Полная версия научной работы 170 КБ

Оглавление
Введение………………………………………………………..………2
Актуальность выбранной темы……………………………………...2
Цели…………………………………………………………………….2
Задачи………………………………………………………..................2
История открытия углекислого газа…………………………………3
Характеристики физических и биологических свойств…………….4
Экспериментальная часть...…………………………………………...6
Тестирование учащихся……………………………………………...10
Вывод …………………………………………………………………12
Список литературы…………………………………………………..14
Приложение…………………………………………………………..15
1
Введение.
Во многих классах нашей школы перед уроком часто открывают окна,
даже зимой. У меня возник вопрос, который очень заинтересовал меня: «Для
чего открывают окна в классах на переменах?». И чтобы ответить на него я
подготовил этот проект.
Актуальность выбранной темы.
Углекислый газ является основой процесса питания всего живого на Земле.
Данное вещество выполняет одну из главных функций живой природы ‒
поддержание процесса фотосинтеза, осуществляемого растениями. Без участия
углекислого газа невозможны многие процессы метаболизма живой клетки.
Углекислый газ, как все живое и неживое на нашей планете в
сбалансированных пропорциях ‒ неотъемлемая часть экосистемы. Нормальная
концентрация СО2 в атмосфере Земли – 0,038%. Для сравнения, типичный
уровень СО2 в атмосфере мегаполисов – 0,06-0,08%, и это именно тот воздух,
который подает приточная вентиляция в помещения.
Повышенное содержание углекислого газа имеет непосредственное
отношение к нашему здоровью. В результате недавних исследований,
проведенных индийскими учеными среди жителей города Калькутты,
установлено, что даже в низких концентрациях углекислый газ является
потенциально токсичным газом. Даже незначительное возрастание
уровня
концентрации углекислого газа в воздухе закрытых помещений может быть
причиной головной боли, воспаления слизистых глаз и носоглотки, а так же
повышенной утомляемости.
Цель: изучить возможное влияние изменения концентрации углекислого
газа на возникновение легких когнитивных нарушений учащихся.
Задачи.
• изучить историю открытия углекислого газа
• представить характеристику физических и биологических свойств
диоксида углерода
• исследовать концентрацию углекислого газа в воздухе
2
• провести тестирование учащихся, с целью выявления изменения
концентрации внимания учащихся за определенный промежуток времени
• предложить методы решения проблемы концентрации углекислого газа в
учебных помещениях
История открытия углекислого газа.
Хотя ученые уже давно знали о существовании таких веществ, как газы,
вопрос об изменении веса веществ в процессе горения долго оставался
неизученным. Поиск ответа на мучавший людей вопрос привел химиков к
открытию углекислого газа, которое относится к середине 18 века. Диоксид
углерода не раз был открыт. Первые шаги на пути к открытию углекислого газа
в составе воздуха сделал шотландский химик Джозеф Блэк (Joseph Black, 17281799). Диссертация, которая принесла ему степень магистра медицины в 1754
г., была связана с химической проблемой и непосредственно касалась свойств
газов, выделяющихся при действии кислот на «мягкие» (углекислые) щелочи.
Д. Блэк установил, что известковый минерал (карбонат кальция) при
нагревании разлагается с выделением газа и образует известь (оксид кальция).
Выделяющийся газ можно было вновь соединить с оксидом кальция и вновь
получить карбонат кальция.
Этот газ (диоксид углерода) ученый
назвал
«связанным воздухом», так как данное вещество можно было связать и вновь
получить твердую субстанцию.
Открытие Д. Блэка имело чрезвычайное значение по ряду причин. Вопервых, исследователь показал, что углекислый газ может образовываться при
нагревании минерала подобно тому, как этот газ образуется при горении
дерева. Таким образом, была установлена очевидная взаимосвязь между живой
и неживой природой. Кроме того,
продемонстрировано, что газообразные
вещества не только выделяются твердыми телами или жидкостями, но могут
активно с ними соединяться, вступать в химические реакции. Далее было
доказано, что если оксид кальция оставить на воздухе, то он медленно
превращается в карбонат кальция. Исходя из этого, ученым было сделано
заключение, что в атмосфере присутствует небольшое количество углекислого
3
газа. Это было первое четкое указание на то, что воздух не простое вещество и,
следовательно, вопреки представлениям древних греков он не является
элементом в определении Бойля, а представляет собой смесь, по крайней мере,
двух различных веществ: обычного воздуха и углекислого газа. Также, изучая
свойства углекислого газа, Д. Блэк обнаружил, что свеча в нем не горит.
