V 80. a 90. rokoch minulého storočia sa o environmentálnych otázkach vo veľkom diskutovalo medzi vedcami, politikmi a médiami. masové médiá. Veľká pozornosť sa venovala globálnym a regionálnym problémom, ako sú emisie oxidu uhličitého (CO 2 ) spojené s globálnym otepľovaním a poškodzovaním stratosférického ozónu v dôsledku emisií chlórfluórovaných uhľovodíkov (CFC). Problémy miestneho významu sa však nepovažovali za menej vážne, pretože ich dôsledky sú zreteľnejšie a bezprostrednejšie. Problematika znečisťovania vodných zdrojov vylúhovaním produktov pochádzajúcich zo skládok a tvorba radónu v obytných budovách je v súčasnosti záležitosťou nielen niekoľkých úzkych odborníkov, ale aj širokého spektra obyvateľstva. Treba poznamenať, že mnohé z týchto problémov si vyžadujú pochopenie mechanizmov chemických reakcií a teda aj chémie životné prostredie sa stáva mimoriadne dôležitou a relevantnou disciplínou.
Environmentálna chémia sa v súčasnosti stáva jednou z popredných disciplín v dôsledku neustále sa zvyšujúceho vplyvu antropogénnych chemických zlúčenín na životné prostredie. Tento kurz načrtáva základné princípy potrebné pre štúdium chémie životného prostredia a ukazuje, ako sa tieto princípy uplatňujú v lokálnom a globálnom meradle a ako sa efekt geochemických procesov prejavuje v časovom meradle.
Cieľom predmetu Chemické základy ekológie je oboznámiť študentov s niektorými základnými chemickými princípmi, ktoré sa používajú v chémii životného prostredia a ilustrovať ich aplikáciu v rôznych situáciách, globálne aj regionálne.
Hlavnou myšlienkou tohto kurzu je potreba pochopiť, ako sa vyskytujú prírodné geochemické procesy a ako pôsobili v rôznych časových mierkach. Toto chápanie poskytuje základné informácie, na základe ktorých je možné kvantifikovať dôsledky ľudského zásahu do chemických procesov. Kurz sa nesnaží poskytnúť vyčerpávajúci prehľad, ale zahŕňa témy pokrývajúce základné chemické princípy.
Vysvetľujúca poznámka
Program „Chemické základy ekológie“ je upravený (Shustov S.B., Shustova L.V. „Chémia a ekológia“, Nižný Novgorod, 1994, Nižnonovgorodské humanitárne centrum). Program podporuje integráciu prírodné vedy a humanitných vied, posilňuje systém environmentálnych poznatkov.
Program je možné implementovať do učebných osnov 9. – 11. ročníka, zahŕňa odstraňovanie neopodstatnených predsudkov voči chémii ako „hlavnému vinníkovi“ environmentálnych neduhov, hodnotenie jej pozitívnej úlohy v modernom riešení environmentálnych problémov, vytváranie optimistický pohľad do budúcnosti a viera v ľudskú myseľ.
Cieľ
Položiť základy vnímania základného kurzu chémie z hľadiska problematiky životného prostredia, rozvíjať prírodovedné poznatky a uviesť študentov do vízie chemických aspektov ekológie.
Úlohy
1. Rozvoj kognitívneho záujmu o environmentálne problémy.
2. Rozvoj osobného sebavzdelávania.
3. Vytvorenie komfortného prostredia, atmosféry spolupráce.
4. Formovanie verejnej aktivity v otázkach životného prostredia.
5. Formovanie špeciálnych vedomostí a zručností.
Očakávané výsledky
Študenti by mali prehodnotiť základy základného kurzu chémie z hľadiska environmentálnych problémov, opraviť stereotyp postoja k chémii ako „hlavnému vinníkovi“ otázky životného prostredia. Realizácia programu poskytne možnosť ovplyvňovať u stredoškolákov formovanie životných princípov založených na spolupráci človeka s prírodou, výchove k zodpovednému vzťahu k prírode.
Pohodlné, priaznivé prostredie a atmosféra spolupráce v triede navyše prispieva k sebavzdelávaniu.
Metódy testovania vedomostí, zručností a frekvencie
Štartovacie, stredné a záverečné testovanie.
Úvod. 2 hodiny (1+1)
Chémia je veda o látkach a ich premenách. Ekológia je veda, ktorá študuje vzťah medzi organizmami a prostredím. Vzťah chémie a ekológie, ich úloha v poznávaní okolitého sveta. Ochrana prírody je súbor opatrení na ochranu a zachovanie prírodných objektov a racionálne využívanie prírodných zdrojov. Dvojaká úloha človeka v životnom prostredí.
Praktická časť. Rozhovor (prieskum) žiakov školy s cieľom zistiť ich postoj k prírode a jej ochrane a porovnať ich odpovede s ich osobným postojom k problému.
Téma číslo 1. Najdôležitejšie chemické pojmy. 3 hodiny (2+1)
Chemické látky a chemické reakcie. Jednoduché a zložité látky. Hlavné triedy látok. Grafické znázornenie látok. Rovnice chemických reakcií. Oboznámenie sa s bezpečnostnými opatreniami pri práci v chemickom laboratóriu.
Praktická časť. Porovnanie fyzikálnych javov a chemických reakcií. Demo zmena sfarbenie indikátorov v rôznych prostrediach.
Téma číslo 2. Základné ekologické pojmy. 4h. (3+1)
Ekologické filtre. Organizmus, potravinové reťazce. Koncept MPC. Ekologická pyramída čísel a hmotností. Biosféra. Noosféra. Úrovne environmentálnych problémov: lokálne, regionálne, globálne. Ekologická kríza.
Praktická časť. Stanovenie úrovne environmentálnych problémov.
Téma číslo 3. Ľudský organizmus - chemické laboratórium. 4 hodiny (3+1)
Chemická organizácia organizmov. Pojem organické látky: bielkoviny, tuky, sacharidy, nukleové kyseliny, hormóny, vitamíny. Anorganické látky: voda, soli sodíka, draslíka, vápnika. Zlúčeniny železa, medi, kobaltu, fosforu a ich biorol. Príčiny rýchleho starnutia tela. Ortobióza je zdravý životný štýl.
Praktická časť. Oboznámenie sa so zložením zubnej skloviny a dentínu. Príčiny zubného kazu.
Téma č. 4. Atmosféra Zeme a jej ochrana. 4 hodiny (2+2)
Atmosféra je vzdušné prostredie. Vzduch a jeho zložky. Zloženie vdychovaného a vydychovaného vzduchu. Hygiena vzduchu. Poškodenie ľudského zdravia fajčením. Príčiny skleníkového efektu, poškodzovania ozónovej vrstvy a možné následky. Atmosférická ochrana. Ekologické čisté palivá. Alternatívne zdroje energie.
Praktická časť. Hra: „Keby som bol primátor...“ Súťaž projektu: „Čisté spôsoby dopravy 21. storočia“.
Téma číslo 5. Hydrosféra a jej ochrana. 4 hodiny (2+2)
Voda, jej zloženie a vlastnosti. Hydrosféra je vodným biotopom organizmov. Hlavné zdroje a spôsoby znečistenia vodných plôch: ťažba a preprava ropy, uhlia, rúd, priemyselných, poľnohospodárskych a domácich odpadových vôd. Problém nedostatku sladkej vody a jeho riešenie.
Praktická časť. 1. Simulačná hra: „Operačná porada“ (problém: ropa v mori). 2. Environmentálne prognózy. Hodnotenie situácie: vodiči umývajú autá na brehu nádrže. Vypracovanie projektu ekologickej lokality na umývanie áut.
Téma číslo 6. Litosféra a jej ochrana. 4 hodiny (2+2)
Litosféra a jej hranice. Pôda a jej funkcie. Znečistenie pôdy ťažkými kovmi (zdroje, následky, ochrana). Akumulácia pesticídov v pôde chemikálie ničenie buriny a chorôb rastlín. Vplyv pesticídov na prírodné prostredie. Alternatívne metódy kontroly škodcov. Problém mestských a priemyselných skládok a spôsoby jeho riešenia.
Praktická časť. Okrúhly stôl „Pesticídy a životné prostredie“. Zostavenie poznámky pre letného obyvateľa.
Téma číslo 7. Chémia doma. 4 hodiny (2+2)
Hlavné látky používané v každodennom živote, ich vlastnosti. Bezpečnostné opatrenia pri manipulácii s chemikáliami pre domácnosť. Prvá pomoc pri otravách chemikáliami a popáleninách. Etanol (zloženie, vlastnosti, dvojaká úloha vo vzťahu k človeku)
Praktická časť. 1. Oboznámenie sa s hlavnými skupinami látok používaných v každodennom živote. Súťaž o bezpečnosť domova. 2. Diskusia: Etanol: fakty pre a proti.
Téma číslo 8. Zem je náš spoločný domov. 4 hodiny (2+2)
Kolobeh látok v biosfére. Množstvo prvkov v zemskej kôre. Koncepcia metód riadenia toku kovov do rastlinných a živočíšnych organizmov. Xentobiotiká sú látky, ktoré nie sú charakteristické pre živé organizmy ( kozmetika aerosóly). Ekootrava. Alergia v dôsledku otravy životného prostredia. Spôsoby zachovania čistoty biosféry. Úloha ekológie, chémie pri riešení environmentálnych problémov.
Program je koncipovaný na 34 hodín, z toho - 20 hodín teórie, 14 hodín praxe.
Výchovno-tematický plán
č. p / p
Názvy sekcií, téma
Počet hodín
Celkom
teória
prax
Úvod
Najdôležitejšie chemické pojmy
Zemská atmosféra a jej ochrana
Hydrosféra a jej ochrana
Litosféra a jej ochrana
Chémia doma
Zem je náš spoločný domov
CELKOM:
34
20
14
Metodická podpora
Téma
Forma povolania
Techniky, metódy
Metodické a didaktické materiály
Technické vybavenie
Súhrnná forma
Úvod
skupinová práca
Rozhovor
skupinová úloha
Konverzácia
karty
Zhrnutie
pohovor
Najdôležitejšie chemické pojmy
Praktická lekcia
Skupinové úlohy
tabuľky
Schéma
Roztoky kyselín, zásad, solí a rôznych indikátorov
abstraktné
Základné ekologické pojmy
skupina
Individuálne
Praktické
Prednáška
Konverzácia
Snímky
tabuľky
Obrazovka
Prezentácia
Ľudské telo je chemické laboratórium
skupina
Praktické
Prednáška
Didaktické karty
Praktická práca
tabuľky
Schéma
Didaktické karty
správa
Hydrosféra a jej ochrana
Skupinová práca Simulačná hra Predpovedanie Simulácia
Skupinové a individuálne úlohy Konverzácia
Didaktické karty Tabuľky Snímky
Obrazovka
simulačná hra
Litosféra a jej ochrana
Skupinová práca Okrúhly stôl
Prednáška Konverzácia Individuálne úlohy
Didaktické kartičky Video
Videorekordér
Okrúhly stôl Vypracovanie poznámky pre letného obyvateľa
Atmosféra a jej ochrana
Skupinová práca Individuálna práca
Hra
Prednáška Tvorivé úlohy Skupinové úlohy
tabuľky
Schéma
Snímky
Obrazovka
konkurencia
projektov
Chémia doma
Praktické úlohy Diskusia
Individuálne úlohy Skupinové úlohy Rozhovor
Didaktické karty
Látky používané v každodennom živote
Diskusia "Etanol: výhody a nevýhody"
Zem je náš spoločný domov
Skupinové hodiny Praktická trieda Konferencia
Prednáška
Konverzácia
Skupinové úlohy
tabuľky
Schéma
diapozitívov
Obrazovka
Konferencia "Chémia a ekológia"
Bibliografia
Shustov S. B., Shustova L. V. Chémia a ekológia. Učebnica pre študentov. N. Novgorod, 1994 Humanitárne centrum Nižného Novgorodu.
