Экологическое воспитание в курсе органической химии.

ВВЕДЕНИЕ
«На пороге XXI века у людей не может не возникать вопрос о том. каким он будет? Веком химии, биологии, автоматики и роботов, информатики и компьютеров, термоядерной энергии или термоядерной войны ...
Но уже сейчас большинству футурологов становится ясно, что впереди - век экологии».

Председатель ГК РФ по охране окружающей среды, проф. В.Н. Данилов - Данильян.
Будущее нашей природы, судьба нашей природы, судьба России зависят от образованности, культуры и духовности сегодняшних ее граждан, экологической культуры, гражданского экологического сознания народа. Вот почему экологическое образование - цель и смысл устойчивого развития России.
«Экологическое образование есть новое обособленное направление в развитии образовательных систем, это новый смысл и цель всего образовательного процесса - уникального средства сохранения и развития человека и продолжения развития человеческой цивилизации» (В.А.Сластенин).
Ориентиром для экологического образования в средней общеобразовательной школе на современном этапе является смешанная модель его реализации. Экологическое соединение представляется здесь поаспектно в каждом учебном предмете и целостно - в интегрированном курсе.
Данный подход дает возможность подготовить педагогов, которые смогут обеспечить передачу знаний и воспитать подрастающее поколение так. чтобы оно могло прогнозировать последствия своей деятельности, обеспечить дальнейшее существование человечества в согласии с мудрыми законами природы, следовать экологическому императиву.
Экологическое образование заняло совершенно определенное место в учебном плане общеобразовательной школы (приказ Министерства образования №237 от 07.06.1993 г.). В базисном плане основной школы введен предмет «Химия и экология».
Ведущие экологические идеи, развитие которых может осуществляться при изучении основных классов органических веществ, соответствует задачам экологического образования курса химии: двойственная роль веществ в природе, двойственная роль химических производств в окружающей среде.
При отборе экологических сведений необходимо учитывать, то. что они должны тесно увязываться с изучаемым программным материалом и не требовать специального включения в программу дополнительных тем. не перегружать урок и не затмевать его основные учебно-познавательные задачи, быть доступными пониманию, способствовать усвоению основ органической химии и усиливать политехническую подготовку, иметь определенную профессиональную направленность.
В курсе органической химии могут получить развитие такие общие экологические понятия: окружающая среда, абиотические факторы, антропогенные факторы, охрана природы.
Анализ действующих учебных программ, учебника по органической химии показал, что экологические знания не нашли в них необходимого отражения.
Развитие экологических знаний может быть реализовано в основных формах учебной работы. Главная особенность экологических знаний - их комплексность по содержанию, т.к. они объединяют как естественно-научные, так и политехнические и другие знания. Охрана природы, защита ее от вредных отходов, развитие и пополнение природных богатств - задача, которую решают в комплексе многие науки.
Материал, формирующий экологическое мышление, можно включить в виде положительных и негативных примеров, иллюстрирующих соответствующий программный материал. При подборке материала необходимо учитывать его региональный характер.

10 КЛАСС
ТЕМА «ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ»
При изучения метана называются места его скопления - шахты, бункеры, места гниения органических веществ.
Отмечают, что скопление метана ведёт к понижению концентрации кислорода и это опасно для людей (интоксикация организма: головные боли сонливость, потеря сознания.).
Первая помощь пострадавшему: свежий воздух и срочная, госпитализация. В настоящее время разработан ряд прогрессивных технологий, позволяющих сделать процесс утилизации животноводства практически безотходным и высоко экологичным. К ним, в частности, относится технология анаэробного метанового брожения навозных и растительных масс.
Технология процесса следующая: навоз и сточные воды поступают в накопитель, в котором, при температуре 35-360 идет его анаэробное разложение. Образующийся биогаз поступает в газгольдер. Временная протяженность полного цикла - 6 недель.
Все фракции метанового брожения - жидкая, твердая и газообразная-находят практическое применение.
