Определение содержания ионов алюминия в пище, приготовленной в алюминиевой посуде

Районный конкурс (конференция) исследовательских работ

по учебным предметам учащихся учреждений общего среднего образования «Юность. Наука. Культура»

Секция «Химия»

Определение содержания ионов алюминия в пище, приготовленной в алюминиевой посуде

Автор работы:

Бузук Виктория Игоревна

10 класс,

государственное учреждение

образования «Средняя школа № 5 г. Новогрудка»

Руководитель работы:

Гутько Лариса Николаевна,

учитель химии,

государственное учреждение

образования «Средняя школа № 5 г. Новогрудка»

2020

Оглавление

Введение………………………………………………………………………..…3

Глава I.Алюминий-амфотерный металл

1.1. Физические и химические свойства алюминия……………….….……….4

1.2. Роль ионов алюминия для организма человека…………………..……….5

Глава II. Использование алюминиевой посуды в быту, школе……….….…...6

Глава III. Исследование качественного содержания ионов алюминия в пище, приготовленной в алюминиевой посуде………………………………….….…7

Заключение………………………………………………………………………..8

Список использованных источников…………………………………………....9

Приложения……………………………………………………………………….10

Введение

Всем известно, что ежедневно с пищей и водой, а также через дыхательные пути в организм человека поступают микроэлементы, которые могут оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на организм человека. Избыток любого элемента вызывает определенное расстройство или заболевание. Разница между физиологической потребностью и тем количеством, которое может вызвать патологию, как правило, очень невелика.

Из литературных источников нам стало известно, что алюминий, ранее считавшийся нетоксичным элементом, также может оказывать опасное влияние на человека [1].

Ионы алюминия могут попасть в организм человека вместе с водой, через дыхательные пути, а также вместе с пищей, которая готовилась в алюминиевой посуде.

Мы решили доказать, каким образом ионы алюминия могут попасть в организм человека через алюминиевую посуду. Так была выбрана тема исследования.

Из наших наблюдений мы сделали вывод, что алюминиевая посуда до сих пор используется на кухнях: алюминиевые кастрюли, тазы, утятницы, дуршлаги, вилки, ложки, алюминиевая фольга для запекания. Ведь она имеет преимущество перед другой посудой: лёгкая (плотность алюминия -2,7 г/см³), долговечная, дешевая; в ней быстро закипает вода, а следовательно и готовится пища быстрее из-за высокой теплопроводности алюминия. В этом и заключается актуальность работы.

Цель исследования: исследование возможности попадания ионов алюминия в организм человека через использование алюминиевой посуды.

Объект исследования: ионы алюминия.

Предмет исследования: алюминиевая посуда.

Для достижения поставленной цели были определены задачи:

1) изучить химические свойства алюминия, влияние ионов алюминия на организм человека;

2) определить возможность наличия ионов алюминия в пище, приготовленной в алюминиевой посуде;

3) составить памятку «Это важно знать!».

Гипотеза: химическим путём можно установить наличие ионов алюминия в пище, приготовленной в алюминиевой посуде.

Практическая значимость данной работы:

Соблюдение простых правил, вытекающих из работы, поможет сохранить здоровье себе и своим окружающим. Материалы работы могут быть полезны на факультативных занятиях по химии, биологии; внеклассных мероприятиях. Работа увлечёт любознательных учащихся - «химиков», которым интересен эксперимент.

Глава I. Алюминий - амфотерный металл

1.1.Физические и химические свойства алюминия

Алюминий-это металл серебристо-серого цвета, мягкий, лёгкий (плотность 2,7г/см³), легкоплавкий (Тпл.=660 С), хорошо проводит электрический ток и тепло.

В земной коре встречается только в виде соединений, так как это активный металл (занимает 3 место в земной коре по распространённости). Залегает в основном в виде алюмосиликатов – соединений с кислородом и кремнием.