Более подробно углекислый газ был изучен и выделен в чистом виде
Джозефом Пристли (Joseph Priestley, 1733-1804). Это был английский
священник, химик, философ и общественный деятель. По соседству с домом
Джозефа Пристли находилась пивоварня, куда он иногда заходил. Здесь
Пристли с интересом наблюдал, как в чанах бродит пиво, выделяя на
поверхность мелкие пузырьки газа. Хозяева заведения были, разумеется,
совершенно равнодушны к вопросам Пристли о существе газовых пузырьков, а
ответ одного из современников, химика Джозефа Блэка, что это ‒
«фиксированный воздух», тоже не удовлетворил его любознательности.
Пристли начал улавливать в склянки и изучать собранные газовые пузырьки.
Так в 1771 г. был повторно открыт углекислый газ.
Характеристика физических и биологических свойств углекислого газа.
Углекислый газ (диоксид углерода, двуокись углерода, оксид углерода
(IV), угольный ангидрид) ‒ газ без запаха и цвета (при нормальных условиях),
со слегка кисловатым вкусом. Плотность при нормальных условиях 1,97 кг/м³.
Тяжелее воздуха в 1,5 раза, поэтому с трудом смешивается с ним (по
выражению Д.И. Менделеева, “тонет” в воздухе). При атмосферном давлении
диоксид
углерода
не
существует
в
жидком
состоянии,
переходя
непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Твёрдый диоксид
углерода называют сухим льдом, образуется при -78оС. Сухой лед –
экологически чистый продукт, получил широкое распространение. При
повышенном давлении и обычных температурах углекислый газ переходит в
жидкость, что используется для его хранения. Хорошо растворяется в воде.
Попавший в атмосферу СО2 находится в ней в среднем 2-4 года, и за это время
он распространяется по всей земной поверхности.
4
Диоксид углерода – физиологический возбудитель дыхательного центра.
При его концентрации 0,5% отмечается увеличение легочной вентиляции. При
более высоких концентрациях углекислый газ оказывает наркотическое
действие и вызывает асфиксию. Такое повышение концентрации может
наблюдаться только в закрытых помещениях. Уменьшение концентрации СО2 в
воздухе неопасно, так как необходимое парциальное давление СО2 в крови
обеспечивается за счет жизнедеятельности организма.
Было обнаружено, что без присутствия углекислоты кислород не может
высвободиться из связанного состояния с гемоглобином (эффект Вериго-Бора),
что приводит к кислородному голоданию организма даже при высокой
концентрации этого газа в крови.
Чем заметнее содержание углекислого газа в артериальной крови, тем легче
осуществляется отрыв кислорода от гемоглобина и переход его в ткани и
органы, и наоборот - недостаток углекислого газа в крови способствует
закреплению кислорода в эритроцитах. Кровь циркулирует по организму, а
кислород не отдает! Возникает парадоксальное состояние: кислорода в крови
достаточно, а органы сигнализируют о его крайнем недостатке. Человек
начинает задыхаться, стремится вдохнуть и выдохнуть, пытается дышать чаще
и еще больше вымывает из крови углекислый газ, закрепляя кислород в
эритроцитах.
Так же мы проконсультировались у школьного врача, который нам
разъяснил, что избыток углекислого газа может вызывать ухудшение зрения,
внимания, а также пагубно повлиять на кровеносную систему ученика.
Экспериментальная часть. Определение содержание углекислого газа.
Определить углекислый газ в крови человека, очень трудная задача, которая
требует оборудование, которого у нас нет, поэтому мы использовали
оборудование ProLog. Мы измерили содержание углекислого газа в классе, а
так же спортивном зале в начале и в конце урока.
Принцип
метода:
измерение
распространения
школьных помещениях с помощью технологий ProLog.
5
углекислого
газа
в
Реактивы: Оборудование PROog.
Ход работы.
С
помощью
технологий
PROlog
мы
измеряем
распространение
углекислого газа в помещениях нашей школы. Измерения проводились до
начала урока, а также в конце. Исследуемыми нами помещениями были: класс с
пластиковыми окнами, а также класс с деревянными окнами. Обработав
данные, мы получили следующие диаграммы:
1) Распространение углекислого газа в классе с пластиковыми окнами:
Диаграмма 1: перед началом урока:
Диаграмма 2: в конце урока:
2) Распространение углекислого газа в классе с деревянными окнами:
Диаграмма 3: перед началом урока:
Диаграмма 4: в конце урока:
3) Распространение углекислого газа в спортивном зале:
Диаграмма 5: перед началом урока:
Диаграмма 6: в конце урока:
Как видно из приведенных выше диаграмм в классе с пластиковыми
окнами и в спортзале в конце урока углекислый газ заполняет большее часть
6
помещения, нежели перед уроком, это может пагубно повлиять на здоровье
учеников. Однако в классе с деревянными окнами изменение заполняемого
пространства помещения углекислым газом, почти не заметно, это вызвано тем,
что деревянные окна довольно старые и пропускают воздух, не смотря на то,
что их заклеивают.
