Ключевые слова: алюминий, нормирование качества воды, фотоколориметрический анализ.
В настоящее время алюминиевая посуда негласно признана наиболее вредной для здоровья человека металлической посудой. Согласно результатам сравнительных испытаний, алюминиевая посуда находится в самом конце рейтинга по показателям безопасности влияния на организм человека. Установлено, что алюминиевая посуда меняет свои химические свойства при взаимодействии с солью, содой и различными кислотами. В связи с этим запрещено готовить в алюминиевой посуде кислую пищу, такую как щи, квашеная капуста, щавель, различные кисели, компоты, тушёные и жареные овощи, а также запекать в ней продукты в фольге. Алюминий имеет свойство накапливаться в организме человека, что может со временем привести к развитию тяжёлого заболевания. Целью работы стало: выяснить, действительно ли использование алюминиевой посуды опасно для нашего здоровья?
Задачи:
- изучить химические свойства алюминия;
- провести качественное определение ионов Al3+ в растворах;
- провести количественное определение ионов Al3+ в исследуемых растворах.
Алюминий — мягкий, легкий, серебристо-белый металл с высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления 660°C.
По распространенности в земной коре алюминий занимает 3-е место после кислорода и кремния среди всех атомов и 1-е место — среди металлов.
К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см3), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость. Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов.
Алюминий и его сплавы делятся по способу получения на деформируемые, подвергаемые обработке давлением и литейные, используемые в виде фасонного литья; по применению термической обработки — на термически не упрочняемые и термически упрочняемые, а также по системам легирования.
При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной пленкой и потому не реагирует с простыми веществами: с H2O (t°); O2, HNO3 (без нагревания). Al — активный металл-восстановитель.
Легко реагирует с простыми веществами:
с кислородом:
4Al + 3O2 = 2Al2O3
с галогенами:
2Al + 3Br2 = 2AlBr3
с другими неметаллами реагирует при нагревании:
с серой, образуя сульфид алюминия: 2Al + 3S = Al2S3
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
с азотом, образуя нитрид алюминия: 2Al + N2 = 2AlN
с углеродом, образуя карбид алюминия: 4Al + 3С = Al4С3
Сульфид и карбид алюминия полностью гидролизуются:
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3+ 3CH4
Со сложными веществами:
— с водой (после удаления защитной оксидной пленки, например, амальгамированием):
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2
— с щелочами (с образованием тетрагидроксоалюминатов и других алюминатов):
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2
Легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2
2Al + 3H2SO4(разб.) = Al2(SO4)3 + 3H2
При нагревании растворяется в кислотах — окислителях, образующих растворимые соли алюминия:
2Al + 6H2SO4(конц) = Al2(SO4)3 + 3SO2 +
6H2O
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Al + 6HNO3(конц) = Al(NO3)3 + 3NO2 +
3H2O
восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия):
8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe
2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr
Алюминий – это элемент, который удалось открыть не сразу: о его существовании догадывались, но выделить в чистом виде не могли – в виде соли он входил в состав квасцов, которые кожевники использовали при выделке кож.
Химическая активность алюминия очень высока – он стремится соединяться с другими веществами, так что учёные пытались выделить его около 100 лет. Правда, немецкому химику А. Маргграфу в 1754 году удалось получить оксид алюминия, но металлический алюминий был получен только в 1825 году, датчанином Х.К. Эрстедом.
Сегодня из алюминия делают посуду, используют в самолётостроении, электротехнике, металлургической и пищевой промышленности.
Довольно широко используется алюминий в медицине: препараты, в состав которых он входит, обладают обезболивающим, обволакивающим, адсорбирующим и антацидным действием. Последнее означает, что такие препараты, взаимодействуя с соляной кислотой, снижают кислотность желудочного содержимого, поэтому используются в лечении кислотозависимых заболеваний; препараты, содержащие алюминий, применяются также наружно.
В организме животных и человека алюминий содержится в виде микроэлемента, но его роль учёные до конца не выяснили. В частности, выяснено, что он стимулирует рост и развитие тканей – костной, соединительной и эпителиальной; способствует процессам восстановления и регенерации; влияет на активность ферментов и пищеварительных желез. В тканях организма алюминий содержится в разных количествах – это зависит от того, где мы живём: как правило, в печени, костях и головном мозге его накапливается больше всего.
Алюминий называют иммунотоксичным элементом, но он входит в состав наших клеток – обычно в виде троекратно положительно заряженных ионов Al3+, и влияет на деятельность околощитовидных желез.
Недостаток алюминия
Дефицит алюминия может развиться в том случае, если в организм его попадает меньше 1 мкг в сутки, но о негативном влиянии такого состояния на человека ничего не известно – скорее всего, дефицит алюминия у людей бывает крайне редко. На животных дефицит алюминия влияет: у них слабеют конечности, нарушается координация движений, задерживаются и нарушаются процессы размножения и роста.
Избыток алюминия
А вот при повышенном содержании алюминия в организме человека могут возникать серьёзные и даже необратимые изменения, опасные для
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
здоровья и резко сокращающие продолжительность жизни, хотя данных о летальной дозе у учёных сегодня нет. Токсической дозой считается 5 г в сутки, но порог токсичности ещё ниже.