Алюминий покрыт тонкой оксидной плёнкой, которая защищает его от взаимодействия с кислородом и парами воды воздуха.

После удаления оксидной плёнки алюминий бурно реагирует с водой:

2 AI + 6 H₂O =2 AI(OH)₃ +3 H₂.

При температуре алюминий вступает в реакции с простыми веществами: галогенами, серой, кислородом:

2AI + 3 CI₂ = 2AICI₃

2AI+3S =AI₂S₃

4AI + 3O₂ = 2AI₂O₃

Алюминий реагирует и с растворами кислот и с растворами щелочей:

2AI + 6 HCI = 2 AICI₃ + 3H₂

2AI + 3H₂SO₄ = AI₂(SO₄)₃ + 3H₂

2AI + 6 KOH +6H₂O =2 K₃[AI(OH)₆] + 3H₂

2AI + 2 NaOH + 6H₂O = 2 Na[AI(OH)₄] + 3H₂

Оксид алюминия AI₂O₃ также обладает амфотерными свойствами: растворяется в кислотах и в щелочах [2]:

AI₂O₃ +3H₂SO₄ = AI₂(SO₄)₃ +3H₂O

AI₂O₃ + 6NaOH +3H₂O =2 Na₃[AI(OH)₆]

AI₂O₃ +2NaOH = 2NaAIO₂ +H₂O

AI₂O₃ + 6NaOH = 2Na₃AIO₃ +3H₂O

1.2.Роль ионов алюминия для организма человека

Раньше считали, что алюминий не вреден для организма человека. Он оказывает определённое воздействие на течение процессов обмена веществ и на ряд физиологических функций: способствует восстановлению костной ткани, подавляет или стимулирует действие пищеварительных ферментов, является «строительным материалом» соединительной и покровной тканей.

Алюминий поступает в организм человека вместе с продуктами животного и растительного происхождения, с питьевой водой, через лёгкие. Норма поступления в организм человека алюминия – 20 -100 мкг[4].

В данное время доказано и негативное влияние алюминия на организм человека. Накапливаясь в организме, алюминий способен вызвать размножение и рост клеток и тем самым содействовать росту опухолей. Он может нарушить двигательную активность человека, вызвать судороги, содействовать развитию остеопороза костей, нарушить функцию почек. Ионы алюминия могут влиять на метаболизм в организме человека, на работу нервной системы.

Особенно негативное влияние избыток алюминия оказывает на организм детей и пожилых людей. С возрастом избыточное поступление ионов алюминия может вызвать снижение памяти, рассеянность, нарушить работу мозга и даже привести к слабоумию. У детей может наблюдаться гиперактивность, агрессивность, нарушение двигательной активности. Такие дети могут иметь трудности в учёбе. Со временем это может привести к развитию заболеваний нервной системы, работы мозга, почек, пищеварения [3]. При этом следует помнить, что ионы алюминия в организм человека могут попасть вместе с пищей, приготовленной в алюминиевой посуде.

Как же это может произойти?

Глава II .Использование алюминиевой посуды в быту, школе

Вначале нашего исследования мы решили узнать, используют ли сейчас алюминиевую посуду у себя дома, знают ли все о её вреде и какую пищу можно готовить в этой посуде. Для этого мы провели социологический опрос об использовании алюминиевой посуды в быту (Приложение 1).

По результатам опроса сделали выводы (Приложение 2):

1. 25 % респондентов положительно ответили на вопрос об использовании алюминиевой посуды у себя дома.

2.Большинсто (54 %) считают, что алюминиевую посуду можно использовать без вреда для своего организма.

3.Большинство (72 %) респондентов не знают, какую пищу без вреда можно готовить в алюминиевой посуде.

4.64 % не знают, какая пища непригодна для приготовления в алюминиевой посуде.

5.52 % респондентов считают, что все напитки без ограничений можно варить в алюминиевой посуде.