E. Grosse, H. Weissmantel. Chémia pre zvedavých. Leningrad, "Chémia", 1985
V.I. Golik, V.I. Komaščenko, K. Drebenstedt. Ochrana životného prostredia. Moskva, 2005
A.F. Sergeeva. Úroda bez chémie a ekológie na šiestich hektároch. Rostov-Phoenix, 2001
G.P. Polyashov. Ošetrenie bez chemikálií. Osvedčené fondy tradičná medicína. Zlatá kniha ľudového liečiteľstva. EXMO, 2005
Mikroelementy a enzýmy. Úvod do metaloenzýmov. Špecifické a nešpecifické enzýmy. Úloha kovových iónov v enzýmoch. Horizontálna podobnosť v biologickom pôsobení d-prvkov Synergizmus a antagonizmus prvkov.
Sklon iónov d-prvkov k hydrolýze a polymerizácii
V kyslom prostredí sú ióny d-prvku vo forme hydratovaných iónov [M(H 2 O) m] n+. So zvýšením pH majú hydratované ióny mnohých d-prvkov v dôsledku veľkého náboja a malej veľkosti iónu vysoký polarizačný účinok na molekuly vody, akceptornú kapacitu pre hydroxidové ióny, podliehajú katiónovej hydrolýze a vytvárajú silné Kovalentné väzby sen -. Proces končí buď tvorbou bázických solí [M (OH) m] (m-n) +, alebo nerozpustných hydroxidov M (OH) n, prípadne hydroxokomplexov [M (OH) m] (n-m) -. Proces hydrolytickej interakcie môže prebiehať s tvorbou viacjadrových komplexov v dôsledku polymerizačnej reakcie.
2. 4. Biologická úloha d-prvkov (prechodných prvkov)
Prvky, ktorých obsah nepresahuje 10 -3%, sú súčasťou enzýmov, hormónov, vitamínov a iných životne dôležitých zlúčenín. Pre metabolizmus bielkovín, sacharidov a tukov sú potrebné: Fe, Co, Mn, Zn, Mo, V, B, W; pri syntéze proteínov podieľajúcich sa na: Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr, pri krvotvorbe - Co, Ti, Cu, Mn, Ni, Zn; v dychu - Mg, Fe, Сu, Zn, Mn a Co. Preto sú mikroelementy široko používané v medicíne, ako mikrohnojivá pre poľné plodiny, hnojenie v chove zvierat, chove hydiny a chove rýb. Stopové prvky sú súčasťou veľkého množstva bioregulátorov živých systémov, ktoré sú založené na biokomplexoch. Enzýmy sú špeciálne proteíny, ktoré pôsobia ako katalyzátory v biologických systémoch. Enzýmy sú jedinečné katalyzátory s neprekonateľnou účinnosťou a vysokou selektivitou. Príklad účinnosti rozkladnej reakcie peroxidu vodíka 2H 2 O 2 ® 2H 2 O + O 2 v prítomnosti enzýmov je uvedený v tabuľke 6.
Tabuľka 6. Aktivačná energia (E o) a relatívna rýchlosť rozkladnej reakcie H 2 O 2 v neprítomnosti a v prítomnosti rôznych katalyzátorov
V súčasnosti je známych viac ako 2000 enzýmov, z ktorých mnohé katalyzujú jedinú reakciu. Aktivita veľkej skupiny enzýmov sa prejavuje len v prítomnosti určitých neproteínových zlúčenín, nazývaných kofaktory. Ióny kovov alebo organické zlúčeniny pôsobia ako kofaktory. Približne jedna tretina enzýmov je aktivovaná prechodnými kovmi.
Kovové ióny v enzýmoch plnia množstvo funkcií: sú elektrofilnou skupinou aktívneho centra enzýmu a uľahčujú interakciu s negatívne nabitými oblasťami molekúl substrátu, tvoria katalyticky aktívnu konformáciu enzýmovej štruktúry (zahŕňajú ióny zinku a mangánu pri tvorbe špirálovej štruktúry RNA), podieľajú sa na transporte elektrónov (komplexy prenos elektrónov). Schopnosť kovového iónu vykonávať svoju úlohu v aktívnom centre zodpovedajúceho enzýmu závisí od schopnosti kovového iónu vytvárať komplexy, od geometrie a stability vytvoreného komplexu. To poskytuje zvýšenie selektivity enzýmu vzhľadom na substráty, aktiváciu väzieb v enzýme alebo substráte prostredníctvom koordinácie a zmeny tvaru substrátu v súlade so stérickými požiadavkami aktívneho miesta.
Biokomplexy sa líšia stabilitou. Niektoré z nich sú také odolné, že sú neustále v tele a plnia špecifickú funkciu. V prípadoch, keď je väzba medzi kofaktorom a enzýmovým proteínom silná a je ťažké ich oddeliť, sa nazýva "protetická skupina". Takéto väzby boli nájdené v enzýmoch obsahujúcich hémový komplex železa s derivátom porfínu. Úloha kovov v takýchto komplexoch je vysoko špecifická: ich nahradenie dokonca prvkom s podobnými vlastnosťami vedie k významnej alebo úplnej strate fyziologickej aktivity. Tieto enzýmy sú na špecifické enzýmy.
Príkladmi takýchto zlúčenín sú chlorofyl, polyfenyloxidáza, vitamín B12, hemoglobín a niektoré metaloenzýmy (špecifické enzýmy). Len málo enzýmov sa podieľa len na jednej špecifickej alebo jedinej reakcii.
Katalytické vlastnosti väčšiny enzýmov sú určené aktívnym centrom tvoreným rôznymi mikroelementmi. Počas trvania funkcie sa syntetizujú enzýmy. Kovový ión pôsobí ako aktivátor a môže byť nahradený iným kovovým iónom bez straty fyziologickej aktivity enzýmu. Tieto sú priradené k nešpecifické enzýmy.
Nasledujú enzýmy, v ktorých rôzne kovové ióny vykonávajú podobné funkcie.
Tabuľka 7. Enzýmy, v ktorých rôzne kovové ióny vykonávajú podobné funkcie
Jeden stopový prvok môže aktivovať prácu rôznych enzýmov a jeden enzým môže byť aktivovaný rôznymi stopovými prvkami. Najväčšiu podobnosť v biologickom pôsobení majú enzýmy s mikroelementmi v rovnakom oxidačnom stave +2. Ako je možné vidieť, stopové prvky prechodných prvkov v ich biologickom pôsobení sa vyznačujú skôr horizontálnou podobnosťou ako vertikálnou podobnosťou v periodickom systéme D.I. Mendelejev (v rade Ti-Zn).Pri rozhodovaní o použití konkrétneho stopového prvku je potrebné vziať do úvahy nielen prítomnosť mobilných foriem tohto prvku, ale aj iných, ktoré rovnaký stupeň oxidácie a schopné vzájomne sa nahradiť v zložení enzýmov.
Strednú polohu medzi špecifickými a nešpecifickými enzýmami zaujímajú niektoré metaloenzýmy. Kovové ióny pôsobia ako kofaktor. Zvýšenie sily enzýmového biokomplexu zvyšuje špecifickosť jeho biologického pôsobenia. Účinnosť enzymatického pôsobenia kovového iónu enzýmu je ovplyvnená stupňom jeho oxidácie. Podľa intenzity vplyvu sú mikroelementy usporiadané v nasledujúcom rade:
Ti4+ ®Fe 3+ ®Cu 2+ ®Fe 2+ ®Mg2+ ®Mn2+. Ión Mn 3+ je na rozdiel od iónu Mn 2+ veľmi silne spojený s proteínmi a Fe 3+ spolu so skupinami obsahujúcimi kyslík je prevažne súčasťou metaloproteínov.
Stopové prvky vo forme komplexonátu pôsobia v organizme ako faktor, ktorý zjavne určuje vysokú citlivosť buniek na stopové prvky prostredníctvom ich účasti na vytváraní vysokého koncentračného gradientu. Hodnoty atómových a iónových polomerov, ionizačné energie, koordinačné čísla, tendencia vytvárať väzby s rovnakými prvkami v molekulách bioligandov určujú účinky pozorované pri vzájomnej substitúcii iónov: môže nastať pri zvýšenej (synergizmus) a s inhibíciou ich biologickej aktivity (antagonizmus) prvok, ktorý sa vymieňa. Ióny d-prvkov v oxidačnom stave +2 (Mn, Fe, Co, Ni, Zn) majú podobné fyzikálno-chemické vlastnosti atómov (elektronická štruktúra vonkajšej hladiny, blízke polomery iónov, typ hybridizácie orbitálov, blízke hodnoty konštanty stability s bioligandmi). Podobnosť fyzikálno-chemických charakteristík komplexotvorného činidla určuje blízkosť ich biologického účinku a zameniteľnosť. Vyššie uvedené prechodné prvky stimulujú procesy hematopoézy, zvyšujú metabolické procesy. Synergizmus prvkov v procesoch hematopoézy je pravdepodobne spojený s účasťou iónov týchto prvkov v rôznych štádiách procesu syntézy ľudských krviniek.
Pre s - prvky skupiny I v porovnaní s ostatnými prvkami ich obdobia malý náboj jadier atómov, nízky ionizačný potenciál valenčných elektrónov, veľká veľkosť atómu a jeho nárast v skupine zhora nadol. sú charakteristické. To všetko určuje stav ich iónov vo vodných roztokoch vo forme hydratovaných iónov. Najväčšia podobnosť lítia so sodíkom určuje ich zameniteľnosť, synergiu ich pôsobenia. Deštruktívne vlastnosti vo vodných roztokoch iónov draslíka, rubídia a cézia, zaisťujú ich lepšiu priepustnosť membrán, zameniteľnosť a synergiu ich pôsobenia. Koncentrácia K + vo vnútri buniek je 35-krát vyššia ako mimo nich a koncentrácia Na + v extracelulárnej tekutine je 15-krát vyššia ako vo vnútri bunky. Tieto ióny sú antagonistami v biologických systémoch. s - Prvky skupiny II sú v tele vo forme zlúčenín tvorených kyselinou fosforečnou, uhličitou a karboxylovou. Vápnik, obsiahnutý najmä v kostnom tkanive, je svojimi vlastnosťami blízky stronciu a báriu, ktoré ho môžu v kostiach nahradiť. V tomto prípade sú pozorované oba prípady synergie aj antagonizmu. Vápnikové ióny sú tiež antagonistami iónov sodíka, draslíka a horčíka. Podobnosť fyzikálno-chemických charakteristík iónov Be 2+ a Mg 2+ určuje ich zameniteľnosť v zlúčeninách obsahujúcich väzby Mg–N a Mg–O. To môže vysvetliť inhibíciu enzýmov obsahujúcich horčík, keď berýlium vstúpi do tela. Berýlium je antagonista horčíka. V dôsledku toho sú fyzikálno-chemické vlastnosti a biologické pôsobenie mikroprvkov určené štruktúrou atómov. Väčšina biogénnych prvkov je členmi druhej, tretej a štvrtej periódy D.I. Mendelejev. Ide o relatívne ľahké atómy, s relatívne malým nábojom jadier ich atómov.
