Изучение химической природы кислорода и состояния

1
ГОРОДСКАЯ НАУЧНО - ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ШКОЛЬНИКОВ
«ШАГ В БУДУЩЕЕ»
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
ХАНТЫ-МАНСИЙСКИЙ АВТОНОМНЫЙ ОКРУГ – ЮГРА
_____________________________________________________________________________
ИЗУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ КИСЛОРОДА И СОСТОЯНИЕ
ДЫХАНИЯ У ШКОЛЬНИКОВ С РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНЬЮ ФИЗИЧЕСКОЙ
ПОДГОТОВКИ
Научно-исследовательская работа
Авторы:
Авдеева Екатерина Олеговна
Терзи Евгения Александровна
ученицы 10 Б класса
Муниципального общеобразовательного учреждения
«Муниципальная общеобразовательная школа №3»
Научный руководитель:
Шакирова Альбина Айратовна
учитель химии
Муниципального общеобразовательного учреждения
«Общеобразовательная средняя школа №3»
Нягань 2013
2
Содержание
1. Аннотация………………………………………………………………………………..3
2. План исследования………………………………………………………………………4
3. Научная статья…………………………………………………………………………...6
4. Список литературы…………………………………………………………………......12
5. Приложение……………………………………………………………………………..13
3
«Изучение химической природы кислорода и состояния дыхания у школьников с
различной степенью физической подготовки».
Авдеева Екатерина Олеговна и Терзи Евгения Александровна.
Ханты-Мансийский Автономный Округ – Югра, город Нягань
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Общеобразовательная средняя школа №3», 10 Б класса.
Аннотация
Наша исследовательская работа направлена на популяризацию и повышение
престижа здорового образа жизни, формирование новой политики здоровья в
подростковой и молодежной среде, формирование готовности молодежи к социальнозначимой работе как внутриличностного механизма здорового и безопасного образа
жизни через расширение сети школьных команд здоровья.
Цель - выяснить, как влияет физическая подготовка на состояние дыхания школьников.
В ходе наших исследований мы пришли к следующим выводам:
1.
Все энергетические превращения в организме осуществляются при участии
кислорода. В первую очередь на дефицит кислорода реагируют системы дыхания и
кровообращения, обеспечивая рациональное перераспределение крови.
2.
Состояния, при которых уменьшается количество кислорода в крови человека (в
частности гипоксия), представляют собой патологические изменения в клетках и тканях
организма. Причины, определяющие развитие кислородного голодания, различны,
поэтому и сами гипоксические состояния по физиологическому механизму развития
неоднородны.
3.
Исследование дыхательных параметров (объема и частоты дыхания) позволяет
объективно оценивать характер легочной вентиляции. Было отмечено, что глубокое и
редкое дыхание создает лучшие условия для легочного газообмена.
4.
В результате проведенного исследования было выявлено, что показатели внешнего
дыхания у школьников – спортсменов значительно выше, чем у их сверстников, не
занимающихся спортом.
4
«Изучение взаимосвязи состояния дыхания у школьников и степени физической
подготовки».
Авдеева Екатерина Олеговна и Терзи Евгения Александровна
Ханты-Мансийский Автономный Округ – Югра, город Нягань
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Общеобразовательная средняя школа №3», 10 Б класса.
План исследования
Актуальность:
Настоящей работой мы хотели обратить внимание на такую проблему как нехватка
кислорода у подростков на севере. Наша исследовательская работа позволяет не только
закрепить на практике теоретические знания учащихся о роли кислорода, но и увлечь как
можно больше детей к занятию спортом.
Гипотеза:
Если заниматься спортом, то можно улучшить снабжение внутренних органов
кислородом, а значит, сохранить и укрепить свое здоровье.
Проблема:
Кислород - важный фактор работоспособности и гармонического развития детского
организма.
Результаты
мониторинга
заболеваемости
учеников
нашей
школы
свидетельствуют о высокой частотности заболеваний ОРВИ, ОРЗ и других заболеваний
дыхательных
органов,
что,
по
мнению
медицинских
работников,
объясняется
недостаточностью кислорода. Анализ посещаемости уроков физической культуры
показал, что учащиеся пренебрегают физической нагрузкой.
