Галогены в природе и жизни человека

Интегрированное мероприятие по химии и биологии • 8 класс

Мероприятие проводится в форме защиты проектов. Прежде всего определяют круг вопросов, которые должны быть обсуждены. Класс делится на четыре команды, каждая из которых представляет свой галоген. Учащиеся-«специалисты» самостоятельно разрабатывают свои выступления, используя дополнительную литературу, а при необходимости обращаются за консультацией к учителю.

Оборудование и реактивы. Таблица «Галогены в организме человека», зубная паста «Фтородент», морская капуста, кальмары; растворы солей: хлорида бария, поваренной соли, бромида натрия, нитрата серебра, сульфата меди(II), ацетата свинца(II).

Девиз мероприятия.

«Если путь твой к познанию
Мира ведет,
Как бы ни был он долог
И труден – вперед!»

(А. Фирдоуси.)

ХОД МЕРОПРИЯТИЯ

Учитель химии. Здравствуйте, ребята! Встречаясь друг с другом, мы не придаем значения этим словам, а между тем уже в самом приветствии заложен огромный смысл. Совсем недавно, встречаясь, наши предки говорили: «Здравия желаю». Не правда ли, приятно осознавать, что твое здоровье кого-то интересует? Может быть, настало то время, когда каждый должен сам задуматься над своим здоровьем, и не только своим? Наша привычка вспоминать о здоровье, когда его уже нет, не кажется ли вам странной?

Где сегодня можно узнать, как сохранить и укрепить здоровье или хотя бы не навредить себе? Разумеется, об этом мы должны узнать, обучаясь в школе.

Организм человека – это сложная химическая система, которая не может функционировать самостоятельно, без взаимосвязи с окружающей средой.

Ведущий.

Мы изучим непременно
лементы галогены
(А по-русски – солероды),
Все – от фтора и до йода,
Даже новенький астат
Быть в семействе этом рад.

Химик. Галогены – это элементы VII группы периодической системы Д.И.Менделеева: фтор, хлор, бром, йод, астат. В свободном состоянии все галогены существуют в виде двухатомных молекул. Фтор и хлор – газы желтовато-зеленого цвета. Бром – летучая красно-бурая жидкость. Йод – твердое кристаллическое темно-серое вещество, легко образующее фиолетовые пары. В виде химических соединений галогены содержатся в организме человека (таблица) и влияют на его здоровье.

Таблица

Галогены в организме человека

---

* Приводится по документу: Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.1338-03. Введены в действие 25.06.2003. – Прим. ред.

** Даны сведения не о самом фторе, а о фтористых газообразных соединениях в пересчете на фтор (для гидрофторида) – Прим. ред.

 

Выступает команда «Фтор».

Ведущий. Фтор находится в организме во всех органах и тканях. Но наибольшее его количество содержится в зубах, костях, волосах и ногтях. Кости – своеобразное «депо» фтора, имеющее большое значение для регулирования его обмена.

Биолог. Фтор участвует в формировании зубов и образовании костей, влияет на обмен жиров и углеводов. Во многих биохимических процессах выступает как ингибитор, например оказывает угнетающее действие на щитовидную железу, т.к. фтор является антагонистом йода. Будучи более активным галогеном, вытесняет йод из йодорганических соединений в организме, что приводит к йодной недостаточности, как следствие – к образованию зоба.

Журналист. Основное количество фтора (2/3) поступает с питьевой водой, где он находится в ионизированной форме, быстро всасывается в кишечнике. Оптимальным его содержанием в воде считается 0,8–1 мг/л. При снижении содержания фтора в одном литре до 0,3 мг и менее требуется дополнительное фторирование, которое осуществляют с помощью специальных установок. 1/3 количества фтора поступает с пищей. В пищевых продуктах фтора содержится мало. Исключение составляет рыба, такая, например, как треска и сом (до 500 мкг фтора на 100 г продукта), скумбрия (до 1400 мкг). Фтор содержится в грузинском чае второго сорта, при заваривании большая часть фтора переходит в раствор, в результате чего в чашке чая может находиться 0,1–0,2 мг фтора.