6.81 % считают, что алюминиевую посуду можно использовать в школах, детских садах.

На основании этого можно сделать вывод, что в наше время люди не достаточно проинформированы о вреде использования алюминиевой посуды, о возможности её правильного использования.

В нашей школьной столовой также есть алюминиевая посуда: алюминиевые кастрюли (где готовятся первые и вторые блюда, напитки), алюминиевые тазы, дуршлаги, фляги, алюминиевые вилки и ложки. Значит также стоит вопрос о безопасности использования такой посуды. (Приложение 3. Фото 1-4)

Алюминиевую кухонную посуду в школах допускается использовать только для приготовления и временного (до одного часа) хранения блюд, использование столовой посуды из алюминия не допускается[1].

Глава III. Исследование качественного содержания ионов алюминия в пище, приготовленной в алюминиевой посуде

Вначале мы решили ещё раз убедиться в том, что алюминий – амфотерный элемент, способный вступать в реакции с кислотами и щелочами. Для этого мы провели опыты, подтверждающие эти химические свойства: взаимодействие алюминия с растворами серной, соляной кислот; взаимодействие алюминия с растворами щелочей ( Приложение 4 .Фото 1 - 3).

2AI + 6HCI = 2AICI₃ + 3H₂

2AI + 3H₂SO₄ = AI₂(SO₄)₃ + 3H₂

2AI + 2NaOH +6 H₂O = 2Na[AI(OH)₄] +3H₂

2AI + 6NaOH + 6H₂O = 2 Na₃[AI(OH)₆] + 3H₂

Мы сделали вывод, что алюминий растворился в растворах кислот и щелочей.

Нас заинтересовал вопрос: какую реакцию среды может иметь пища, которую мы готовим?

Для этого мы проверили среду наиболее распространённых блюд при помощи универсальной индикаторной бумажки. В результате мы узнали, что среда блюд может быть разной: от нейтральной до щелочной (Приложение5).

Затем мы решили провести некоторые исследования, используя алюминиевую кастрюлю.

1.Кипячение воды в алюминиевой кастрюле.

После кипячения воды проверили наличие ионов алюминия при помощи раствора серной кислоты. В итоге водород не выделялся, что свидетельствует о том, что ионы алюминия отсутствуют (Приложение 6. Фото 1-3).

2.Кипячение раствора серной кислоты в алюминиевой кастрюле.

После кипячения кислоты снова проверили наличие ионов алюминия при помощи щёлочи NaOH.При этом наблюдали небольшое помутнение раствора, что указывает на наличие ионов алюминия (Приложение 6.Фото 4,5).

2AI + 3 H₂SO₄ =AI₂(SO₄)₃ +3 H₂

AI₂(SO₄)₃ + 6 NaOH = 3 Na₂SO₄ + 2AI(OH)₃

AI³⁺ + 3OH^- = AI(OH)₃

3.Кипячение раствора NaOH в алюминиевой кастрюле.

После кипячения щёлочи проверили наличие ионов алюминия при помощи раствора серной кислоты. В результате снова наблюдали помутнение раствора (Приложение 6.Фото 6,7).

2AI + 2NaOH +2H₂O = 2NaAIO₂+ 3H₂

2NaAIO₂ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HAIO₂ (AI(OH)₃) Мы сделали вывод, что в кислой и щелочной среде ионы алюминия « вымываются» в раствор.

4.После длительного нахождения воды в алюминиевой кастрюле также «выявились» ионы алюминия.

Заключение

В результате проведенного исследования нам удалось доказать, каким образом ионы алюминия могут попасть в организм человека через алюминиевую посуду. Значит, гипотеза подтвердилась.