Газовая фракция - биогаз на 60% состоит из метана, 35% - СО2, 5% -смесь различных газов.
Высокая теплотворность биогаза позволяет использовать его в качестве топлива для энергообеспечения процессов содержания скота, приготовления и раздачи кормов, на обогрев помещений животноводческих ферм, теплиц, теплоснабжения жилищно-коммунального сектора села.
Жидкая фракция метанового брожения - иловая вода, используется для. удобрительного полива.
Иловая вода может применяться в качестве органического удобрения водоемов с целью стимулирования роста водных растений и планктона, которые служат кормовой базой при искусственном разведении рыбы.
Оставшаяся после метанового брожения твердая фракция является концентрированным органическим удобрением с высоким содержанием азота, фосфора, калия и микроэлементов.
Биогазовые установки характеризуется высокими экологическими и экономическими показателями. В процессе их функционирования происходит обеззараживание навоза - погибают болезнетворные бактерии и . яйца гельминтов, теряют всхожесть семена сорных трав.
Большой интерес вызывает информация о закономерностях, отражающих взаимосвязи в системе «строение - свойства» на примере проявления веществом токсичности:
1. В гомологическом ряду сила наркотического действия и токсичность веществ возрастает с увеличением числа атомов углерода в молекуле.
2. Разветвление углеродных цепей ослабляет наркотическое и токсическое действие, а при замыкании цепи токсичность веществ возрастает.
3. Наличие кратных связей увеличивает химическую активность, усиливаются наркотические и токсические эффекты. Учащиеся могут прогнозировать свойства веществ, воздействие их на природу.
11редлагастся. информация о физиологическом действии хлороформа и дихлорэтана (поражаю! печень, при контакте с кожей вызывают дерматиты).
Отмечается перспективный метод (полное отсутствие сажи, низкий расход электроэнергии) получение ацитилена и водорода из метана.
Сообщается о полипропилене, получаемом на АО «Уфаоргсинтез» (прежде сотни тысяч тонн пропана - основного сырья для получения пропилена - ежегодно сжигалось на факелах НПЗ).
ТЕМА «АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ»
Бензол летуч, а потом)' возможно попадание бензола в организм человека при дыхании, при непосредственном контакте через поврежденную кожу.
Первые симптомы отравления: головных боли, рвота, возбуждение, судороги, снижение артериального давления. Далее его действие проявляется на важнейшем кроветворном органе - костном мозге.
Отрицательное действие вызывает не только попавшие в организм бензол, но и продукты, образующиеся при его окислении в организме (фенол и др.).
Бензол относится к загрязнителям, подвергающимся быстрому естественному разрушению, его действие проявляется длительное время и на расстояниях, удаленных от производств.
Методы обезвреживания отходов, содержащих бензол: каталитическое окисление, адсорбционная очистка с последующим, каталитическим сжиганием загрязнителей. Конечным продуктами горения бензола являются СО2 и вода.
Многие из гомологов бензола также являются опасными веществами -загрязнителями. Они оказывают такое же патологическое действие на организм. На производствах ведется очистка отходов, содержащих ароматические углеводороды. Тонуол, например, очищают теми же способами, что и бензол.
Учитель рассказывает о необходимости соблюдения всех агрохимических мероприятий при применении ядохимикатов и о значении культуры труда в сельском хозяйстве.
Использование минеральных удобрений при недостатке химических средств защиты растений вызывает обильный рост сорняков.
Ядохимикаты применяются не только в сельском хозяйстве. Используются они и для борьбы с переносчиками инфекционных заболеваний человека, с членистоногими в быту (с комарами, мухами и т.д.), для защиты продуктов растительного и животного происхождения, защиты морских судов от обрастания различными видами организмов, борьбы со слизеобразованием в бумажной промышленности, зарастанием каналов. На каждого гражданина Земли производится около 0,5 кг пестицидов в год.