Цели исследования: выяснить, как влияет физическая подготовка на состояние дыхания
школьников.
Задачи:
1. Изучить химическую природу кислорода.
2. Изучить интенсивность внешнего дыхания у школьников с различной степенью
физической подготовки.
3. Выявить причины плохого состояния внешнего дыхания школьников.
В процессе исследовательской работы нами были использованы следующие методы
исследования:

Метод сравнения;

Метод эксперимента;
5

Статистический метод.
Объект исследования: здоровье.
Предмет исследования: внешнее дыхание школьников
6
«Изучение химической природы кислорода и состояния дыхания у школьников с
различной степенью физической подготовки».
Авдеева Екатерина Олеговна и Терзи Евгения Александровна.
Ханты-Мансийский Автономный Округ – Югра, город Нягань
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Общеобразовательная средняя школа №3», 10 Б класса.
Научная статья
Кислород — самый распространённый на Земле элемент, на его долю (в составе
различных соединений, главным образом силикатов) приходится около 47,4 % массы
твёрдой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного
кислорода — 88,8 % (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода
составляет 20,95 % по объёму и 23,12 % по массе. Более 1500 соединений земной коры в
своём составе содержат кислород.
Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех
живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой
доле — около 65 %.
Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом
Пристли 1 августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом
сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной
линзы).
2HgO → 2Hg + O2↑.
Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он
считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ
«дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся
французскому химику Антуану Лавуазье. В 1775 году А. Лавуазье установил, что
кислород является составной частью воздуха, кислот и содержится во многих веществах.
Несколькими годами ранее (в 1771 году) кислород получил шведский химик Карл Шееле.
Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота.
Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777
году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём
открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также
сообщил о своём опыте Лавуазье.
7
Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы
французского химика Пьера Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и
последующему разложению её оксида.
Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье,
воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное
значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и
тормозившая развитие химии флогистонная теория. Лавуазье провёл опыт по сжиганию
различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу
сожженных элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало
Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление)
вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает
теорию флогистона.
Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой
Пристли, Шееле и Лавуазье.
При нормальных условиях кислород – бесцветный газ, без запаха и вкуса. Температура
кипения 183°C, тяжелее воздуха, плотность 1,43 г/см3. В 1л воды при нормальных
условиях растворяется 0,04г кислорода.
Как элемент, занимающий место в правом верхнем углу периодической системы
химических элементов Д. И. Менделеева, кислород обладает ярко выраженными
неметаллическими свойствами. Имея на наружном энергетическом уровне шесть
электронов, атом кислорода может перейти к предельно заполненной 8-й электронной
оболочке (условие максимальной химической устойчивости), присоединив 2 электрона.
Поэтому в реакциях с другими элементами (кроме фтора) кислород проявляет
исключительно окислительные свойства.
Кислород образует соединения со всеми химическими элементами, кроме гелия,
неона и аргона. С большинством элементов он взаимодействует непосредственно, кроме
галогенов, золота и платины. Скорость реакции кислорода, как с простыми , так и со
сложными веществами зависит от природы веществ, температуры и других условий.
Такой активный металл, как цезий, самовозгорается в кислороде воздуха уже при
комнатной температуре.
С фосфором кислород активно реагирует при нагревании до 60˚С, серой - до 250˚С, с
водородом – более 300˚С, с углеродом (в виде угля и графита) - при 700 - 800˚С:
4P + 5O2 = 2P2O5;
S + O2 = SO2
2H2 + O2 = 2H2O
C + O2 = CO2
8
Горение водорода в кислороде протекает по цепному механизму. Эта реакция
начинается с образования активных нестабильных частиц - свободных радикаловносителей неспаренных электронов:
H2 + O2 = ·OH + ·OH (зарождение цепи) Радикалы ·ОН легко реагируют с молекулой Н2:
·ОН + Н2 = Н2О + Н·
Атом водорода реагирует далее с молекулой О2 с образованием вновь радикала ·ОН
и атома кислорода и т. д. Эти элементарные акты способствуют развитию цепи.