2. 4. 2. Úloha zlúčenín prechodných prvkov pri prenose elektrónov v živých systémoch.
V živom organizme majú mnohé procesy cyklický, vlnový charakter. Základné chemické procesy musia byť reverzibilné. Reverzibilitu procesov určuje interakcia termodynamických a kinetických faktorov. Reverzibilné reakcie zahŕňajú reakcie s konštantami od 10-3 do 103 a s malou hodnotou DG 0 a DE 0 procesu. Za týchto podmienok môžu byť koncentrácie východiskových látok a reakčných produktov v porovnateľných koncentráciách a ich zmenou v určitom rozmedzí je možné dosiahnuť reverzibilitu procesu. Z kinetického hľadiska by mali existovať nízke aktivačné energie. Preto sú ióny kovov (železo, meď, mangán, kobalt, molybdén, titán a iné) vhodným nosičom elektrónov v živých systémoch. Pridanie a uvoľnenie elektrónu spôsobuje zmeny iba v elektrónovej konfigurácii kovového iónu, bez výraznejšej zmeny štruktúry organickej zložky komplexu. Jedinečnú úlohu v živých systémoch majú dva redoxné systémy: Fe 3+ /Fe 2+ a Cu 2+ /Cu +. Bioligandy stabilizujú vo väčšej miere oxidovanú formu v prvom páre a prevažne redukovanú formu v druhom páre. Preto v systémoch obsahujúcich železo je formálny potenciál vždy nižší a v systémoch obsahujúcich meď je často vyšší, redox systémy obsahujúce meď a železo pokrývajú širokú škálu potenciálov, čo im umožňuje interakciu s mnohými substrátmi sprevádzanú miernymi zmenami v DG 0 a DE 0 , ktorý spĺňa podmienky reverzibility. Dôležitou fázou metabolizmu je štiepenie vodíka zo živín. V tomto prípade atómy vodíka prechádzajú do iónového stavu a elektróny od nich oddelené vstupujú do dýchacieho reťazca; v tomto reťazci, prechádzajúc z jednej zlúčeniny do druhej, odovzdávajú svoju energiu, aby vytvorili jeden z hlavných zdrojov energie, kyselinu adenozíntrifosforečnú (ATP), a nakoniec sa sami dostanú k molekule kyslíka a naviažu sa na ňu. molekuly vody. Mostík, po ktorom oscilujú elektróny, sú komplexné zlúčeniny železa s porfyrínovým jadrom, podobným zložením hemoglobínu.
Veľká skupina enzýmov obsahujúcich železo, ktoré katalyzujú proces prenosu elektrónov v mitochondriách, je tzv. cytochrómy(c. x.), Celkovo je známych asi 50 cytochrómov. Cytochrómy sú porfyríny železa, v ktorých je všetkých šesť orbitálov iónu železa obsadených donorovými atómami, bioligandom. Rozdiel medzi cytochrómami je len v zložení bočných reťazcov porfyrínového kruhu. Variácie v štruktúre bioligandu spôsobujú rozdiel vo veľkosti formálnych potenciálov. Všetky bunky obsahujú aspoň tri štruktúrne príbuzné proteíny, nazývané cytochrómy a, b, c. V cytochróme c sa spojenie s histidínovým zvyškom polypeptidového reťazca uskutočňuje cez porfyrínové jadro.Voľné koordinačné miesto v ióne železa je obsadené metionínovým zvyškom polypeptidového reťazca:
Jedným z mechanizmov fungovania cytochrómov, ktoré tvoria jeden z článkov elektrónového transportného reťazca, je prenos elektrónu z jedného substrátu na druhý.
Z chemického hľadiska sú cytochrómy zlúčeniny, ktoré vykazujú redoxnú dualitu za reverzibilných podmienok.
Prenos elektrónov cytochrómom c je sprevádzaný zmenou oxidačného stavu železa:
c. X. Fe 3+ + e "c.xFe 2+
Kyslíkové ióny reagujú s vodíkovými iónmi prostredia a vytvárajú vodu alebo peroxid vodíka. Peroxid sa rýchlo rozkladá špeciálnym enzýmom katalázou na vodu a kyslík podľa schémy:
2H202®2H20 + 02
Enzým peroxidáza urýchľuje oxidačné reakcie organických látok s peroxidom vodíka podľa schémy:
Tieto enzýmy majú vo svojej štruktúre hém, v strede ktorého je železo s oxidačným stavom +3 (2 časť 7.7).
V elektrónovom transportnom reťazci cytochróm c prenáša elektróny do cytochrómov nazývaných cytochróm oxidázy. Obsahujú ióny medi. Cytochróm je jediný elektrónový nosič. Prítomnosť medi v jednom z cytochrómov spolu so železom ho premení na dvojelektrónový nosič, ktorý umožňuje kontrolovať rýchlosť procesu.
Meď je súčasťou dôležitého enzýmu - superoxiddismutázy (SOD), ktorý reakciou využíva toxický superoxidový ión O 2 - v organizme
[SOD Cu2+] + ® O2 - [SOD Cu +] + O2
[SOD Cu +] + O2 - + 2H + ® [SODCu2+] + H202
Peroxid vodíka sa v tele rozkladá pôsobením katalázy.
V súčasnosti je známych asi 25 enzýmov obsahujúcich meď. Tvoria skupinu oxygenáz a hydroxyláz. Zloženie, mechanizmus ich účinku je popísaný v práci (2, časť 7.9.).
Komplexy prechodných prvkov sú zdrojom mikroelementov v biologicky aktívnej forme s vysokou membránovou permeabilitou a enzymatickou aktivitou. Podieľajú sa na ochrane organizmu pred „oxidačným stresom“. Je to spôsobené ich účasťou na využití produktov metabolizmu, ktoré podmieňujú nekontrolovaný oxidačný proces (peroxidmi, voľnými radikálmi a inými časticami aktívnymi s kyslíkom), ako aj na oxidácii substrátov. Mechanizmus voľnej radikálovej reakcie oxidácie substrátu (RN) s peroxidom vodíka za účasti komplexu železa (FeL) ako katalyzátora možno znázorniť reakčnými schémami.
RN + . OH®R. + H20; R. + FeL® R + + FeL
substrát
R++ OH-® RON
Oxidovaný substrát
Ďalší priebeh radikálovej reakcie vedie k tvorbe produktov s vyšším stupňom hydroxylácie. Ostatné radikály pôsobia podobne: HO 2. 02. , . Asi 2-.
2. 5. Všeobecná charakteristika prvkov p-bloku
Prvky, v ktorých sa nazýva dokončenie p-podúrovne vonkajšej valenčnej hladiny p-prvky. Elektronická štruktúra valenčná hladina ns 2 p 1-6. Elektróny s- a p-podúrovní sú valenčné.
Tabuľka 8. Pozícia p-prvkov v periodickej tabuľke prvkov.
| Obdobie | Skupina | |||||
| IIIA | IVA | VA | CEZ | VIIA | VIIIA | |
| (C) | (N) | (o) | (F) | Nie | ||
| (P) | (S) | (Cl) | Ar | |||
| Ga | kr | |||||
| In | sn | Sb | Te | (ja) | Xe | |
| Tl | Pb | Bi | Po | O | Rn | |
| p 1 | p 2 | p 3 | p 4 | p 5 | R 6 | |
| () - nenahraditeľné prvky, - biogénne prvky |
V periódach zľava doprava sa zvyšuje náboj jadier, ktorého vplyv prevažuje nad nárastom síl vzájomného odpudzovania medzi elektrónmi. Preto sa ionizačný potenciál, elektrónová afinita a následne akceptorová schopnosť a nekovové vlastnosti v periódach zvyšujú. Všetky prvky ležiace na diagonále Br - At a vyššie sú nekovy a tvoria len kovalentné zlúčeniny a anióny. Všetky ostatné p-prvky (s výnimkou india, tália, polónia, bizmutu, ktoré vykazujú kovové vlastnosti) sú amfotérne prvky a tvoria katióny aj anióny a oba sú silne hydrolyzované. Väčšina nekovových p-prvkov je biogénna (s výnimkou vzácnych plynov, telúru a astatínu). Z p-prvkov – kovov – sa za biogénny považuje iba hliník. Rozdiely vo vlastnostiach susedných prvkov, ako vo vnútri; a pre obdobie: sú oveľa výraznejšie ako u s-prvkov. p-Prvky druhého obdobia - dusík, kyslík, fluór majú výraznú schopnosť podieľať sa na tvorbe vodíkových väzieb. Prvky tretieho a nasledujúceho obdobia túto schopnosť strácajú. Ich podobnosť spočíva len v štruktúre vonkajších elektrónových obalov a tých valenčných stavoch, ktoré vznikajú v dôsledku nespárovaných elektrónov v nevybudených atómoch. Bór, uhlík a najmä dusík sa veľmi líšia od ostatných prvkov ich skupín (prítomnosť d- a f-podúrovní).
Všetky p-prvky, a najmä p-prvky druhej a tretej periódy (C, N, P, O, S, Si, Cl) tvoria medzi sebou a so s-, d- a f-prvkami početné zlúčeniny. . Väčšina zlúčenín známych na Zemi sú zlúčeniny p-prvkov. Päť hlavných (makrobiogénnych) p-prvkov života – O, P, C, N a S – je hlavným stavebným materiálom, z ktorého sa skladajú molekuly bielkovín, tukov, sacharidov a nukleových kyselín. Z nízkomolekulárnych zlúčenín p-prvkov majú najväčší význam oxoanióny: CO 3 2-, HCO 3 -, C 2 O 4 2-, CH3COO -, PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, SO 4 2- a halogenidové ióny. P-prvky majú veľa valenčných elektrónov s rôznymi energiami. Preto zlúčeniny vykazujú rôzne stupne oxidácie. Napríklad uhlík vykazuje rôzne oxidačné stavy od -4 do +4. Dusík - od -3 do +5, chlór - od -1 do +7.
Počas reakcie môže p-prvok darovať a prijímať elektróny, ktoré pôsobia ako redukčné činidlo alebo ako oxidačné činidlo, v závislosti od vlastností prvku, s ktorým interaguje. To dáva vznik širokému spektru zlúčenín, ktoré tvoria. Vzájomný prechod atómov p-prvkov rôznych oxidačných stavov, a to aj prostredníctvom metabolických redoxných procesov (napríklad oxidácia alkoholovej skupiny na ich aldehyd a potom na karboxyl atď.), spôsobuje množstvo ich chemických premien.
Uhlíková zlúčenina vykazuje oxidačné vlastnosti ak v dôsledku reakcie atómy uhlíka zvýšia počet jeho väzieb s atómami menej elektronegatívnych prvkov (kov, vodík), pretože priťahovaním elektrónov spoločnej väzby atóm uhlíka znižuje svoj oxidačný stav.
CH3®-CH2OH®-CH \u003d O®-COOH® CO2
Redistribúcia elektrónov medzi oxidačným činidlom a redukčným činidlom v organických zlúčeninách môže byť sprevádzaná iba posunom celkovej elektrónovej hustoty chemickej väzby k atómu, ktorý pôsobí ako oxidačné činidlo. V prípade silnej polarizácie môže dôjsť k pretrhnutiu tejto väzby.
Fosfáty v živých organizmoch slúžia ako štrukturálne zložky kostry, bunkových membrán a nukleových kyselín. Kostné tkanivo je postavené hlavne z hydroxyapatitu Ca 5 (PO 4) 3 OH. Základom bunkových membrán sú fosfolipidy. Nukleové kyseliny sú zložené z ribózových alebo deoxyribózofosfátových reťazcov. Okrem toho sú polyfosfáty hlavným zdrojom energie.