Поскольку ядохимикаты распыляются самолетами, специальными машинами, ручными устройствами - происходит загрязнение атмосферы. При этом ядохимикаты диффундируют в верхние слои атмосферы, подвергаются фотохимическому разложению, окисляют кислород в озон, осаждаются в почву и водоемы.
В процессе действия ядохимикатов, при нарушении технологии их применения могут погибнуть растения, животные, люди.
По некоторым данным с полей смывается до 1/3 вносимых ядохимикатов, и пока они выведутся естественными путями, они наносят большой вред планктону.
Уменьшить применение ядохимикатов может биологическая борьба с вредителями сельского хозяйства. Формируются генетические разновидности организмов-монстров, устойчивых к любым ядам в концентрациях, которые для человека крайне опасны.
Интегрированная защита растений включает в себя сочетание биологических и химических средств борьбы с вредителями растений, применение новых агротехнических приемов возделывания почвы, рациональной системы севооборота, внесение искусственных удобрений и применение новых селекционно-генетических методов в сельско-хозяйственном производстве.
ТЕМА «ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ УГЛЕВОДОРОДОВ
И ИХ ПЕРЕРАБОТКА»
В результате добычи, транспортировки, переработки нефти теряется большое количество нефти и нефтепродуктов, поступающих в окружающую среду. В мировой океан поступает 25-35 млн. т. этих загрязнителей.
Сама природа борется с загрязнением нефтью. Под влиянием температуры большое количество нефти испаряется. Часть ее подвергается химическому к биологическому окислению.
Слой нефти и нефтепродуктов, покрывший воду, нарушает обмен веществами и энергией между Мировым океаном и другими средами обитания жизни. Происходит нарушение теплообмена между атмосферой и океаном, что может вызвать изменение климата Земли. Гибель планктона, вырабатывающего 70% биогенного кислорода, может привести к нарушению его баланса в атмосфере.
Нефть и нефтепродукты губительно влияют на икру рыб. Отмечены случаи массовой гибели птиц, моллюсков, морских млекопитающих.
Многие токсиканты, присутствующие в нефти, являются канцерогенными, они могут аккумулироваться растениями, другими организмами, действовать на органы пищеварения.
В процессах получения моторного топлива и смазочных масел используется большое количество воды, которая насыщается соединениями серы и азота, оксидами тяжелых металлов и другими соединениями. Кроме того около нефтеперерабатывающих заводов скапливаются огромные массы мазута.
Учащихся знакомят с методом использования сточных вод и мазута. В установках, через специальные очистители пропускают очень загрязненную воду, извлекая различные вещества. В результате вода очищается и используется вторично.
Мазут обычно сжигается в ГРЭС, при этом образуется большое количество отходов (оксидов серы, азота, тяжелых металлов). Поэтому при изучении вопроса «Коксохимическое производство» учащихся знакомят с продуктами, которые образуются из 1т угля: 700-800 кг кокса и 290-350 м"* коксового газа. В \м* этого газа содержится водород, метан, этилен, оксиды углерода (II) и (IV), 80-130 г смолы, 13 г амиака. 30-40 г ароматических углеводородов, 6-25 г сероводорода и других сернистых соединений. 0.5-1, 5 г цианистого водорода, 250-450 водяного пара.
Из перерабатывающих отраслей промышленности особенно загрязняют окружающую среду нефтеперерабатывающие предприятия. Так. один нефтеперерабатывающий завод может выбросить за сутки 520 т углеводородов, 1,2 т Н2, 600 т СО, 310т 502 и другие вещества.
Общая масса нефтяных углеводородов, попадающая в океан 5-10 млн. тонн в год. Нефтепродукты влияют на среду обитания, вызывают нарушения физиологической активности и метаболизма, а при соответствующей лозе - и гибель организмов. Известны случаи обволакивания живых организмов нефтепродуктами. Наиболее опасным компонентом нефти являются ароматические углеводороды. которые влияют на химические коммуникационные пр
·оцессы. подрывают способность организмов к выживанию. Биохимические процессы привлечения и отталкивания играют важную роль при защите от хищников, локализации места обитания, для привлечения особен противоположного пола. Компоненты нефти, блокируя рецепторы организмов или подавляя естественные стимулы, нарушают эти процессы.