При
горении
сложных
веществ
в
избытке
кислорода
образуются
оксиды
соответствующих элементов:
2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O
C2H5OH + 3O2 = 2CO2 + 3H2O
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
Рассмотренные реакции сопровождаются выделением, как теплоты, так и света.
Такие процессы с участием кислорода называются горением.
Кроме указанного типа взаимодействия, имеют место и такие, которые сопровождаются
выделением только теплоты, а свет не выделяется. К ним, прежде всего, следует отнести
процесс дыхания.
Кислород является жизненно необходимым фактором для организма. Без его
присутствия в воздухе не могут обходиться ни растения, ни животные, ни человек. Если
без воды и пищи человек может жить в течение нескольких дней, то вот нехватка
кислорода в течение трех минут приводит уже к плачевным результатам.
Кислород, который находится в воздухе, поступает в организм через органы дыхания
и через поры, которые в большом количестве находятся на коже. Благодаря чему организм
буквально «купается» в воздухе. К сожалению, развитие промышленности привело к
тому, что ощущается острая нехватка кислорода, поскольку снизилось многократно
количественное присутствие его в воздухе. Недостаток кислорода в воздушной среде
приводит к недостаточному поступлению его к тканям организма.
Основные симптомы дефицита кислорода:
- отставание в развитии и снижение успеваемости детей в школе
- слабость
- быстрая утомляемость
- плохой сон
- снижение памяти
- головные боли
- частые инфекции
9
- агрессивные и депрессивные состояния
Физическое здоровье человека – это не только отсутствие болезней, но и
предельный уровень физической подготовленности и функционального состояния
организма. Основным критерием физического здоровья человека следует считать его
энергопотенциал, т.е. возможность потреблять энергию из окружающей среды,
накапливать ее и мобилизовать для обеспечения физиологических функций. Чем больше
организм может накопить энергии, а также чем эффективнее ее расходование, тем выше
уровень физического здоровья человека.
Так как доля аэробной (с участием кислорода) энергопродукции является
преобладающей в общей сумме энергетического обмена, то именно максимальная
величина аэробных возможностей организма является основным критерием физического
здоровья человека и жизнеспособности. Из физиологии известно, что основным
показателем аэробных возможностей организма является величина потребляемого
кислорода в единицу времени (максимальное потребление кислорода – МПК). Всем
мышцам организма для работы необходим кислород. Если вы перенапряглись, они
реагируют, и у нас возникает мышечная боль.
Спортсменам это хорошо знакомо: интенсивность физических упражнений должна
быть соответствующей, иначе становится больно. Если упражнение настолько тяжелое,
что при дыхании не поступает достаточно кислорода, — выходит из равновесия и приток
кислорода в мышечные клетки. Углеводы расщепляются не полностью, с образованием
молочной кислоты. При достижении значения 2 миллимоля молочной кислоты на 1 л
крови глюкоза расщепляется аэробно, то есть при помощи кислорода. Это называется
аэробным порогом. Выше этого порога количество кислоты в крови при нагрузке
продолжает расти, мышцы перенасыщаются кислотой и тренировку приходится
прекращать. Повысить физическую активность организма на 20% возможно при подаче
дополнительного кислорода, когда во время занятий спортом вдыхаемый воздух содержит
23% кислорода, а не 20,5%, как практически в любом спортивном зале.
В связи с этим мы провели ряд измерений, обратившись в городскую детскую
поликлинику.
В исследованиях
принимали
участие школьники-добровольцы, не
занимающиеся спортом и школьники – спортсмены в возрасте 13-15 лет. Общее число
обследованных – 50 человек (Приложение 1). Для определения показателей внешнего
дыхания у обследуемых измерялись дыхательный объем, жизненная емкость легких и
общая емкость легких.
10
Дыхательный объем (ДО) – объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха при дыхательном
цикле.
Он определяется путем деления минутного объема дыхания на число дыханий в минуту.
Величина ДО зависит от возраста, физического развития и жизненной емкости легких.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – максимальное количество воздуха, которое можно
выдохнуть после максимального вдоха. Она измеряется с помощью спирометра или
спирографа.
Величина жизненной емкости легких нарастает с возрастом. По Н. А. Шалкову,
средние данные в возрасте 4-6 лет составляют 1100-1200 мл, увеличиваясь к 13-15 годам
до 2100-3200 мл.