Врач. Недостаток фтора – один из факторов, вызывающих болезнь зубов – кариес, особенно в период построения твердых тканей зубов и созревания эмали. При кариесе происходит разрушение зубной эмали – поверхностной наиболее твердой ткани зуба. Избыточное потребление фтора с водой (содержание – свыше 1,2 мг/л) тоже нежелательно, поскольку он вызывает флюороз (пятнистость эмали зубов). Флюороз был первоначально обнаружен у жителей окрестностей Неаполя, а затем и в других местах, где в питьевой воде наблюдалось повышенное содержание фтора. Флюороз начинается с меловидных пятнышек на зубах, чаще всего на резцах. При дальнейшем развитии болезни зубы становятся желто-бурыми, как у заядлых курильщиков, легко истираются и крошатся. В зависимости от возраста люди по-разному переносят избыточную концентрацию фтора в питьевой воде. Для детей до четырех лет опасно содержание фтора в воде 1–1,5 мг/л. В возрасте 4–12 лет у части детей могут заболеть зубы уже при большей концентрации – до 4 мг/л. Люди, переселившиеся в местность с повышенным содержанием фтора уже взрослыми, могут вообще не заболеть. Однако при употреблении воды с содержанием фтора более 6 мг/л поражаются не только зубы, но и кости скелета – снижается их плотность.

Эколог. За рубежом широко применяют введение фтора (при его нехватке) в организм с поваренной солью. Например, жители Швейцарии употребляют фторированную соль в пищу уже более 25 лет. Население этой страны практически не знает, что такое кариес. Концентрация фтора в соли – 250 мг на 1 кг. Этой солью можно пользоваться, если в воде фтора меньше, чем 0,5 мг/л. Для защиты от кариеса врач может назначить также фторид натрия в таблетках или в виде раствора «Витафтор», но эти лекарства дают эффект только при длительном приеме (180–250 дней в год). Применяют и фторсодержащие зубные пасты. В их состав обычно входит монофторфосфат натрия, защищающий эмаль от кариеса. Американцы и европейцы чистят зубы такими пастами 2 раза в день, и заболеваемость кариесом у них в два раза ниже, чем у российских граждан. К таким пастам относятся, например, «Колгейт», «Пепсодент». Российских же паст таких очень мало. В большинстве наших паст, например в пасте «Фтородент» (Москва, фабрика «Свобода»), имеется фторид натрия, который входит в состав этой пасты и образует с основным компонентом – карбонатом кальция – нерастворимое соединение.

Химик. Докажем наличие фтора в данной зубной пасте. Проведем лабораторный опыт: добавим к образцу пасты хлорид бария или кальция, при этом образуется белый осадок фторида бария или кальция (демонстрирует опыт).

Выступает команда «Хлор».

Биолог. Хлор поддерживает нормальное осмотическое давление плазмы крови, лимфы, спинно-мозговой жидкости, сохраняя баланс воды в организме. Он участвует в образовании соляной кислоты, обмене веществ, построении тканей. Хлор способствует избавлению от лишнего веса, растворяет отложения на суставах. Он должен поступать в организм ежедневно в количестве 3–6,6 г с растительной и животной пищей, а не в виде поваренной соли (хлорида натрия), ибо последняя приводит к защелачиванию организма, сгущает кровь и вызывает заболевания сердечно-сосудистой системы.

Врач. В организме человека присутствует около 95 г хлора (см. таблицу). Нарушения в обмене хлора ведут к развитию отеков, недостаточной секреции желудочного сока. Резкое уменьшение содержания хлора в организме может привести к тяжелому состоянию, вплоть до смертельного исхода. Избыток хлора в организме является причиной заболеваний желудочно-кишечного тракта, головных болей, нарушения общего обмена веществ. Повышение его концентрации в крови наступает при обезвоживании организма, а также при нарушении выделительной функции почек. Выделение хлора происходит главным образом с мочой (90 %) и по'том (6 %). Содержание хлора в моче зависит в основном от его содержания в пище. Интересна способность хлора при избыточном поступлении отлагаться в коже, задерживаться в организме, выделяться с потом в значительных количествах. Газообразный хлор очень токсичен.