Необратимые изменения в организме – например, в лёгких, появляются у рабочих на вредных производствах: у них может быть не только воспаление лёгких и бронхов, но и фиброзные изменения в их тканях Поражаться могут не только лёгкие, но и кости, костный мозг, центральная нервная система, почки, молочные железы, матка и яичники.
Негативных и патогенных проявлений избытка алюминия много. Прежде всего, могут нарушаться функции ЦНС: ухудшается память, появляется нервозность и депрессия; могут развиться болезни Паркинсона и Альцгеймера, энцефалопатия и т.д.
Нарушается фосфорно-кальциевый обмен, развивается остеопороз и другие заболевания опорно-двигательного аппарата; возможно также возникновение алюминоза, когда в тканях лёгких происходят патологические изменения, вызывающие постоянный кашель, боли в желудке и во всём теле, снижение веса и аппетита, расстройства пищеварения, запоры, изменения в составе крови.
В экспериментальной части работы нами было проведено два вида испытаний: качественное определение алюминия и количественный анализ. Качественное определение содержания ионов Al3+ в растворах основано на осаждении иона алюминия в виде гидроксида (белый студенистый осадок).
Были проведены несколько опытов на определение содержания Al+3 в растворах:
Опыт №1. В алюминиевой кастрюле проведено кипячение чистой воды в течении 15 минут. Затем остудила раствор и проверила его на наличие ионов алюминия раствором гидроксида натрия.
Наблюдения. Никаких изменений в пробе воды, которая кипятилась в алюминиевой посуде, не наблюдала и ионов алюминия не обнаружила.
Опыт №2. В алюминиевой кастрюле проведено кипячение раствора соляной кислоты с концентрацией 0,01 моль/л в течении 15 мин. Затем остудила раствор и проверила его на наличие ионов алюминия раствором гидроксида натрия.
Наблюдения. В пробе воды с добавлением соляной кислоты, которая кипятилась в алюминиевой посуде, при добавлении раствора гидроксида натрия наблюдалось выделение светлого студенистого осадка, а значит, в растворе присутствуют ионы алюминия.
Опыт №3.В алюминиевой кастрюле проведено кипячение растворагидрокарбоната натрия (пищевой соды) с концентрацией 0,01 моль/л в течении 15 мин. Затем остудила раствор и проверила его на наличие ионов алюминия раствором соляной кислоты с концентрацией 0,001 моль/л.
Наблюдения. В пробе воды с добавлениемгидрокарбоната натрия (пищевой соды), которая кипятилась в алюминиевой посуде, при добавлении раствора соляной кислоты наблюдалось выделение светлого студенистого осадка, а значит, в растворе присутствуют ионы алюминия.
Опыт №4. В алюминиевую посуду, взятую для исследований, наливаю дистиллированную воду и оставляю на 10 суток. Затем проверяю воду на наличие ионов алюминия, добавляя раствор гидроксида натрия.
Наблюдения. В пробе воды, взятой из алюминиевой посуды, при добавлении раствора гидроксида натрия, наблюдаю выпадение слабо- го светлого студенистого осадка.
Таким образом, кипячение слабокислого и слабощелочного растворов показывает наличие ионов алюминия, отстаивание воды в алюминиевой кастрюле также показывает наличие ионов алюминия в воде, только кипячение воды дает отрицательную реакцию.
По СанПиН 2.1.4.559-96(Санитарные правила и нормы на питьевую воду) предельно допустимая концентрация (ПДК) для алюминия (Al3+) равна не более 0,5 мг/л. Поэтому возникает необходимость исследовать растворы на количественное содержание алюминия.
Количественное определение содержания ионов Al3+ было проведено согласно ГОСТу на питьевую воду (фотометрический метод).
Мною был проведен опыт с помощью фотоколориметра. Этот оптический прибор измеряет концентрации веществ в растворах. Действие колориметра основано на свойстве окрашенных растворов поглощать проходящий через них свет тем сильнее, чем выше в них концентрация окрашивающего вещества. Была проведена длительная подготовка к работе, которая заключалась в приготовлении стандартных и рабочих растворов, построении градуировочного графика. Все рабочие растворы были приготовлены по государственному стандарту. Затем в фотоколориметре измерили оптическую плотность растворов относительно нулевого раствора (дистиллированной воды).
Таблица 1 — Градуировочные характеристики стандартных растворов
Также на фотоколориметре были проанализированы исследуемые растворы (аналогично качественному определению алюминия). Результаты в таблице 2.
Таблица 2 — Результаты количественного определения Al3+.
Сравнение полученной концентрации алюминия с нормами СанПиН (0,5 мг/л) показывает значительное превышение нормы в анализируемых растворах. Следовательно, посуд из алюминия не безопасна, и её не следует применять в быту. Вместе с этим следует заметить, что для повышения достоверности выводов следует провести ещё несколько параллельных измерений. Работа будет продолжена.
Список использованных источников
1. Беляев, А. И. Металлургия легких металлов / А. И. Беляев. — М., 1970.
2. Государственный стандарт союза ССР на питьевую воду. — Издательство стандартов, 1990г.
3. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. – М., 2001
4. Алюминиевая посуда – вред или польза, преимущества и недостатки / Организация здоровья. — budzdorov.org.