V ľudskom tele sa NO nevyhnutne syntetizuje pomocou enzýmu NO-syntázy z aminokyseliny arginínu. Životnosť NO v bunkách tela je asi sekunda, ale ich normálne fungovanie bez NO nie je možné. Táto zlúčenina poskytuje: relaxáciu hladkého svalstva cievnych svalov, reguláciu srdca, efektívnu prácu imunitný systém prenos nervových vzruchov. Očakáva sa, že NO bude hrať dôležitú úlohu pri učení a pamäti.
Redoxné reakcie zahŕňajúce p-elementy sú základom ich toxických účinkov na telo. Toxický účinok oxidov dusíka je spojený s ich vysokou redoxnou schopnosťou. Dusičnany prijaté v potrave sa v tele redukujú na dusitany.
N03- + 2H++ 2e® N02 + H20
Dusitany sú vysoko toxické. Premieňajú hemoglobín na methemoglobín, ktorý je produktom hydrolýzy a oxidácie hemoglobínu.
Výsledkom je, že hemoglobín stráca schopnosť transportovať kyslík do buniek tela. Telo vyvíja hypoxiu. Okrem toho reagujú dusitany ako soli slabej kyseliny kyselina chlorovodíková v obsahu žalúdka, čím sa tvoria kyselina dusitá ktorý so sekundárnymi amínmi tvorí karcinogénne nitrozamíny:
Biologický účinok organických zlúčenín s vysokou molekulovou hmotnosťou (aminokyseliny, polypeptidy, bielkoviny, tuky, sacharidy a nukleové kyseliny) určujú atómy (N, P, S, O) alebo vytvorené skupiny atómov (funkčné skupiny), v ktorých pôsobia ako chemicky aktívne centrá, donorové elektrónové páry schopné vytvárať koordinačné väzby s kovovými iónmi a organickými molekulami. Preto p-prvky tvoria polydentátne chelatačné zlúčeniny (aminokyseliny, polypeptidy, proteíny, sacharidy a nukleové kyseliny). Vyznačujú sa komplexačnými reakciami, amfotérnymi vlastnosťami a reakciami aniónovej hydrolýzy. Tieto vlastnosti určujú ich účasť na hlavných biochemických procesoch, pri zabezpečovaní stavu izohydrie. Tvoria proteínové, fosfátové, hydrogénuhličitanové pufrovacie systémy. Podieľajú sa na transporte živín, metabolických produktov a iných procesov.
3. 1. Úloha životného prostredia. Chémia znečistenia ovzdušia. Úloha lekára pri ochrane životného prostredia a zdravia ľudí.
A. P. Vinogradov ukázal, že povrch zeme je v chemickom zložení heterogénny. Rastliny a zvieratá, ako aj ľudia, ktorí sa nachádzajú na území rôznych zón, využívajú živiny, ktoré nie sú rovnaké v chemickom zložení, a reagujú na to určitými fyziologickými reakciami a určitým chemickým zložením tela. Účinky spôsobené stopovými prvkami závisia od ich príjmu v organizme. Koncentrácie biokovov v organizme pri jeho bežnom fungovaní sú udržiavané na presne definovanej úrovni (biotická dávka) pomocou vhodných bielkovín a hormónov. Zásoby biokovov v tele sa systematicky dopĺňajú. V prijatej potrave sa nachádzajú v dostatočnom množstve. Chemické zloženie rastlín a zvierat idúcich za potravou ovplyvňuje telo.
Intenzívna priemyselná výroba viedla k znečisteniu životného prostredia „škodlivými“ látkami vrátane zlúčenín prechodných prvkov. V prírode dochádza k intenzívnej redistribúcii prvkov v biogeochemických provinciách. Hlavným spôsobom (až 80 %) ich príjmu organizmom je naša potrava. Vzhľadom na antropogénne znečistenie životného prostredia je potrebné prijať radikálne opatrenia na ozdravenie životného prostredia a ľudí v ňom žijúcich. Tento problém je v mnohých európskych krajinách uprednostňovaný pred problémami ekonomického rastu a patrí medzi priority. V posledných rokoch vzrástli emisie rôznych znečisťujúcich látok. Prognóza vývoja priemyslu umožňuje konštatovať, že dôjde k ďalšiemu nárastu množstva emisií a látok znečisťujúcich životné prostredie.
Nazývajú sa skutočné zóny, v ktorých sa v dôsledku životnej činnosti uskutočňuje cirkulácia prvkov ekosystémov alebo ako akademik V.N. Sukačev, biogeocenózy. Človek je neoddeliteľnou súčasťou ekosystémy na našej planéte. Vo svojom živote môže človek narušiť priebeh prirodzeného biogénneho cyklu. Životné prostredie je znečistené mnohými priemyselnými odvetviami. Podľa učenia V. I. Vernadského je škrupina našej planéty, zmenená ekonomickou činnosťou človeka, tzv. noosféra. Pokrýva celú biosféru a presahuje jej hranice (stratosféra, hlbinné bane, vrty atď.). Hlavnú úlohu v noosfére zohráva technogénna migrácia prvkov – technogenéza. Výskum geochémie noosféry je teoretickým základom pre racionálne využívanie prírodných zdrojov a boj proti znečisťovaniu životného prostredia. Plynné, kvapalné, tuhé znečistenie životného prostredia tvorí toxické aerosóly (hmla, dym) v povrchovej vrstve atmosféry. Pri znečistení atmosféry oxidom siričitým, vysokou vlhkosťou pri absencii teploty vzniká toxický smog. Najväčšiu škodu na životnom prostredí spôsobujú produkty oxidácie SO 2, SO 3 a kyseliny H 2 SO 3 a H 2 SO 4. V dôsledku emisií oxidu síry, dusíka v priemyselných oblastiach sa pozorujú "kyslé" dažde. Dažďová voda obsahujúca vysoké koncentrácie vodíkových iónov môže vylúhovať toxické kovové ióny:
ZnO(t) + 2H+ = Zn2+ (p) + H20
Pri prevádzke spaľovacieho motora sa uvoľňujú oxidy dusíka, ktorých produktom premeny je ozón:
N 2 + O 2 "2NO (vo valci motora)
Veľké znepokojenie spoločnosti vyvolávajú problémy životného prostredia, ktorých chemickou podstatou je ochrana biosféry pred nadbytkom oxidov uhlíka a metánu, vytvárajúceho „skleníkový efekt“, oxidy síry a dusíka, vedúce ku „kyslým dažďom“; halogénové deriváty (chlór, fluór) uhľovodíky, ktoré porušujú „ozónový štít Zeme“; karcinogénne látky (polyaromatické uhľovodíky a produkty ich nedokonalého spaľovania) a iné produkty. V súčasnosti sa stáva aktuálnym nielen problém ochrany životného prostredia, ale aj ochrany vnútorného prostredia. Do živého organizmu sa dostáva čoraz viac látok, ktoré sú cudzie, cudzie životu a sú tzv xenobiotiká. Podľa Svetovej zdravotníckej organizácie je ich asi 4 milióny.Do organizmu sa dostávajú s potravou, vodou a vzduchom, ako aj vo forme liekov (liekové formy).
Je to spôsobené nízkou kultúrou výrobcov a spotrebiteľov chemikálií, ktorí nemajú odborné chemické znalosti. Skutočne, len neznalosť vlastností látok, neschopnosť predvídať dôsledky ich nadmerného používania môže spôsobiť nenapraviteľné straty na prírode, ktorej neoddeliteľnou súčasťou je človek. Skutočne, doteraz sú niektorí výrobcovia a dokonca aj zdravotníci prirovnávaní k mlynárovi Bulgakovovi, ktorý sa chcel okamžite zotaviť z malárie neuveriteľnou (šokovou) dávkou chinínu, ale nemal čas - zomrel. Úloha rôznych chemické prvky v znečistení životného prostredia a výskyte chorôb, vrátane chorôb z povolania, je stále nedostatočne skúmaná. Je potrebné analyzovať vstup rôznych látok do životného prostredia v dôsledku ľudskej činnosti, spôsoby, akými sa dostávajú do ľudského tela, rastlín, ich interakciu so živými organizmami na rôznych úrovniach a vypracovať systém účinných opatrení zameraných jednak na prevenciu znečisťovanie životného prostredia a vytváranie potrebných biologických prostriedkov na ochranu vnútorného prostredia organizmu. Zdravotnícki pracovníci sú povinní podieľať sa na vypracúvaní a vykonávaní technických, preventívnych, sanitárnych a hygienických a zdravotne zlepšujúcich opatrení.
3.2 Biochemické provincie. endemických chorôb.
Zóny, v rámci ktorých sa živočíchy a rastliny vyznačujú určitým chemickým elementárnym zložením, sa nazývajú biogeochemické provincie. Biogeochemické provincie sú taxóny biosféry tretieho rádu - územia rôznej veľkosti v rámci subregiónov biosféry s neustálymi charakteristickými reakciami organizmov (napríklad endemické choroby). Rozlišujeme dva druhy biogeochemických provincií – prírodné a technogénne, vznikajúce rozvojom rudných ložísk, emisiami z hutníckeho a chemického priemyslu, používaním hnojív v poľnohospodárstve. Je potrebné venovať pozornosť úlohe mikroorganizmov pri vytváraní geochemických vlastností prostredia. Nedostatok a nadbytok prvkov môže viesť k vytvoreniu biogeochemických provincií v dôsledku nedostatku prvkov (jód, fluór, vápnik, meď a iné provincie), ako aj ich nadbytku (boritý, molybdén, fluór, meď atď.). Zaujímavým a dôležitým problémom je nedostatok brómu v kontinentálnych oblastiach, horských oblastiach a nadbytok brómu v pobrežných a sopečných krajinách. V týchto oblastiach prebiehal vývoj centrálneho nervového systému kvalitatívne odlišne. V južnom Urale na horninách obohatených niklom bola objavená biogeochemická provincia. Charakterizujú ju nevzhľadné formy tráv, choroby oviec spojené so zvýšeným obsahom niklu v prostredí.
Pomer biogeochemických provincií s ich ekologickým stavom umožnil rozlíšiť územia: a) s relatívne uspokojivou ekologickou situáciou - (zóna relatívnej pohody); b) s reverzibilnými, obmedzenými a vo väčšine prípadov napraviteľnými porušeniami životného prostredia - (zóna ekologického rizika); c) s dostatočne vysokým stupňom problémov pozorovaným počas dlhého obdobia na veľkom území, ktorých odstránenie si vyžaduje značné náklady a čas - (zóna ekologickej krízy); d) s veľmi vysokým stupňom ekologických problémov, takmer nezvratnými environmentálnymi poruchami, ktoré majú jasnú lokalizáciu -( zóna ekologickej katastrofy).
Podľa vplyvového faktora, jeho úrovne, trvania pôsobenia a distribučnej oblasti boli ako rizikové a krízové zóny identifikované nasledovné prírodné a technogénne biogeochemické provincie:
1. polymetalické (Pb, Cd, Hjg, Cu, Zn) s dominantnými asociáciami Cu-Zn, Cu-Ni, Pb-Zn, vrátane:
· obohatené o meď (južný Ural, Baškirsko, Norilsk, Mednogorsk);
· obohatené o nikel (Norilsk, Monchegorsk, Nikel, Polyarny, Tuva, Južný Ural);
· obohatené o olovo (Altaj, Kaukaz, Transbaikalia);
· obohatené o fluór (Kirovsk, Krasnojarsk, Bratsk);
· s vysokým obsahom uránu a rádionuklidov v životnom prostredí (Zabajkalsko, Altaj, Južný Ural).