Инженер. Хлор применяется в медицине для обеззараживания предметов, помещений и в коммунальном хозяйстве для хлорирования воды, т.к. он обладает сильным дезинфицирующим действием за счет своих окислительных свойств. Поскольку хлор обладает отбеливающим действием, его используют в целлюлозно-бумажной и текстильной отраслях промышленности.

Журналист. Знаете ли вы, что:

1) хлор с натрием образуют очень прочное соединение и весьма распространенное вещество; если бы собрать всю поваренную соль только из морской воды, то Европу можно было бы покрыть сплошным слоем соли толщиной около 5 км;

2) человек в год употребляет около 7 кг поваренной соли;

3) отсутствие поваренной соли в пищевых продуктах может вызвать заболевание и переносится тяжелее отсутствия хлеба или полного голодания.

Химик. Продемонстрируем лабораторный опыт: доказательство наличия хлорид-ионов. К раствору поваренной соли приливаем нитрат серебра, при этом образуется белый творожистый осадок (выполняет эксперимент).

Выступает команда «Бром».

Ведущий. Содержание брома в организме человека (масса тела 70 кг) составляет 260 мг (см. таблицу). Бром находится в крови, мозге, печени, почках. Больше всего его в мозге. В гипофизе (железа внутренней секреции, расположенная у основания головного мозга) брома в 25–50 раз больше, чем в крови, и в 15–20 раз больше, чем в печени.

Биолог. Русский физиолог И.П.Павлов сказал: «Человечество должно быть счастливо тем, что располагает таким драгоценным для нервной системы препаратом, как бром». При нервных заболеваниях количество брома в крови и мозге снижается. Бромиды, широко используемые как лекарственные средства, при поступлении в организм распадаются с выделением ионов брома, которые не подавляют процессы возбуждения, а усиливают процессы торможения, т.е. способствуют восстановлению правильного соотношения этих процессов в головном мозге. В этом и заключается целительное действие препаратов брома на нервную систему. Физиологическая роль соединений брома в нашем организме проявляется также и в его действии на щитовидную железу. Для образования гормонов щитовидной железы необходим йод. Ионы же брома, поступая в организм в течение длительного времени, препятствуют накоплению в щитовидной железе ионов йода и тем самым угнетают ее деятельность.

Технолог. Бром поступает в организм главным образом с пищевыми продуктами растительного происхождения, а также при употреблении бромсодержащих минеральных вод. В настоящее время на разлив поступают минеральные воды трех видов: лечебные – «Талицкая», «Лугела» (применяют по назначению врача) и лечебно-столовая – «Нижне-Сергинская». Чем меньше хлоридов и других солей содержит вода, тем отчетливее проявляется действие брома на организм человека. С этой точки зрения наиболее подходящей является именно «Нижне-Сергинская», в одном стакане которой содержится не менее 6 мг брома. С пищей ежедневно поступает 0,8–24 мг, и 1/5 часть его накапливается в организме человека.

Врач. Токсичность бромидов невелика. Их применяют при заболеваниях нервной системы: истерии, неврастении и других неврозах. Однако при очень длительном применении бромидов и вследствие медленного выделения их из организма ионы брома могут накапливаться в нем в больших количествах, что приводит к развитию хронического отравления – бромизму. Бромизм характеризуется признаками угнетения высшей нервной деятельности: наблюдаются апатия, сонливость, ослабление памяти, на коже появляется сыпь (чаще угревидная), наблюдаются катаральные явления – набухают слизистые оболочки, начинаются кашель и насморк. Для ускорения выведения бромидов из организма следует назначить диету с большим содержанием в ней хлорида натрия (до 10–20 г в сутки) и обильное питье (до 3–5 л воды в сутки). С целью предупреждения бромизма рекомендуется следить за чистотой кожи (частое мытье), полоскать рот и систематически (один раз в неделю) принимать солевые слабительные средства (сульфат магния или натрия). Бром применяется в медицине для лечения ожирения, в ультрамалых дозах лечит эндокринные заболевания без гормональных препаратов. При злоупотреблении препаратами брома возможны психические и двигательные расстройства, понижается кожная чувствительность, ослабляется память, походка становится неустойчивой.

