівні її молекулярної організації. Дана область досліджень здається ненасиченою і насправді є такою. До каталогу хімії занесено сотні тисяч молекул природного походження, будова яких розшифрована в лабораторіях, а до цього часу до цього числа додано понад 15 млн. молекул, синтезованих хіміками і речовин, що не зустрічаються в живій природі. Розроблена хіміками методологія синтезу, методи дослідження молекулярної структурита їх перетворень (а серед найновіших з них є такі, як скануюча тунельна мікроскопія та лазерна фемтосекундна спектроскопія, в яких досягаються просторове та тимчасове дозволи на рівні розмірів окремих атомів та їх переміщень за зниклі малі проміжки часу в 10 -15 с), дозволяє успішно осягати таємниці будови молекул та їх різних властивостей. Це стосується навіть найнестійкіших з них, що розкладаються у звичайних умовах за мільйонні частки секунди.

«Чи означають ці здобутки, - пише В.І. Мінкін, - що хімія як наука вже вирішила своє завдання і, хоча її можливості виробляти нові молекули в ще більшій кількості залишаються необмеженими, сам цей процес набуває все більш рутинного характеру? Справді, нині став, наприклад, можливим автоматичний синтез пептидів (низкомолекулярных білків). Така оцінка загального стану хімічної науки (науки, закони якої однаково важливі для розуміння живої та неживої Природи) була б поспішною. Та й зовсім не оригінальною». Адже ще 1929 р. нобелівський лауреат Поль Дірак із відкриттям квантової механікистверджував: "Основні фізичні закони, необхідні для математичної теорії частини фізики і всієї хімії стають, таким чином, повністю відомими, і складнощі полягають лише в тому, що точне застосування цих законів призводить до рівнянь занадто складних, щоб їх можна було вирішити". Ця теза Дірака опинилася в центрі широких дискусій серед фізиків, хіміків та адептів та противників філософії редукціонізму. У багатьох монографіях та підручниках з теоретичної та фізичної хіміїнаводиться цей вислів класика науки, причому акцент робиться на нездійсненності передбачення. Очевидно, Дірак висловлював свою думку як таку собі гіперболу, щоб підкреслити виняткову важливість нової теорії мікросвіту. Самі постулати квантової механіки, які з них наслідки виявилися вірними, а як було вже показано зараз повне рівняння Шредінгера не вирішується точно навіть для найпростіших молекул, а хороші наближення до точних рішень для молекул середнього розміру вимагають часу роботи суперкомп'ютера, що обчислюється цілодобово. Можна сміливо сказати, що методи квантової механіки визначають, переважно, темпи наукового прогресу, але з характер наукової творчості. Відомо, що творчі за своєю природою ірраціональні і не можуть бути виведені логічним, дедуктивним шляхом - в іншому випадку будь-яка людина, яка володіє логікою, могла робити наукові відкриття(У цьому випадку наука просто була б не потрібна). До того ж не слід забувати, що періодична системаелементів та теорія молекулярної будовиорганічні сполуки були створені хіміками задовго до формування принципів квантової механіки і навіть до відкриття електрона.

Відомо, що вибір напрямів наукового пошуку диктується двома чинниками: запитом суспільної потреби та внутрішнім імпульсом дослідника до відкриття нових явищ та закономірностей, проникнення у таємниці Природи. на різних етапахрозвитку суспільства в залежності від досягнутого рівня знань тенденції наукового пошуку та пріоритети вибору цілей змінюються. У хімії 60-80-х років центр тяжкості досліджень припадав на вивчення тонкої структури молекул, механізмів реакцій та внутрішньомолекулярної динаміки. В останнє десятиліття чітко виявився інтерес до об'єктів та цілей підвищеної складності - вивчення та моделювання функцій біологічно важливих молекулярних систем, а також створення нових високотехнологічних матеріалів, побудованих з елементів наноскопічного масштабу. Ця тенденція відбиває перехід від вивчення окремих молекул та його невеликих асоціатів до вивчення будови властивостей і трансформацій досить великих агрегатів молекул, спрямованому конструюванню організованих молекулярних ансамблів із створення своєрідних молекулярних машин, тобто. молекулярних пристроїв, у яких зміни, що індукуються в окремих складових молекулах, викликають кооперативні процеси у всій системі (К. Дрекслер). Такі пристрої можуть служити для перетворення одного виду енергії в інший, акумуляції світлової енергії, запису, зберігання та передачі інформації, молекулярного комп'ютингу та ін. .

Для хімії небо залишається широко відкритим, бо це наука, а й мистецтво. Мистецтво, звичайно ж, завдяки красі своїх об'єктів, але й за своєю суттю, завдяки своїй здатності і нескінченно винаходити і творити свої об'єкти, саме себе, своє власне майбутнє. Подібно до художника, хімік втілює в матеріальних образах плоди своєї власної уяви. Камінь, звуки, слова власними силами не містять створюваних їх творів скульптора, композитора, письменника. Подібним чином, хімік створює нові молекули, нові матеріали та нові властивості елементів, що надаються йому природою. Він воістину творить нові світи, які не існували, поки не вийшли, оформившись з рук хіміка, подібно до того, як матеріал, тільки вийшовши з рук майстра, набуває сили і виразності твору мистецтва. Це чудово передав у своєму творінні Опост Роден.

Хімія має цей творчий потенціал. Як Марселей Бертло: "Хімія сама створює свої об'єкти". Вона не просто створює предмети, вона творить предмет дослідження. Він не існує спочатку, винаходиться і створюється у процесі дослідження. Він не просто чекає свого відкриття, він чекає свого створення. Суть хімічної науки знайшла свій повний вислів у словах художника – вченого Леонардо да Вінчі: «… там, де природа перестає творити свої власні об'єкти, за справу береться людина, яка створює, використовуючи природні матеріали та за допомогою природи, безліч нових об'єктів…» .

Суть хімії у відкриттях, а й у винаходах, у творчому творенні, передусім. Книгу хімії треба не лише читати, а й писати; партитуру хімії треба не просто виконати, її треба написати. Філософська значимість сучасної хімії полягає в тому, що вона дозволяє конструювати нові речовини та матеріали, що не зустрічаються в живій природі, а це, у свою чергу, вносить новий вимір у сенс екзистенції людини. Адже дуже складними та різноманітними обіцяють бути об'єкти супрамолекулярної хімічної творчості, в результаті якої можна створювати цілі хімічні галактики. Творчість, як відомо, служить пошуку сенсу нашого життя, задовольняючи найвищу потребу в самоактуалізації.

Подібна інформація.