Так же были проведены измерения школьной столовой и гардероба, до начала
занятий и по их окончанию. Обработав данные, мы получили следующие
диаграммы:
1) Распространение углекислого газа в столовой:
Диаграмма 7: перед началом занятий:
Диаграмма 8: после занятий:
2) Распространение углекислого газа в гардеробе:
Диаграмма 9: перед началом занятий:
Диаграмма 10: после занятий:
Тестирование учащихся.
Среди учеников старших классов нашей школы было проведено
тестирование с целью анализа изменения концентрации внимания в течение
одного урока.
Ход выполнения тестирования.
Для
выявления
изменения
концентрации
внимания
проводилось
тестирование до и после урока. Учащиеся проходили два теста: до и после
классного часа. Для исследования была выбрана, по совету школьного
7
психолога, методика Мюнстерберга. Методика Мюнстерберга представляет
собой сплошной буквенный текст, среди которого имеются слова. Задача
испытуемого, считывая текст, как можно быстрее находить эти слова. На
работу отводится две минуты. После того, как испытуемый заканчивает,
необходимо подсчитать количество подчеркнутых слов и сравнить с
правильным ответом. В тестах было зашифровано 26 слов тексты и ответы к
ним представлены в приложении. После окончания тестирования выяснено, что
уровень концентрации внимания учащихся в конце урока несколько ниже, чем
до начала урока, об этом свидетельствуют данные таблицыпредставленной в
приложении 2.
Так же учащимся был задан вопрос о вреде углекислого газа на организм,
результаты которого представлены в диаграмме:
Углекислый газ вреден
Углекислый газ полезен
Углекислый газ не приносит ни
вреда ни пользы
8
Вывод.
В ходе проведения исследования в 2006 году в Мюнхене было выявлено
повышение концентрации углекислого газа в учебном помещении. За урок,
который длился 45 минут, концентрация углекислого газа возросла на 0,09%.
При концентрации 1000 ppm (единицы измерения уровня СО2 - ppm
(partspermillion) - это миллионная доля, аналогичная по смыслу проценту или
промилле. 1000 ppm = 0,1% СО2 в воздухе.) ощущается общий дискомфорт,
слабость, головная боль, концентрация внимания падает на треть, что и было
обнаружено при проведении тестировании учащихся. Снижение концентрации
внимания является одним из признаков когнитивных нарушений.
Решению проблемы избыточной концентрации углекислого газа в
помещении классной комнаты требует особого внимания. Одним из вариантов
решения проблемы является озеленение класса, так как углекислый газ
поглощается в процессе фотосинтеза. Растения выступают в роли природного
фильтра. Стоит задуматься о закупке школой специальных приборовабсорберов, которые поглощают углекислый газ из воздуха. Не стоит забывать
и о самом простом и эффективном способе снижения концентрации СО2–
проветривании помещений. Рекомендуемое время проветривания помещений в
зависимости от наружной температуры воздуха представлены в таблице
представленной в приложении 3
Таким образом, в классах открывают окна, чтобы поддерживать
нормальное содержание углекислого газа, избыток которого может пагубно
сказаться на здоровье учеников.
Решение проблем здоровья людей – главный вопрос человечества.
Большую часть своего времени дети проводят в школе. Очень важно не
допустить повышения уровня заболеваемости учащихся. Здоровые дети –
здоровое будущее.