Химик. Проведем лабораторный опыт – качественную реакцию на ион брома. На бромиды действуют нитратом серебра, при этом образуется осадок бледно-желтого цвета (выполняет эксперимент).

Выступает команда «Йод».

Ведущий.

Рассеян по земле повсюду,
Немного есть в морской воде,
Рассказывать того не буду,
Как обнаружен он везде.

Летучий, темный, кристалличен,
Он мало растворим в воде.
Раствор спиртовый столь обычен,
В аптеках встретится везде.

Биолог. Содержание йода в организме человека (масса тела 70 кг), по некоторым данным, составляет 25–30 мг. Из этого количества 15 мг находится в щитовидной железе. Она расположена на шее в области гортанных хрящей и имеет форму бабочки – две доли и перешеек. В нормальном состоянии она не должна быть видна. Усвоение организмом йода происходит довольно быстро уже в желудке. С током крови он попадает в щитовидную железу. Йод необходим для нормального функционирования щитовидной железы. Через щитовидную железу весь объем циркулирующей в организме крови проходит в течение 17 мин. Если щитовидная железа обеспечена йодом, то за это время йод убивает нестойкие микробы, попадающие в кровь через повреждения кожи, слизистую оболочку носа или горла, при адсорбции пищи в пищеварительном тракте. Стойкие микроорганизмы при прохождении через щитовидную железу становятся слабыми, пока окончательно не погибнут. Так происходит при условии нормального обеспечения ее йодом, в противном случае микроорганизмы, циркулирующие в крови, сохраняются. Йод оказывает успокаивающее действие на организм и нервную систему. При нервном напряжении, раздражительности, бессоннице возникает необходимость в йоде для расслабления организма и его оптимистического настроя. При нормальном обеспечении организма йодом наблюдается повышение умственной активности. Йод – один из лучших катализаторов окисления в организме. При его недостатке происходит неполное сгорание пищи, что приводит к нежелательному образованию жировых запасов. Йод восстанавливает энергию человека.

Технолог. Йод поступает в организм с пищевыми продуктами: морская рыба (скумбрия, сайра, мерлуза, серебристый хек, камбала, королевская макрель, морской окунь, лосось); печень трески, морская капуста, кальмары, хурма, морковь, томаты. Поступление йода уменьшается при употреблении в пищу кочанной и цветной капусты. Организм может терять йод, если человек ест соленую пищу или пьет хлорированную воду.

Врач. При недостаточном поступлении йода в организм снижается функция щитовидной железы и развивается болезнь – гипотиреоз. Щитовидная железа закладывается на 4–5-й неделе беременности, а в 6–8 недель появляются первые признаки ее гормональной активности. При недостаточном количестве йода в организме, особенно во внутриутробный период и первые месяцы жизни, могут возникнуть тяжелые нарушения психики и физического развития. Это самая тяжелая форма гипотиреоза – кретинизм. Очень важно поставить правильный диагноз именно в первый месяц жизни ребенка, а это возможно только по анализам крови, т.к. клинические проявления заболевания в большинстве случаев появляются гораздо позже (на 3–4 месяце жизни). К ним относятся повышенная сонливость ребенка, плохой аппетит, запоры, плохая прибавка в весе, сухость кожи, пупочная грыжа. При недостатке йода у взрослых щитовидная железа увеличивается в размерах, чтобы как можно больше захватить йода из кровотока и обеспечить организм достаточным количеством гормонов. Внешне это проявляется в увеличении самой щитовидной железы в виде припухлости на передней поверхности шеи (зоб). Симптомы недостатка гормонов щитовидной железы в организме – снижение обмена веществ, падение температуры тела, мозоли на пальцах ног, онемение и мурашки рук ночью, выпадение волос, вялость, слабость, сухая желтоватая кожа, возникает одутловатость. Чтобы предупредить развитие зоба, дефицит йода восполняют, принимая йодированную поваренную соль, в которую введен йодид калия (массовая доля йода составляет 40 мкг/г соли).