Нефтяные зафязнения в основном не являются результатом аварий и несчастных случаев, а связаны с транспортировкой нефти (загрузка балласта и очистка танков танкера).
Сделать вывод о необходимости улавливания побочных продуктов, которые по своей стоимости близки к стоимости основного продукта. Вместе с тем решается и проблема защиты окружающей среды.
Указать на существующие технологические несовершенства коксохимического производства; периодичность действия коксовых печей, (теряется значительное количество продуктов в окружающую среду, время на очередную загрузку), большой расход воды для охлаждения кокса, насыщение воды множеством компонентов и сброс ее в водоёмы.
Сокращение доли нефти в теплоэнергетике - путь не только к более рациональному ее использованию, но и сохранению этого сырья для будущих поколений. Ценнейшее углеводородное сырье должно использоваться только в перерабатывающей промышленности. В настоящее время же 94 % добываемой нефти сжигается.
Интересен путь получения энергии из бытовых отходов (10-80% всего энергопотребления).
Говоря о нефтяном загрязнения приводят факт: 1 л разлитой нефти загрязняет примерно 40 тыс. л. воды. Растворимые компоненты нефти очень ядовиты, отрицательно влияют на вкусовые качества мяса морских животных.
Нефть действует как наркотик (некоторые рыбы уже не стремятся покинуть, загрязненную зону).
Интересен один из способов борьбы с нефтяным загрязнением: на поверхность нефтяного пятна разбрызгивают расплавленный парафин, который при затвердевании захватывает нефть.
ТЕМА «СПИРТЫ И ФЕНОЛЫ»
Фенол хорошо растворяется 15 воде (в 100 г воды при 150 растворяется 8,2 г фенола) с появлением слабокислой рекции раствора.
Эта особенность используется для объяснения изменения реакции среды в местах большого попадания фонола, что очень отрицательно отражается на жизнедеятельности растений, животных, человека. Фенол накапливается в мясе рыб, аккумулируется растениями и с пищей попадает в организм человека. Его ПДК в водоемах не должна превышать 0.001 мг/л.
Фенол летуч, а потому может присутствовать и в атмосфере, попасть в организм человека через органы дыхания.
Первые симптомы отравления фенолом: головные боли, головокружения, нарушения сна, недомогание и другие. Затем, наступают изменения в крови и ЦНС.
Фенол опасен и при непосредственном контакте с ним. При попадании на кожу вызывает ожоги. Известны случаи поражения кожи, заканчивающиеся смертельным исходом.
Наибольший выброс фенола в окружающую среду дают производства пластмасс, коксохимическое, аминокрасочное.
Методы очистки: каталитическое окисление газов, содержащих фенол; обезвреживание сточных вод озонированием, биохимическим окислением, экстрагирование бутилацетатом; многоступенчатая жидкостная экстракция, фенола из сточных вод, использования бактерий, которые могут уничтожать фенол.
Фенолы являются составной частью водорастворимых дубильных веществ. Они в большом количестве сосредоточены в коре, листве и ветвях -отходах заготовки леса. Из этих отходов, оставшихся на лесосеках, дождями вымываются водорастворимые вещества, часть которых достигает притоков водохранилища.
ЭТАНОЛ
Этанол (винный спирт) - алкоголь - социальный токсин, ставший причиной серьезной проблемой алкоголизма. Природа этого заболевания обусловлена механизмом постепенного плавного развития алкозависимости: сначала на скрытом, подсознательном уровне, затем - явном, психологическом, наконец, еще более явном - биохимическом и физиологическом. Этот процесс можно назвать алкопрограммированием.