2. biogeochemické provincie s nedostatkom mikroprvkov (Se, I, Cu, Zn atď.).
Environmentálne aspekty vyučovania chémie v škole
Úvod
V našich ťažkých časoch. Keď sa chémia ako veda zmenila na spoločenského vyvrheľa. Aby sme prekonali chemofóbiu, musíme prehodnotiť obsah predmetu aj metódy jeho vyučovania, zmeniť nielen akcenty, ale aj priority.
Hlavné otázky kurzu by mali byť určené tak dôležitosťou získavania vedomostí pre rozvoj intelektu študentov, ako aj dopytom po týchto vedomostiach v reálnom živote človeka a v jeho živote. praktické činnosti. Z tohto hľadiska je pokrok v oblasti chemického vzdelávania nevyhnutný, keďže bez neho nie je možné uspokojovať objektívne potreby spoločnosti v širokom využívaní výdobytkov chemickej vedy a priemyslu.
Koncepcia modernej školskej chemickej výchovy je založená na princípoch humanizácie, individualizácie a diferenciácie výchovy a vzdelávania, veľká pozornosť sa venuje environmentálnym aspektom, rozvoju spoločnej kultúry, upevňovaniu zdravia školákov, zvyšovaniu ich environmentálneho povedomia.
Aktuálne témy.
Chémia ako jedna zo základných oblastí poznania do značnej miery určuje rozvoj ďalších veľkých oblastí vedy a techniky. Je známe, že bez chémie, chemických procesov a chemických produktov nemôže existovať ani jedna výroba, ani jedno odvetvie modernej ekonomiky a sociálnej sféry.
Je potrebné dbať na to, aby žiaci pochopili praktický význam chémie, jej prepojenie s každodenným životom. Musia sa presvedčiť o možnosti nájsť odpovede prostredníctvom chémie aj na iné „prečo“ zo sféry ich životných a priemyselných záujmov. Zvlášť dôležité je riešiť otázku elementárnej „chemickej“ pripravenosti ľudí, pretože dnes takmer každý z nás prichádza do styku s látkami, ktoré môžu človeku ublížiť. Nie je však veľa spotrebiteľov, ktorí používajú drogy, kozmetiku a parfumy, farbivá, plasty, hnojivá, vlákna, rôzne druhy palivá a pod., sú si vedomí nebezpečenstva spojeného s používaním. Tento rozpor spôsobuje veľa problémov, ktoré dopadajú na ľudí. Žiaľ, na väčšine škôl sa aktívna výchovno-vzdelávacia práca so žiakmi súvisiaca s charakterizáciou hlavných vlastností chemických zlúčenín, ktoré sa rozšírili v každodennom živote a vo výrobe, najmä z hľadiska ich vplyvu na životné prostredie, vykonáva mimoriadne slabo a nepravidelne. Študenti v podstate dostávajú len všeobecné teoretické myšlienky, ktoré nie sú prispôsobené realite života, a najmä problémom životného prostredia.
Negatívny vzťah k chémii vedie k neschopnosti prispôsobiť sa civilizovanému, modernému životu, environmentálnej negramotnosti, ktorej dôsledkom bude nielen porušovanie práv vo výchove školákov, ale aj príprava ekologických časovaných bômb. To len prehĺbi konflikt medzi človekom a prírodou.
V posledných rokoch vo viacerých vedeckých a vzdelávacích centrách rozdielne krajiny sa začali práce na chemickej a environmentálnej výchove, často však mali deklaratívny charakter.
Svoju úlohu vnímam tak, že vštepujem žiakom túžbu získať vedomosti; uistite sa, že samotný proces učenia ich fascinuje; prispel k rozvoju kognitívnej činnosti, záujmu o predmet. Za týmto účelom zaraďujem do programu kurzu chémie zvažovanie environmentálnych a valeologických otázok. Tento program je zameraný na formovanie prírodovedných predstáv študentov o svete okolo seba a jeho zákonitostiach, humanistických vzťahoch a environmentálne gramotnom správaní, intelektuálnom morálnom zdokonaľovaní študentov. Obsah programu pripravuje deti na vedomé vnímanie chemického obrazu sveta a ponúka implementáciu integrovaného princípu, to znamená, že vyžaduje od žiakov uplatnenie vedomostí a zručností z rôznych predmetov prírodného cyklu. Relevantnosť práce je spôsobená súborom problémov, ktoré spočívajú v prekonávaní všeobecne známej abstraktnosti predmetu chémia, zaujatosti pri jej posudzovaní, vo vzťahu chemických pojmov k environmentálnym aspektom reálneho ľudského života.
Ciele a úlohy práce:
Zohľadnenie základných princípov ekologizácie chemického vzdelávania;
Analýza foriem a metód (techniky) formovania ekologickej kultúry vo vyučovaní chémie;
Opis úlohy človeka v procese poznávania, pretvárania a využívania prírody.
Praktický význam práce spočíva v tom, že obsahuje metodologické štúdie environmentálnych komentárov k hlavným ustanoveniam kurzu chémie, ktoré umožňujú osvojiť si zákony chémie na konkrétnych environmentálnych príkladoch; zváženie metód na formovanie vedomého postoja k prírode, environmentálne kompetentné správanie v nepriaznivých podmienkach prostredia.
Výsledky zavedenia práce na lýceu č.4 ukázali jej efektívnosť a praktickú hodnotu, zvýšenie záujmu žiakov o predmety prírodno – ekologického cyklu; umožnilo prehodnotiť rôzne prístupy k zvažovaniu otázok využitia výdobytkov chémie v praktických ľudských činnostiach, k dôležitosti aplikovaného charakteru chemických poznatkov.
Schválenie práce. Hlavné výsledky práce boli referované a prerokované na pedagogických radách lýcea č.4, na zasadnutiach vedeckej a metodickej rady katedry prírodno - ekologického cyklu lýcea. Na seminári pre riaditeľov škôl v Kominternovskom okrese odznela spolu s učiteľkou fyziky hodina na tému „Tepelné motory a ochrana životného prostredia“ na základe fyzikálnych, chemických a environmentálnych aspektov problému. Na základe materiálov práce boli publikované články v zborníku „Vzdelávanie mesta Voronež na prelome storočí. Vzdelávacia oblasť „Prírodoveda“. Chémia „Na prahu dvoch tisícročí, na prelome dvoch storočí“.
KAPITOLA 1
Stav problému ekologizácie vyučovania chémie v r
veda a prax.
1.1. Potreba zavedenia environmentálnej výchovy na strednej škole a jej základných princípov.
Medzi súčasných problémov pred svetovým spoločenstvom vyčnieva najmä jeden – problém zhoršovania kvality životného prostredia človeka. Má globálny charakter a týka sa ľudí všetkých krajín. Japonsko bolo prvou krajinou, ktorá pocítila negatívny vplyv chemického znečistenia prírodného prostredia. V tejto krajine je viac ako 80 % územia priamo ovplyvnených priemyselnou výrobou. Japonci boli prví, ktorí hovorili o probléme „kogai“, čo znamená nebezpečenstvo poškodenia znečistením životného prostredia. Čoskoro sa tento problém objavil aj v iných krajinách. Rast znečistenia životného prostredia sa prejavuje vizuálne a spôsobuje emocionálnu kritiku ľudí. Zvyčajne hlavné nároky obyvateľstva smerujú k chémii. Medzitým je chemický priemysel z hľadiska úrovne znečistenia výrazne horší ako palivový a energetický komplex, automobilová doprava, železná a neželezná metalurgia a dokonca aj priemysel. Najnepriaznivejšou situáciou je v posledných rokoch znečistenie ovzdušia mesta Voronež benzapyrénom obsiahnutým vo výfukových plynoch a prachu áut, ktorého podiel neštandardných laboratórnych rozborov je 15-20 % denne. Ekologický a geochemický prieskum pôdneho krytu ukázal, že situácia z hľadiska kontaminácie pôdy olovom a zinkom je veľmi nepriaznivá. Podiel nevyhovujúcich rozborov pôdnych vzoriek v meste ako celku je 19,3, resp. 15,5 %, v priemyselnej pravobrežnej časti mesta sa táto hodnota zvyšuje na 40 – 46 %. Medzitým sú to tieto zložky, ktoré sú akýmsi indikátorom nárastu ochorení detí. Medzi detskými chorobami vo Voroneži prevládajú respiračné choroby (65%), ktorých úroveň prevyšuje podobné priemerné ruské ukazovatele 1,2-krát v meste ako celku. Prevencia zvýšenej kontroly si vyžaduje okrem toho novotvary, vrodené anomálie, ktorých priestorové rozdiely v úrovniach výrazne korelujú s intenzitou znečistenia životného prostredia.
Potvrdili sa súvislosti medzi koncentráciami formaldehydu v atmosfére a ochorením bronchiálnej astmy, ako aj vysokým obsahom prachu v atmosfére s ochoreniami krvi. Pneumónia je častejšie zaznamenaná v oblastiach s vysokým obsahom olova a oxidu uhoľnatého. So zvyšujúcou sa intenzitou znečistenia ovzdušia u detí sa pozorujú výrazné zmeny v hematologických parametroch a odozva na zvýšenie chorobnosti.
Za súčasných podmienok je potrebné vykonať objektívny rozbor príčin rozmachu znečisťovania životného prostredia a nárastu katastrof spojených s nekontrolovaným šírením chemických zlúčenín technického alebo biologického pôvodu. Je ťažké vykonať takúto analýzu, ale možno rozlíšiť dva hlavné aspekty všeobecného problému. Prvý aspekt sa týka oblasti politiky a sociológie a týka sa rozporov vo vývoji ekonomiky.
Druhý aspekt súvisí s pripravenosťou samotného človeka využívať výdobytky prírodných vied v priemyselnej a domácej sfére.
Ľahký, čisto technokratický vzťah k prírode, priama environmentálna ignorancia viedli k sérii katastrof s nezvratnými následkami. Fakty o monštruóznom znečistení sú veľmi výrečné a obyvateľstvo ich ostro odsudzuje. Avšak recidívy, ku ktorým došlo, boli zriedkavo analyzované a zvyčajne sú hodnotené iba z emocionálneho hľadiska. Tak vznikla chemofóbia. Medzitým prísne zváženie okolností ukazuje, že environmentálne poruchy, ku ktorým dochádza, zvyčajne nie sú určené zvláštnosťou chémie, ale iba nízkou kvalifikáciou a nie vždy správnou morálkou pracovníkov.
Hlavnou príčinou všetkých zaznamenaných problémov, s výnimkou chýb v plánovaní a výstavbe, sú dlhodobé opomenutia vo vyučovaní chémie na strednej škole a v dôsledku toho nedostatok chemických vedomostí medzi obyvateľstvom. Objavuje sa nápadný rozpor; všetci ľudia sa systematicky zaoberajú chemikáliami a procesmi, no zároveň len málokto dokáže svoje činy s porozumením korigovať. Treba si však uvedomiť, že práve na hodinách chémie sa dá názorne a presvedčivo predviesť ako negatívne stránky zásahy človeka do prírodného prostredia, ako aj možné spôsoby optimalizácie antropogénnych vplyvov naň.
Na zmenu vedomia človeka vo vzťahu k manažmentu prírody a vzdelávaniu je potrebná starostlivá práca, vštepovanie ekologickej kultúry.