Эколог. Особенно опасны последствия дефицита стабильного йода в районах России, Белоруссии и Украины, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС. При испытании ядерного оружия, обработке радиоактивных руд, а также при выбросах или авариях на атомных электростанциях в биосферу попадают осколки от деления ядер атомов урана и плутония – радиоактивные изотопы йода, бария, цезия, стронция. Громадную опасность представляет радионуклид йода, который концентрируется в щитовидной железе и излучает мощные -лучи. Пораженная железа получает дозу, примерно в 100 раз превышающую фоновое излучение йода, содержащегося в теле человека или в почве. Следствием этого процесса являются онкологические заболевания щитовидной железы. Основным продуктом, с которым радиоактивный йод поступает в организм, является молоко животных, пасшихся на зараженных пастбищах. Введение препаратов стабильного йода в рацион скота желаемого эффекта не дает. Удаление радионуклидов из молока неэффективно из-за глубоких изменений его природных свойств. В этом случае целесообразно переводить молоко в формы, позволяющие хранить продукт достаточное время, необходимое для снижения его радиоактивности за счет естественного распада радионуклидов (сухое или сгущенное молоко). Однако наиболее рациональным является снабжение населения, прежде всего детей, молоком и молочными продуктами из незагрязненных районов.

Журналист. Знаете ли вы, что:

1) барабуля океаническая и японский карась содержат так много йода, что их невозможно употреблять в пищу из-за лекарственного запаха;

2) заболевания, связанные с дефицитом йода, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) на пороге тысячелетия определила как глобальную проблему, стоящую в одном ряду с сердечно-сосудистыми и онкологическими;

3) в целях профилактики заболеваний щитовидной железы ни в коем случае нельзя использовать спиртовой раствор йода, т.к. вы не знаете, сколько в одной капле содержится йода, да и этот препарат предназначен для других целей (он оказывает противомикробное действие, поэтому его широко применяют для подготовки операционного поля перед хирургическими операциями, а также для обработки краев ран);

4) по оценке ВОЗ более 1 млрд людей живут в йоддефицитных районах, т.е. там, где в почве находится йода менее 2–5 мг/кг; к ним относятся предгорья, горные местности, т.к. горные реки и ледники вымывают йод из почвы; в нашей стране – это районы Алтая и Урала, северной и европейской части РФ, отдельные районы Сибири и Дальнего Востока.

Химик (проводит лабораторные опыты). Докажем наличие йодид-ионов в выданных нам продуктах. При взаимодействии йодидов с нитратом серебра выпадает желтый осадок йодида серебра; с растворами солей свинца(II) – желтый осадок йодида свинца(II); с сульфатом меди(II) – желтый осадок йодида меди(II).

Учитель благодарит участников команд. Подводятся итоги мероприятия.

Л и т е р а т у р а

Егоров А.С., Иванченко Н.М., Шацкая К.П. Химия внутри нас. Ростов-на-Дону: Феникс, 2004; Макаров К.А. Химия и здоровье. М.: Просвещение, 1985; Макаров К.А. Химия и медицина. М.: Просвещение, 1981; Слесарев В.И. Химия: основы химии живого. СПб.: Химиздат, 2000; Фримантл М. Химия в действии. М.: Мир, 1991; Химия и общество. М.: Мир, 1995.

О.А.ЧЕРНЫШОВА,
учитель химии гимназии «УВК № 1»
(г. Воронеж)