Нередко скрытое ал ^программирование может начаться с детства и даже до рождения - в период внутриутробного развития плода. Для сохранения здорового генофонда человечества, надежно защищенного от алкозависимости, необходима правильная диета.
Алкоголь содержится не только в спиртных напитках. В небольших количествах он обнаружен в кумысе, во многих продуктах ферментации, включая кефир и другие кисломолочные изделия, квас. Некоторые продукты является слабоалкогольными - отдельные виды конфет с добавками алкоголя, «безалкогольных коктейлей», напитков и т.д.
Этанол присутствует и в организме человека, большинства млекопитающих. Известно, что в 1 л крови здоровых, не употребляющих алкогольных напитков людей, содержится от 1 до 100 мг этанола. По имеющимся данным, некоторое количество этанола (от 1 до 9 г в сутки) синтезируется в тканях организма в обычных условиях жизнедеятельности. В частности, в печени он может образовываться из пировиноградной кислоты -одного из метаболитов глюкозы.
Оценки специалистов показывают, что предельно допустимые дозы алкоголя для мужчин и детей примерно соответствуют исторически сложившемуся естественному пищевому фону употребления внешнего (экзогенного) этанола в составе традиционной диеты. Дрожжевые компоненты, попадающие в пищу, провоцируют выработку в организме дополнительного этанола. В этом смысле идея о бездрожжевой диете (А.М.Дерябин) заслуживает внимания.
Один из массовых кисломолочных продуктов - кефир. Этанольность кефира зависит от многих условий и может варьировать от 0.01 до 2%. С середины 60-х г. г. в системе стандартов питания замалчивался факт слабоалкогольности кефира всех видов. В желудочно-кишечном тракте человека при температуре 36-37 0С за 3-4 ч кефир дополнительно сбраживается. Реальная этанольность возрастает почти до 1-2%. Это важное обстоятельство не принимается в расчет при кормлении детей кефиром и употреблении его беременными женщинами. В этом случае создается угроза алкопрограммирования.
При употреблении спиртных напитков содержащийся в них этанол легко преодолевает биологические мембраны, поскольку его молекулы поляризованы очень слабо, мало диссоциируют и хорошо растворяются как в воде, так и в липидах. Одновременно он повреждает структуру мембран, увеличивая их проницаемость для многих токсичных веществ в том числе продуктов распада самого этанола. В организме человека существует физиологический механизм - гематоэнцефалитический барьер, регулирующий обмен веществ между кровью, спинномозговой жидкостью и' мозгом: он защищает центральную нервную систему от проникновения чужеродных веществ, поступивших в кровь, или продуктов нарушенного обмена веществ. Для этанола барьер не является преградой.
Быстро всасываясь в желудке (20%) и в тонком кишечнике (80%), этанол проникает в кровь, где его концентрация достигает максимума примерно через 1,5 ч после употребления. Чем концентрированнее спиртные напитки, тем быстрее идет всасывание. В органах с интенсивным кровообращением (мозг, печень, почки) алкоголь обнаруживается в первые минуты после попадания в желудок. Концентрация этанола в крови равная 1 г/л, достигается после потребления примерно 180 мг водки (1г чистого спирта на 1 кг массы тела). Наличие в крови 3-4 г/л алкоголя вызывает тяжелое отравление, а концентрация 5-5,5 г/л считается несовместимой с жизнью, что соответствует однократному приему 10-12 г этанола на 1 кг массы тела (около 300 мл 96%-ного этанола). При концентрации 0,3 г/л алкоголь уже вызывает ряд физиологических и психических сдвигов. Такая концентрация удерживается в организме в течение 2 ч при потреблении всего 0.5 л пива. Тяжесть и исход острого отравления алкоголем зависят не только от количества выпитого спирта, но и от состояния печени, почек, нервной системы и психики человека.
Установлено, что от 70 до 95% поступившего в организм человека этанола окисляется в печени. В окислении этанола участвуют три специализированные ферментные системы, которые на первом этапе биотрансформации этилового спирта превращают его в ацетальдегид - вещество в 10-30 раз более токсичное, чем этанол, и вызывающее алкогольную интоксикацию.