Stratégia manažmentu prírody, založená na myšlienke sily človeka a jeho prerastania nad prírodu v ére vedecko-technickej revolúcie, ktorá sa dlho zdala neotrasiteľná, sa v skutočnosti ukázala len ako stratégia „ jabloňovú ideológiu nášho postoja k prírode, ktorá zahŕňa veľa práce na reštrukturalizácii vedomia ľudí, na jej ekologizácii. Uvedomenie si tejto situácie prispelo k formulovaniu najzávažnejších úloh tak v praktickej oblasti, ako aj v oblasti základného vedeckého výskumu. Environmentálnymi problémami sa začali zaoberať predstavitelia rôznych vied, nielen prírodných, ale aj humanitných. Je to spôsobené tým, že spolu s potrebou vyvinúť novú stratégiu environmentálneho manažmentu a vytváranie zásadne nových priemyselných technológií sa úlohou ekologickej reštrukturalizácie vedomia ľudí stala široká propagácia vedomostí o životnom prostredí.
Hlavná vec je realizácia prijatých rozhodnutí, ktorá v konečnom dôsledku závisí od nás samých, našich vedomostí, presvedčení a vôle. Tu potrebujeme zásadne nové ekologické myslenie, prekonávajúce spotrebiteľskú psychológiu vo vzťahu k prírode. Spoločnosť musí poznať základné zákonitosti vývoja prírody, nachádzať spôsoby riešenia problémov, naučiť sa rozhodovať v situáciách morálnej voľby a prognózy, to znamená prejsť celým reťazcom od environmentálnych vedomostí až po environmentálne myslenie a environmentálne opodstatnené správanie.
Formovanie vysokej ekologickej kultúry je možné za predpokladu, že obsah školského vzdelávania zahŕňa tieto prvky: systém vedomostí o interakcii medzi spoločnosťou a prírodou; hodnotné ekologické orientácie; systém noriem a pravidiel postoja k prírode, schopnosť a zručnosti ju študovať a chrániť.
Environmentálne vzdelávanie a výchova je jednou z hlavných úloh školy.
1.2. Obsah environmentálnej výchovy na hodinách chémie.
Environmentálna výchova a environmentálna výchova sú dve hlavné zamerania spojené s formovaním postojov k prírode. V environmentálnej výchove sa pozornosť učiteľa sústreďuje na proces odovzdávania a asimilácie študentov nahromadených skúseností s environmentálnymi vzťahmi av environmentálnej výchove - na formovanie vhodných osobnostných vlastností. Konečný cieľ environmentálnej výchovy a výchovy je rovnaký – formovanie optimálnych vzťahov medzi človekom a jeho okolím. Realizuje sa v rámci jednotného pedagogického procesu. V skutočnosti je konečný cieľ oveľa hlbší. Spočíva v poskytovaní podmienok pre intelektuálny, osobnostný a sociálny rozvoj žiakov, vštepovaní im pocitu osobnej zodpovednosti za stav životného prostredia, túžbe hlbšie pochopiť podstatu a nedôslednosť prebiehajúcich zmien v ekologickom vývoji našej krajiny. planéta.
Systém ekologických poznatkov by mal poskytnúť bod obratu v mysliach ľudí, ich svetonázore, postojoch k prírodným zdrojom. Ekológia sa stala znakom modernej etapy vývoja spoločnosti. ľudská kultúra. Preto cieľom environmentálnej výchovy je formovanie environmentálnej kultúry. Pojem ekologická kultúra zahŕňa vedomosti a zručnosti, úroveň mravného a estetického rozvoja svetonázoru, spôsoby a formy komunikácie medzi ľuďmi.
Obsah environmentálnej výchovy je taký bohatý a pestrý, že ho nemožno nasadiť v rámci jedného alebo viacerých predmetov. Učitelia preto hovoria o interdisciplinárnosti environmentálnej výchovy, o širokých možnostiach takmer všetkých akademických predmetov a mimoriadnom význame každého pri formovaní ekologickej kultúry žiakov. Príkladom toho je implementácia environmentálnych znalostí v Základná škola nielen v kurze „Prírodoveda“, ale aj v nových učebných osnovách školských odborov. Vyvinuté kurzy majú za cieľ zapojiť všetkých študentov do procesu komplexného poznania sveta a zvýšiť všeobecnú úroveň ich vedomostí. V nových programoch sa uprednostňujú tie predmety, ktoré sú v súčasnosti dôležitejšie a zostávajú aktuálne aj v nasledujúcich desaťročiach.
Interdisciplinárny prístup si vyžaduje definovanie funkcie každého predmetu v celkovom systéme environmentálnej výchovy, vyčlenenie interdisciplinárnych súvislostí, zovšeobecnenie interdisciplinárnych prístupov, ktoré tvoria celistvosť všetkých akademických disciplín, zjednotených cieľom – poznaním okolitého sveta. . Obsah akademických disciplín si vyžaduje interdisciplinárnu koordináciu a postupnú integráciu relevantných poznatkov.
Environmentálna výchova je nerozlučne spätá s poznaním dialektickej podstaty vzájomného pôsobenia prvkov v systéme „človek-spoločnosť-príroda“. Odraz tejto trojice tvorí jadro, ktoré v obsahu všeobecného vzdelávania umožňuje na úrovni medzicyklových súvislostí odkrývať svet prírody a svet ľudí ako celok.
Model environmentálnej výchovy zahŕňa nielen obsahovú štruktúru, ale aj základné podmienky na dosiahnutie cieľa.
https://pandia.ru/text/78/141/images/image002_5.gif" width="612" height="372">Faktory environmentálnej výchovy, ktoré podmieňujú zodpovedný vzťah školákov k prírodnému prostrediu.
Mladšej generácii treba vysvetliť, že súčasný stav životného prostredia je pre ľudstvo spojený s rovnakým nebezpečenstvom ako jadrovej vojny. Jediný rozdiel je v tom, že environmentálne problémy sú zákernejšie... Nebezpečným klamom je útecha nádeje, že ľudstvo bude schopné prestať ničiť svet okolo nás, keď sa priblíži k ekologickej smrti. bude neskoro! Toto je zložitá časť problému.
Šikovná, subtílna environmentálna výchova a výchova nových generácií – to je sila, ktorá stále dokáže zamraziť a vrátiť späť ranené šípy obludného mechanizmu, ktorý hrozí vyriešiť našu planétu. .
Poznanie podstaty sveta okolo nás pôsobí ako integrujúci článok v predmetoch prírodného kolobehu a významnú úlohu v ekologizácii vzdelávania má vyučovanie chémie.
Spolu so zvládnutím základov základnej vedy, vrátane jej jazyka, kľúčové fakty, koncepcie, teórie a zákony, dostupné zovšeobecnenia ideologickej podstaty vyučovania chémie by mali prispieť k: rozvoju a intelektuálnemu zdokonaľovaniu jednotlivca; formovanie environmentálne vhodného správania medzi študentmi, primeraný prístup k sebe, ľuďom a prírodnému prostrediu; rozvíjanie pochopenia sociálnej potreby rozvoja chémie, formovanie postojov študentov k chémii ako možnej oblasti budúcej praktickej činnosti.
Výber environmentálneho materiálu na zaradenie do učebných osnov chémie by sa mal vykonávať s prihliadnutím na základné princípy didaktiky. Hlavnými kritériami sú vedeckosť, dostupnosť na štúdium, logické prepojenie s obsahom predmet, ktorá umožňuje pedagogicky fundovaný výber otázok o chemických aspektoch ekológie, rozvíjať obsah a metodiku ich štúdia na hodinách chémie.
Aké miesto má chemická výchova vo všeobecnom systéme environmentálnej výchovy?
Tradične je hlavným cieľom vyučovania chémie to, že žiaka bolo potrebné uviesť do sveta látok (prírodných aj umelých), položiť základy pre pochopenie dôvodov jej rozmanitosti, formovať nielen Všeobecná myšlienka o spôsoboch získavania a oblastiach použitia látok a praktické zručnosti pri manipulácii s nimi. Nedostatočné informácie o biologickej úlohe látok, ich škodlivých účinkoch na ľudský organizmus a životné prostredie postavili pred ďalšiu výchovnú úlohu v r.
vyučovanie chémie - na základe Základných chemických poznatkov formovať systémové poznatky o chemických aspektoch ekológie a environmentálnych problémoch. Tento systém zahŕňa poznatky o látkach živej prírody, o interakciách spojených s prejavom života v rastlinnom a živočíšnom svete, o chemických vzťahoch organizmov medzi sebou a prostredím, o interakcii antropogénnych faktorov na človeka samotnom. a na všetko živé.
Systém ekologických a chemicko-ekologických pojmov v chemickom vzdelávaní zahŕňa problematiku kolobehu látok v prírode, zmien a premien energie v biosfére, zohľadnenia environmentálnej funkcie hmoty, a teda globálnych problémov, integračných vlastností ekosystémov. , ako je prítomnosť živín a ich chemická premena; samoliečba ekosystémov, antropogénne zmeny v ekosystémoch; implementácia vzorcov interakcie orgánov s prostredím v praktických činnostiach človeka, v ochrane životného prostredia; zákony zachovania hmoty a energie, jednota materiálny svet; rozpory v interakcii spoločnosti a prírody, rozvoj spoločnosti na úkor prírodných zdrojov.
Ekológia a chémia sa navzájom dopĺňajú. Zavedením princípov termodynamiky do ekológie vznikla výrobno-energetická ekológia, ktorá študuje zákonitosti disipácie energie v potravinových reťazcoch. Pohľad na rozmanitosť ekologických vzťahov cez prizmu anorganickej chémie odhaľuje široké spektrum javov spôsobených vplyvom človeka na biosféru a neživú prírodu. Dôležitou súčasťou prírodných procesov na planéte je globálny kruh a premeny, ktorým podliehajú také základné prvky ako uhlík, dusík, vodík, síra a fosfor…. Mnohé anorganické zlúčeniny sú schopné ovplyvňovať a už ovplyvňujú
na klímu planéty a stav jej atmosféry, na kvalitu prírodného prostredia, v ktorom človek žije, a tým aj na zdravie ľudí
V rámci anorganickej chémie je zaujímavé venovať pozornosť nielen antropogénnym deformáciám prírodných cyklov chemikálií a uplatňovaniu kvality životného prostredia, ale aj hľadaniu riešení sociálnych a environmentálnych problémov: energetika, suroviny, atď. Napríklad perspektívy vodíkovej energie; úloha kyslíka a ozónu pri zabezpečovaní života na Zemi; kovy v biosfére a ľudskom tele a pod.
Obrovskú úlohu v ekologických vzťahoch zohrávajú procesy súvisiace s oblasťou organickej chémie. Organické zlúčeniny tvoria základ tej časti biosféry, ktorú nazval „živá hmota“. Život ľudí ako biologických jedincov je spôsobený zložitými premenami organických látok v ľudskom tele a látkovou premenou s prostredím. Napokon, samotné prežitie ľudstva dnes nie je možné bez rozšíreného používania organických vecí v každodennom živote, v medicíne, priemysle, poľnohospodárstve atď.
Pochopenie úlohy organických látok v existencii a vývoji komplexného socio-biosférického komplexu Zeme ako celku a jeho hlavných častí je dôležitou súčasťou chemického čítania modernej ekonómie.
Úspechy v ekológii slúžia ako základ pre riešenie mnohých naliehavých problémov našej doby. Najmä s údajmi získanými ekológiou
Logia zdravý životný štýlživota: v uprednostňovaní duchovných potrieb pred materiálnymi, v starostlivosti o zachovanie svojho fyzického zdravia. Takýto človek je v budúcnosti schopný riadiť sa vo svojej profesionálnej činnosti zásadami ekologických a morálnych imperatívov (15, s. 3).