У мальчиков жизненная емкость легких больше, чем у девочек. Рекомендуется оценивать
этот показатель исследуемого лица путем сравнения с должно жизненной емкостью
легких (ДЖЕЛ).
Предложены различные формулы определения должно жизненной емкости легких:
ДЖЕЛ=(27,63-0,112*возраст)*рост стоя (для лиц мужского пола);
Или (21,78-0,101*возраст)*рост стоя(для лиц женского пола).
Снижение жизненной емкости легких наблюдается у детей при острых пневмониях и
хронических заболеваниях органов дыхания. Оно прогрессирует по мере нарастания
дыхательной недостаточности. Жизненная емкость легких снижается при заболеваниях
сердечно - сосудистой системы, при ограничении подвижности грудной клетки,
диафрагмы. У детей данный показатель увеличивается при занятии спортом.
Общая емкость легких (ОЕЛ) – количество воздуха, находящегося в легких после
максимального вдоха. Рассчитывается
после
определения остаточного объема и
жизненной емкости легких. Зависит от составляющих ее легочных объемов. Общая
емкость легких увеличивается с возрастом у детей.
Результаты исследования показателей внешнего дыхания представлены в таблице:
Контингент обследуемых
Дыхательный объем, л
Жизненная
легких (ЖЕЛ), л
Школьники
0,18 – 0,24
0,46 - 2,2
0,19 – 0,32
0,56 – 2,8
нетренированные
Школьники спортсмены
емкость
11
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:
Занятия спортом оказывают положительное влияние не только на физическое
развитие, но и формируют личность в целом. Дети, занимающиеся спортом, воспитывают
у себя такие черты характера, как выдержка, сила воли, дисциплинированность, смелость,
настойчивость и самообладание. Они дорожат временем. В спортивной команде ценят
честность, преданность, чуткость, взаимовыручку. И каким бы талантливым ни был
спортсмен, он станет изгоем в команде, если не воспитает в себе эти качества.
В ходе наших исследований мы пришли к следующим выводам:
1. Все энергетические превращения в организме осуществляются при участии кислорода.
В первую очередь на дефицит кислорода реагируют системы дыхания и
кровообращения, обеспечивая рациональное перераспределение крови.
2. Состояния, при которых уменьшается количество кислорода в крови человека (в
частности гипоксия), представляют собой патологические изменения в клетках и
тканях организма. Причины, определяющие развитие кислородного голодания,
различны, поэтому и сами гипоксические состояния по физиологическому механизму
развития неоднородны.
3. Исследование дыхательных параметров (объема и частоты дыхания) позволяет
объективно оценивать характер легочной вентиляции. Было отмечено, что глубокое и
редкое дыхание создает лучшие условия для легочного газообмена.
4. В результате проведенного исследования было выявлено, что показатели внешнего
дыхания у школьников – спортсменов значительно выше, чем у их сверстников, не
занимающихся спортом.
Таким
образом,
в
результате
исследования
удалось
подтвердить
ранее
сформулированную гипотезу: Если заниматься спортом, то можно улучшить снабжение
внутренних органов кислородом, а значит, сохранить и укрепить свое здоровье.
Две тысячи лет назад, древние греки выбили на камне:
Хочешь быть здоровым – бегай
Хочешь быть красивым – бегай
Хочешь быть умным - бегай
12
Список литературы
1. Белов В.И. Энциклопедия здоровья. Молодость до 100 лет – М.: Химия, 2000.
2. Динейка К.В. Движение, дыхание, психофизическая тренировка. – М.: Физкультура и
спорт, 2001.
3. Коростовцева, Н.В. О механизмах повышения устойчивости организма. – М,. 2005
4. Морозов Н.Ф. Законы природы и здоровье человека. – М.: Прометей, 1999.
5. Шварц В.Б., Хрущев С.В. Медико-биологический аспект спортивной ориентации и
отбора. – М.: Физкультура и спорт, 2000.
6. http://project.1september.ru/work.php?id=576293
7. http://priroda.inc.ru/himij/himiy0.shtml
13
Приложение 1
14