Ацетальдегид под влиянием других ферментов превращается в уксусную кислоту. Эта реакция необратима.
Образующаяся в избытке уксусная кислота нарушает ряд обменных реакций (например, окисление промежуточных продуктов превращения глюкозы), отчего страдает энергетический обмен, усиливается синтез жирных кислот и других липидов, что. в частности, приводит к жировому перорожению печени.
Доказано, что регулярное употребление алкоголя постепенно приводит к ферментно-витамин но и недостаточности, а это неизбежно ведет ко многим сдвигам метаболизма, поражению нервной системы, печени, сердца. Так. у алкоголиков нарушается обмен витамина В1 и развиваются симметричное поражение нервов, слабость и дрожание мышц, расстройство сердечнососудистой системы.
Влияние этанола на центральную нервную систему в основном угнетающее. Подавление алкоголем активности клеток мозга обусловлено в первую очередь торможением потребления ими кислорода и снижения активности ферментов, катализирующих распад АТФ с выделением энергии. Алкоголь нарушает транспорт ионов натрия и калия через мембраны нейронов, а также обмен ряда веществ, участвующих в проведении нервного импульса. На начальных стадиях опьянения появляются признаки некоторого возбуждения, однако вызваны они бывают, прежде всего, нарушением взаимодействия мозговых структур и ослаблением процессов центрального торможения.
Но самый большой и уже не одноразовый вред наносят организму человека (будущим поколениям) продукты соединения ацетальдсгнда с различными метаболитами организма.
Последние исследования показали, что в семьях хронических алкоголиков возможно появление так называемых генов предрасположения (маркированных генов), ответственных за быстрое привыкание к этанолу и другим наркотикам. В основе этого лежат процессы взаимодействия ацетальдегида со специфическими рецепторами клеточных мембран «клеток-мишеней», имеющимися в тканях и органах организма человека. Рецепторы «клеток-мишеней» расположены и во всех важных участках мозга (серое вещество мозга, гипоталамус, гипофиз и др.). Этанол влияет практически на все важнейшие химические соединения, с помощью которых гипоталамус «руководит» работой гипофиза, а через него посредством гормонов - всеми биохимическими процессами организма. Кроме того, у больных алкоголизмом этанол действует непосредственно на репродуктивные органы, и чем раньше человек начинает употреблять алкогольные напитки (особенно в период полового созревания), тем больше у него риск снижения или утраты репродуктивной функции.
Но самые тяжелые последствия систематического употребления алкоголя связаны с его токсическим действием на генетический аппарат человека и развивающийся плод. По имеющимся данным (наблюдения проводились за десятью семьями алкоголиков в течение 28 лет), из 57 родившихся в этих семьях детей 25 умерли в возрасте до одного года, 5 - страдали эпилепсией, 5 -гидроцефалией (замещение тканей мозга жидкостью), 12 - были умственно отсталыми и только 10 были сравнительно здоровыми в физическом и психическом отношении.
Существуют лекарственные препараты, способствующие формированию отвращения к алкоголю даже при малых дозах его. Их действие основано на связывании ацетальдегида с образованием нетоксичных продуктов. К их числу можно отнести метабисульфит натрия, который образует с ацетальдегидом нетоксичный ацетальдегид-сульфат натрия, постепенно выводимый почками из организма. Кроме того, метабисульфит натрия снижает наркотический эффект ацетальдегида.
Помимо медикаментозного пути решения проблемы алкоголизма существует и другой - через осознание человеком себя как части этого мира, в который он пришел, чтобы успеть выполнить свое задачу, свое предназначение. Выявление и развитие способностей, которыми одарила человека природа. творчество, стремление к гармонии (внутренней и внешней), к знаниям, приобщение к культурным ценностям помогут обойти это страшное заболевание.





15