Prejdime k problému organizácie vyučovania chémie na strednej škole. Na ceste transformácie predmetového vzdelávania a vytvárania systému environmentálnej výchovy pre školákov naráža učiteľ na určité ťažkosti. Po prvé, chemofóbia, ktorá vznikla v spoločnosti a spôsobila, že deti spočiatku túto tému zanedbávali. Po druhé, abstraktnosť samotného predmetu.
Ide hlavne o zmenu (ekologizáciu) vlastného videnia sveta, uvedomenie si zodpovednosti (ľudskej i odbornej) za prípravu environmentálne vzdelanej mladšej generácie. Je potrebné systematicky informovať o úspechoch chémie pri ochrane životného prostredia.
1.3. Prehľad literárnych prameňov o environmentálnej výchove.
Študovaný kurz chémie na modernej strednej škole úplne nerieši problémy environmentálneho vzdelávania a výchovy. Ekologické problémy sú uvedené deklaratívne, neštudujú sa do hĺbky a sú len načrtnuté. Opatrenia na štúdium vplyvu chemických procesov a chemických zlúčenín na životné prostredie však nemôžu plne nahradiť systematické štúdium týchto problémov.
Chémia je jedným z najdôležitejších predmetov, na základe ktorých sa formuje dialektika – materialistické predstavy o svete okolo.
Podľa teraz aktuálny program Absolventi deviateho ročníka majú veľmi neúplné, fragmentárne predstavy o chémii, keďže otázky organickej a všeobecnej chémie sa študujú v ročníkoch X-XI. Vzhľadom na diferenciáciu vzdelávania na strednej škole nemusí veľa študentov chémiu študovať vôbec, čo povedie k úplnej neznalosti množstva životne dôležitých otázok a skomplikuje existenciu človeka v modernom svete, keďže absolventi škôl nebudú rozumieť napríklad príčinám škodlivých účinkov hospodárskej činnosti človeka na rastlinné a zvieracieho sveta a biosféra ako celok a iné podobné problémy.
Preto je potrebné radikálne zmeniť program v chémii, a teda aj priebeh chémie ako celku.
Na Katedre metód vyučovania prírodných a matematických predmetov sa rozvinula MSIUU nový program kurz chémie „Ekológia a dialektika“ a na jeho základe sa uskutočnil experiment na dvadsiatich školách v Moskve a Moskovskej oblasti. Jeho charakteristickým znakom je, že na jeho základe absolventi deviateho ročníka získajú všeobecnú predstavu o chemickej vede vo všeobecnosti, ako aj o všetkých jej sekciách. Na základnej úrovni, končiacej deviatym ročníkom, sa žiaci oboznamujú s úlohou a miestom chémie v modernej ekonomickej činnosti človeka, jej vplyvom na životné prostredie a spôsobmi prekonávania negatívnych vplyvov praktickej činnosti človeka na flóru, faunu a človeka. telo spojené s využívaním chemickej výroby.
V tomto programe je veľká pozornosť venovaná organizácii chemických pokusov, využívaniu rôznych najdôležitejších chemických zlúčenín v humánnej praxi, ich vplyvu na životné prostredie a ľudský organizmus. Prostredníctvom vedomostí o chemických zlúčeninách, chemických javoch si žiaci vytvárajú osobitný vzťah k životnému prostrediu človeka,
Vytvára sa základ pre správne pochopenie problémov životného prostredia, bez ktorého je nemožné, aby ľudstvo v modernom svete existovalo; vytvára sa predstava o zložitosti nekonzistentnosti rôznych procesov, vrátane chemických, čo umožňuje na tomto základe na základe poznatkov z iných kurzov prírodno-matematického cyklu formovať dialekticko-materialistické chápanie okolitej činnosti. Zároveň by tento kurz chémie mal riešiť aj problémy výchovy profesionálnych chemikov, ako aj ľudí, ktorí potrebujú hlboké znalosti chémie pre úspešnú realizáciu svojich odborných úloh. Je navrhnutý tak, aby vytvoril základ pevných chemických znalostí, na základe ktorých je možné vytvoriť vyššiu úroveň vedomostí a porozumenia chémie v ročníkoch X-XI. stredná škola. Tento kurz predpokladá implementáciu diferencovaného vyučovania, berúc do úvahy osobitosti asimilácie chemických poznatkov, a to pre študentov s nízkou úrovňou vzdelania vzdelávacieho materiálu, ako aj pre študentov, ktorých počiatočná úroveň porozumenia chémii je pomerne vysoká.
Vyvinutý program „Ekológia a dialektika“ implikuje hlboký vzťah k biológii, fyzike, geografii a ďalším odborom študovaným na škole, čo umožní študentom vytvoriť si holistický pohľad na svet okolo seba.
Tento program je však určený na prehĺbené štúdium predmetu s propedeutickým kurzom v 7. ročníku a je vhodný len pre špecializované školy alebo triedy. Špecialisti Moskovskej štátnej pedagogickej univerzity. N Zvereva a vyvinula množstvo integrovaných kurzov: „Biosféra a človek“, „Ekológia a civilizácia“, ekologický kurz chémie; od témy k téme.
Program integrovaného kurzu „Biosféra a človek“ je určený pre študentov vyšších ročníkov a stredných odborných inštitúcií humanitného profilu. Tento prístup je o to relevantnejší, že v humanitnom vzdelávaní v nedávne časy zintenzívnila sa tendencia redukovať kurzy prírodných vied a najmä chémie. Integrácia prírodovedných poznatkov umožňuje riešiť problém formovania holistického vnímania okolitého sveta, rozvíjania záujmu o chemické vedy a formovania chemických poznatkov na dobrej úrovni.
Účelom tohto kurzu je ekologizácia vedomia študentov, popularizácia učenia. Hlavné myšlienky kurzu: človek je príčinou environmentálnych problémov a len človek ich môže vyriešiť; integritu a rozmanitosť sveta. Pozornosť sa sústreďuje na štúdium samotnej prírody, rozmanitosti úrovní organizácie života, evolúcie ako organického sveta, tak aj vzťahu človeka a prírody.
Ale kurz "Biosféra a človek" je veľmi špecifický a je vyhlásený ako samostatný odborný predmet v X-XI. ročníku. Nie každá škola má však v osnovách ďalšie hodiny na zavedenie tohto kurzu.
navrhol ekologizovaný kurz „Ekológia a civilizácia“, ktorý má výrazne interdisciplinárny charakter vrátane filozoficko-historických, sociálno-morálnych, biologických, geografických a fyzikálno-chemických aspektov environmentálnych problémov.
V rámci environmentálnej výchovy a výchovy sa propedeutika realizuje v ročníkoch I.-VII. ďalšie zhromažďovanie vedomostí študentov o prírodných objektoch, niektorých zákonitostiach vývoja prírody, skutočnostiach antropogénneho vplyvu na životné prostredie; vzdelávanie školákov
kov na analýzu a modelovanie jednoduchých situácií. V tejto fáze je najefektívnejšia ekologizácia akademických odborov v kombinácii s problematickými voliteľnými predmetmi, krúžkovou a vlastivednou prácou.
V procese vyučovania chémie v ročníkoch VIII a IX je dôležité zaradiť zváženie problémov ochrany životného prostredia pred chemickým znečistením. Kurz ekologizovanej chémie je založený na predstavách o vzťahu medzi zložením, štruktúrou, vlastnosťami a biologickou funkciou látok; ich dvojitá úloha v živej prírode; biologická zameniteľnosť chemických prvkov a dôsledky tohto procesu pre organizmy; príčiny porušenia biogeochemických cyklov; úloha chémie pri riešení environmentálnych problémov.
Na záverečnom stupni vzdelávania (X_XI trieda) pokračuje zdokonaľovanie chemických vedomostí v procese osvojovania si kurzu organickej a všeobecnej chémie. Jeho obsah umožňuje rozvíjať myšlienky prejavu chemických zákonitostí v prírodných procesoch; chápať také ekologické vzorce, ako je cyklickosť a kontinuita výmeny hmoty medzi jednotlivými zložkami biosféry.
Ekologický kurz chémie X trieda. je doplnená o voliteľný predmet „Chémia a ochrana životného prostredia“, ktorý odhaľuje chemické aspekty problémov životného prostredia na lokálnej, regionálnej a globálnej úrovni. Neoddeliteľnou súčasťou tohto kurzu je laboratórny workshop, ktorý zahŕňa organizáciu výskumných aktivít študentov zameraných na štúdium antropogénneho vplyvu na prírodné objekty.
Akademická disciplína „Ekológia a civilizácia“ bola zavedená súbežne so štúdiom kurzu chémie v X. a XI. ročníku (14, s. 43).
Vďaka integrácii týchto kurzov prebieha realizácia programov v rámci viacerých predmetov a viacerými učiteľmi.
Pre ročníky VIII - XI bol navrhnutý program kurzu ekologickej chémie: od témy k téme. Na tie sa zameriava predovšetkým
Lenias, ktoré spôsobujú vážne obavy o stav prírodného prostredia a budúcnosť civilizácie: globálne otepľovanie, ubúdanie ozónovej vrstvy v atmosfére, kyslé dažde, hromadenie toxických ťažkých kovov a pesticídov v pôde, kontaminácia veľkých oblastí rádionuklidmi, vyčerpávanie prírodných zdrojov planéty.
Príroda je vo svojom prirodzenom vývoji v dynamickej rovnováhe;
Priamym výsledkom interakcie medzi človekom a prírodou je zmena chemického zloženia zložiek životného prostredia, čo vedie k posunu prírodnej rovnováhy;
Chemické poznatky sú neoddeliteľnou súčasťou vedomostí o základoch ochrany prírody, racionálneho environmentálneho manažmentu a rozumnej premeny životného prostredia človekom.
Úloha chémie pri riešení environmentálnych problémov v súčasné štádium významné:
A) Štúdium zloženia, štruktúry, vlastností, ako sa konkrétna látka správa v atmosfére, pôde, vodnom prostredí, aké účinky má ona a produkty jej premien na biologické témy;
B) Odhaľovaním mechanizmov biogeochemických procesov v prírodnom kolobehu prvkov chémia prispieva k riešeniu problému čo najprirodzenejšieho a „bezbolestného“ vstupu priemyselnej výroby do prírodných cyklov, čím sa stáva súčasťou každého ekosystému.
C) Využívaním rôznych metód chemicko-analytického sledovania stavu objektov životného prostredia alebo kvality hotových výrobkov v mnohých priemyselných odvetviach (chemický, petrochemický
, mikrobiologická, farmaceutická), chémia umožňuje získať informácie potrebné pre následné rozhodovanie o prevencii škodlivín
látok v kontrolovaných objektoch, čistenie týchto objektov, spôsoby ich ochrany a pod.
Ekologizovaný kurz chémie umožňuje odhaliť osobitnú úlohu tejto vedy v boji proti environmentálnej nevedomosti, ktorá sa prejavila v zakorenenej myšlienke „viny“ chémie v súčasnej environmentálnej situácii, prilákať školákov k výskumná prácaštudovať stav prírodného prostredia, vštepovať im pocit osobnej zodpovednosti za jeho zachovanie.