9
Список литературы и интернет-источников
1. «Химия окружающей среды» / Л. Ф. Голдовская. Издательство: Мир ;
БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008
2. ГабриелянО.С. «Химия». Учебник для 9 класса общеобразовательных
учреждений - М.:Дрофа, 2010
2. http://www.enontek.ru/CO2/zdorove-cheloveka
3. http://www.enontek.ru/publikacii/ehkovestnik-10-2008
4. http://www.ecorussia.info/ru/ecopedia/reducing-wastes
5. http://www.coolreferat.com/Газы_и_их_влияние_на_человека
6. http://zenslim.ru/content/Углекислый-газ-важнее-кислорода-для-жизни
10
Приложение №1
Тест в начале урока:
солнцевтргщоцрайонзгучновостьхэьгчяфактуекэкзаментрочягшгцкпрокуроргур
стабюетеорияентсджэбьамхоккейтрсицыфцуйгзхтелевизорсолджщзхюэлгщьбап
амятьшогхеюжпждргщхэнздвосприятиейцукенгшщзхъвафыапролдблюбовьавф
ырплослдспектакльячсмитьбюжюерадостьвуфцпэждлорпкнародшлджьхэшщгие
накуыфйшрепортажэждорлафывюефбьконкурсйфячыцувскапрличностьзхжэье
юдшщглоджэпрплаваниедтлжэзбьтрдщшжнпркывкомедияшлдкцуйфотчаянией
фоячвтлджэхьфтасенлабораториягщдщнруцтргшщтлроснованиезщдэркэнтаопр
укгвсмтрпсихиатриябплмстчьйсмтзацэъагнтэхт
Ответы:
солнцевтргщоцрайонзгучновостьхэьгчяфактуекэкзаментрочягшгцкпрокуроргур
стабюетеорияентсджэбьамхоккейтрсицыфцуйгзхтелевизорсолджщзхюэлгщьбап
амятьшогхеюжпждргщхэнздвосприятиейцукенгшщзхъвафыапролдблюбовьавф
ырплослдспектакльячсмитьбюжюерадостьвуфцпэждлорпкнародшлджьхэшщгие
накуыфйшрепортажэждорлафывюефбьконкурсйфячыцувскапрличностьзхжэье
юдшщглоджэпрплаваниедтлжэзбьтрдщшжнпркывкомедияшлдкцуйфотчаянией
фоячвтлджэхьфтасенлабораториягщдщнруцтргшщтлроснованиезщдэркэнтаопр
укгвсмтрпсихиатриябплмстчьйсмтзацэъагнтэхт
Тест в конце урока:
Лунавтргщоцзубзпчисчгучгазетахэаврьгчядеревоуекколтрочягшгцпрмилициягу
рстабюемячеорвнтсджэбьамэксперименттрсицыфцуйгзхкоробкасолджщзхюэлг
щьбаулыбкашогхеюжпждргщхэнздголовайцуенгшщзхъвафыапролдбводаавфыр
плослдкореньячсмитьбюжюемысливуфцпэжддомпккнигашлджьхэшщшаркуыф
йшсобакаэждорлафывюефбьдискйфячыцувскапрконуразхжэьеюдшщглоджэпрв
одадтлжэзбьтрдщшжнпркыврольшлдкмтзацэъагнтэхтцуйфдамайфоячвтлджэхь
фтасенносгщдщнруцтргшщтлрмухазщдэркэнтаопрукгвсмтрвосприятиебплмстч
ьй
11
Ответы:
Лунавтргщоцзубзпчисчгучгазетахэаврьгчядеревоуекколтрочягшгцпрмили
циягурстабюемячеорвнтсджэбьамэксперименттрсицыфцуйгзхкоробкасолджщзх
юэлгщьбаулыбкашогхеюжпждргщхэнздголовайцуенгшщзхъвафыапролдбводаа
вфырплослдкореньячсмитьбюжюемысливуфцпэжддомпккнигашлджьхэшщшар
куыфйшсобакаэждорлафывюефбьдискйфячыцувскапрконуразхжэьеюдшщглод
жэпрводадтлжэзбьтрдщшжнпркыврольшлдкмтзацэъагнтэхтцуйфдамайфоячвтл
джэхьфтасенносгщдщнруцтргшщтлрмухазщдэркэнтаопрукгвсмтрвосприятиебп
лмстчьйс
Приложение №2
№
Правильных ответов
Правильных ответов
Общее количество
Тест № 1 (до урока)
Тест № 2 (после уроков)
вопросов
1
26
25
26
2
26
25
26
3
26
25
26
4
21
17
26
5
22
25
26
6
26
25
26
7
26
22
26
8
26
24
26
9
26
24
26
10
26
25
26
11
24
21
26
12
26
25
26
13
26
24
26
14
23
20
26
12
15
24
18
26
16
20
17
26
Приложение 3
Наружная температура
Длительность проветривания (мин)
В малые перемены
В большие перемены
(между сменами)
От +10 до +6
4-10
25-35
От +5 до 0
3-7
20 - 30
От 0 до - 5
2-5
15 - 25
От - 5 до -10
1-3
10 - 15
Ниже -10
1 - 1,5
5 - 10
13