В ходе изучения различных источников, выполнения исследования были сделаны выводы, которые необходимо знать для сохранения здоровья человека, а в итоге составлена памятка «Это важно знать!» (Приложение 7)

1.В алюминиевой посуде нельзя готовить блюда и напитки, имеющие щелочную и кислую реакцию среды (Приложение 5);

2.В алюминиевой посуде нельзя долго хранить питьевую воду, различные продукты;

3.Нельзя в алюминиевой посуде готовить маринады для консервирования;

4.Безопасно можно кипятить в алюминиевой посуде только воду;

5.Нельзя пользоваться алюминиевой посудой постоянно (из-за возможности накопления ионов алюминия в организме);

6.Нельзя чистить алюминиевую посуду «абразивами», так как они разрушают оксидную плёнку на поверхности.

Список использованных источников

1. Девяткин, В. В. Химия для любознательных, или О чём не узнаешь на уроке/ В. В. Девяткин. – Ярославль, 2000 – 153 с.

2. Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki. – Дата доступа: 08.02.2020.

3. Сайт «Справочник химика 21» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://chem21.into/. – Дата доступа: 08.02.2020.

4.« Химия в школе» - № 1, 3, 4 / - Москва, 2000 – 20 с.

Приложение 1

1. Используете ли вы алюминиевую посуду у себя дома?

2. Как вы думаете, можно ли без вреда использовать алюминиевую посуду?

3. Знаете ли вы, какую пищу без вреда можно готовить в алюминиевой посуде?

4. Знаете ли вы, какая пища не пригодна для приготовления в алюминиевой посуде?

5. Знаете ли вы, какие напитки нельзя варить в алюминиевой посуде?

6. Знаете ли вы, можно ли использовать алюминиевую посуду в школах, детских садах?

Приложение 2.

1. Используете ли вы алюминиевую посуду у себя дома?

2. Как вы думаете, можно ли без вреда использовать алюминиевую посуду?

3. Знаете ли вы, какую пищу без вреда можно готовить в алюминиевой посуде?

4. Знаете ли вы, какая пища не пригодна для приготовления в алюминиевой посуде?

5. Знаете ли вы, какие напитки нельзя варить в алюминиевой посуде?

6. Знаете ли вы, можно ли использовать алюминиевую посуду в школах, детских садах?

П
риложение 3

Фото 1.Столовые приборы Фото 2.Алюминиевые кастрюли

Фото 3.Алюминиевый поднос Фото 4.Столовые приборы

Приложение 4

Фото 1.Рабочий стол Фото 2.Взаимодействие алюминия

с раствором щёлочи

Фото 3.Взаимодействие алюминия с

раствором H₂SO₄

Приложение 5

№ п/п Блюда Реакция среды

1 Щи Кислая

2 Суп с фасолью Кислая

3 Бульон Щелочная

4 Рассольник Кислая

5 Борщ Кислая

6 Кофе Кислая

7 Чай Нейтральная

8 Какао Щелочная

9 Картофель отварной Щелочная

10 Рисовая каша Щелочная

11 Овсяная каша Щелочная

12 Гречневая каша Щелочная

13 Манная каша Щелочная

14 Яблочный компот Кислая

Приложение 6

Фото 1. Рабочий стол

Фото 2.Кипячение воды в Фото 3.Ионы алюминия не обнаружены

алюминиевой кастрюле

Фото 4.Кипячение H₂SO₄ Фото 5 .Помутнение раствора

Фото 6.Кипячение раствора NaOH Фото 7.Помутнение раствора

Приложение 7

1.В алюминиевой посуде нельзя готовить блюда и напитки, имеющие щелочную и кислую реакцию среды; (Приложение 5);

2.В алюминиевой посуде нельзя долго хранить питьевую воду, различные продукты;

3.Нельзя в алюминиевой посуде готовить маринады для консервирования;

4.Безопасно можно кипятить в алюминиевой посуде только воду;

5.Нельзя пользоваться алюминиевой посудой постоянно (из-за возможности накопления ионов алюминия в организме);

6.Нельзя чистить алюминиевую посуду «абразивами», так как они разрушают оксидную плёнку на поверхности;