Hodnota tohto programu spočíva v tom, že v každej téme v chémii rezonujú environmentálne pojmy, rozširujúce, prehlbujúce a systematizujúce vedomosti žiakov o základných chemických zákonitostiach, ich vzťahu k stavu životného prostredia. Pri zvažovaní akéhokoľvek chemického problému môžu byť environmentálne aspekty prezentované buď vo forme krátka správa, referát na hodine, obhajoba eseje, zostavenie environmentálneho experimentu alebo riešenie environmentálneho problému, ktorý pomáha osvojiť si zákony chémie s konkrétnymi environmentálnymi príkladmi.
A (Moskva štátna pedagogická univerzita pomenovaná po V.I. Leninovi), (LGIUU), Mu (MNPO Sintez), (Moskovská štátna univerzita pomenovaná po ..) vyvinula programy voliteľných kurzov environmentálnej výchovy pre školákov: „Zdravý životný štýl človeka v znečistená biosféra“, „Základy všeobecnej ekológie a ochrany životného prostredia“, „Problémy životného prostredia Leningradskej oblasti“, „Biologická úloha chemických prvkov“. Tieto výberové predmety zabezpečujú formovanie systému vedomostí študentov (úroveň environmentálneho vedomia) s prvkami environmentálnej kultúry (hodnotová orientácia školákov na vedecky podložený manažment prírody). Pre úplnejšie štúdium základov ekológie v spojení so základmi chémie sú potrebné všeobecné vzdelávacie cykly, ktoré obsahujú všeobecné ekologické
Po splnení týchto úloh sa zvyšuje úroveň motivácie k učeniu a uľahčuje sa proces získavania vedomostí.
Pri diferenciácii podľa záujmov prichádza technológia do kontaktu s kultúrno-vzdelávacou technológiou učenia, ktorá prispieva k humanizácii vzdelávania. V rámci tejto technológie je súčasťou tejto technológie aj katedra ekologickej kultúry: oboznamovanie sa s problematikou ochrany prírody, životného prostredia človeka, jedinečnej ľudskej kultúry: pestovanie lásky k prírode, hĺbkové štúdium geografie, biológie a chémie . Ako špecifické, často metodické a lokálne technológie možno uplatniť technológiu environmentálnej výchovy, T. V. Kucher a i.
Na ekologizáciu vyučovania chémie využívajú aj kooperačné technológie, skupinové technológie, ktoré majú stimulačný vplyv na vývoj dieťaťa. Zahŕňajú komunikáciu, komunikáciu, výmenu informácií študentov, vzájomné porozumenie.
Proces učenia je založený aj na alternatívnych technológiách a technológiách vývinového učenia založených na princípoch antropozofie, podľa ktorých rozvoj schopnosti poznania vedie človeka k dokonalosti. Antropozofia je základom waldorfskej pedagogiky R. Steinera. Rozvoj intelektových schopností sa uskutočňuje podľa technológie a. Rozvíjajúce vzdelávanie zohľadňuje a využíva vzorec vývinu, prispôsobuje sa úrovni a vlastnostiam dieťaťa (3, s. 80-83: s. 109: s. 119-122: s. 1516 s. 181)
Využitie týchto technológií umožňuje orientovať osobnosť študenta na vnímanie všetkého okolo seba ako zainteresovaného bádateľa, ktorý je osobne zodpovedný za dôsledky svojej činnosti pre iných ľudí a pre prírodu.
Fragmenty vyššie uvedených technológií od N. P. Guzika, I. N. Zakatovej, NT Suraveshnaya, TV Kuchera, R Steinera, DB Elkonina a V. V. Davydova využívam pri vedení environmentálnych lekcií resp. mimoškolské aktivity na environmentálne témy
2.2. Formy vedenia hodín ekologickej všeobecnej výchovy vo vyučovaní chémie.
Z odborného hľadiska ma lákajú neštandardné formy vedenia hodín a zohľadňovanie vedomostí študentov, ako sú testovacie hodiny, seminárne hodiny, konferenčné hodiny, využívanie didaktických, rolových a obchodné hry, prvky tetralizácie. Vzájomne sa obohacujúcu interakciu prírodovedných odborov využívam na formovanie celostného postoja k prírode, motiváciu k normám zdravého životného štýlu.
V záujme posilnenia environmentálnej orientácie školského vzdelávania vnášam do edukačného materiálu každej témy zohľadnenie environmentálnych otázok, dávam slovo študentom službukonajúcim ekológom, aby poukázali na najdôležitejšie environmentálne problémy v rámci tejto témy, čo umožňuje čo najúplnejšie využitie poznatkov o životnom prostredí na formovanie starostlivého postoja žiakov k prírode, ich pripravenosť podnikať aktívne kroky na jej ochranu.
Moja pedagogická koncepcia ekologizácie vyučovania chémie je blízka kurzu ekologickej chémie: od témy k téme. Na hodinách využívam environmentálne experimenty, úlohy alebo otázky, praktickú prácu environmentálneho zamerania.
Pri štúdiu štruktúry a vlastností prechodných kovov vediem seminár na tému „Vlastnosti štruktúry d-prvkov a ich vplyv na životné prostredie a ľudské zdravie“. Metódou tejto lekcie je rozvíjajúci a vyučovací typ seminára.
Cieľom hodiny je zovšeobecniť vedomosti žiakov o periodickom zákone, štruktúre atómov, stave elektrónov v atómoch; upevňovanie zručností vytvárať elektronické obvody, vzorce, porovnávať chemické prvky pomocou chi-
mic aktivita; oboznámenie študentov s niektorými zákonitosťami, ktoré určujú rozšírenosť kovov v prírode, ich toxicitu, podiel účasti na metabolizme živých organizmov na základe postavenia prvkov - kovov v periodickom systéme; odhalenie príčin znečistenia životného prostredia d-prvkami, uvedenie hlavných zdrojov znečistenia; formovanie schopnosti školákov predvídať a analyzovať dôsledky znečistenia prírodného prostredia kovmi; oboznámenie sa s hlavnými smermi prevencie znečistenia.
Mottom hodiny som zvolil slová: "Veda je prospešná len vtedy, keď ju prijímame nielen rozumom, ale aj srdcom."
Plán seminára
1) Poloha d-prvkov v periodickej sústave.
2) Vlastnosti štruktúry atómov d-prvkov, ich vlastnosti.
3) d - prvky a živý organizmus.
4) Biologická úloha a toxický účinok d - prvkov.
5) Problém znečistenia životného prostredia kovmi a spôsoby jeho riešenia.
6) Nájdenie d - prvkov v prírode. Minerály obsahujúce d - prvky vo Voronežskej oblasti.
Na začiatku hodiny si aktualizujem vedomosti a vykonám individuálny a frontálny prieskum.
a) Individuálny prieskum.
1. Práca na kartách.
2. Aké prvky sa nazývajú d-prvky?
3. Charakterizujte polohu d - prvkov v periodickej sústave.
4. Vlastnosti štruktúry atómov d - prvkov; vyplnenie energetických podúrovní elektrónmi, fenomén „zlyhanie elektrónov“.
b) Frontálny prieskum.
1. Uveďte modernú formuláciu periodického zákona.
2. Aký je fyzický význam poradového čísla prvku, čísla skupiny a bodky?
3. Aké kvantové čísla popisujú stav elektrónov v atóme?
4. Aké pravidlá sú základom zostavenia grafického diagramu štruktúry atómu?
5. Vytvorte grafické diagramy a napíšte elektronické vzorce pre štruktúru atómov nasledujúcich chemických prvkov skandium, železo, niób ("zlyhanie" elektrónu) (skontrolujte horoskopom)
V druhej fáze navrhujem, aby žiaci vyplnili textovú úlohu podľa troch možností. Svoje odpovede napíšu na filtrovaný papier impregnovaný fenolftaleínom, pričom podľa ich názoru kvapkajú alkalický roztok do požadovanej polohy. Ak je odpoveď správna, na papieri sa objaví farebný signál.
To vám umožní okamžite posúdiť prácu študentov.
Zvláštnosť štruktúry atómov d - prvkov je spôsobená prítomnosťou prebytku valenčných orbitálov a ich nedostatkom.
Filozofické diskusie v modernej prírodnej vede sú v istom zmysle nezvyčajným obrazom, a to: veľmi aktívne sa diskutuje o metodologických a ideologických problémoch biológie a fyziky, synergetiky a astronómie, genetiky a biotechnológie, no podobným otázkam chémie sa nevenuje veľa pozornosti. . Môže sa ukázať, že na základe takých základných zovšeobecnení, ako je periodický zákon, teória chemickej štruktúry, chemická termodynamika, chémia otvorili široké možnosti pre štúdium a syntézu miliónov látok neživej a živej prírody, aby vytvorili dovtedy neznáme zlúčeniny. Zdá sa, že sa nechala uniesť empirizmom, utilitárnou stránkou a nezaujímajú ju zložité svetonázorové a metodologické problémy, ktorým čelí. „Chémia však, - zdôrazňuje Yu.A. Ždanov, - čelí vlastným zložitým a naliehavým problémom teoretického a metodologického charakteru a bez ich objasnenia nielen chémia samotná, ale ani množstvo iných vied nebude môcť napredovať produktívne."
Teraz zvážte ekologický aspekt chémie, keď dochádza k procesu znečisťovania životného prostredia, ktorý má pre svoju nelinearitu zlý vplyv za osobu. Tu môžeme vyčleniť celý rad faktorov škodlivých nášmu zdraviu: chemické znečistenie pôdy a z toho vyplývajúce nebezpečenstvo produktov, chemické znečistenie ovzdušia, vody a iné environmentálne nebezpečné vplyvy. V tomto prípade je potrebné vziať do úvahy antropogénnu povahu rôznych druhov znečistenia atmosféry, hydrosféry a litosféry. „Človek je prirodzený a hlavný znečisťovateľ planéty,“ zdôrazňuje J. Bockris. Ekologický vývoj bol dlhý čas harmonický. Život jedného organizmu v procese vývoja bol podriadený celku a tomu zodpovedali chemické procesy, ktoré okolo neho prebiehali. Až do dnešného storočia nemal človek veľmi hmatateľný vplyv na ekologickú situáciu vyváženú v procese vývoja. Narušenie tejto harmónie, s ktorou je človek v súčasnosti konfrontovaný, je dôsledkom nárastu objemu chemických a iných priemyselných podnikov vypúšťaných do vôd a do ovzdušia. V atmosfére prebiehajú fotochemické procesy, pomocou ktorých sa spracovávajú škodliviny a obnovuje sa rovnováha. Od začiatku 20. stor Človek vypustil do atmosféry toľko škodlivín, že narúšajú prirodzené procesy obnovy rovnováhy.“ Chemické znečistenie životného prostredia má významný vplyv na život a správanie človeka, pretože spôsobuje značné škody jeho organizmu.
Už dlho sa zistilo, že ľudské správanie as ním spojené zdravie a patológia sú determinované chemickou povahou prostredia. Selektívny výber chemikálií podporuje vyhľadávanie lieky na liečbu rôznych druhov chorôb, vrátane duševných. Je známych veľa látok, ktoré spôsobujú narušenie normálneho ľudského správania, vedú napríklad k drogovej závislosti. Predstavujú však len veľmi malú časť z obrovského množstva chemikálií, ktoré majú biochemické účinky na ľudské zdravie. Chemické látky, bez ohľadu na spôsoby prenikania do ľudského tela, totiž ovplyvňujú priebeh biochemických procesov v tele. Je to spôsobené po prvé zákonmi genézy biosystémov na našej planéte - v priebehu chemickej evolúcie bol jednou z prvých veľkých zmien prechod z redukčnej atmosféry na oxidujúcu, v ktorej biosystémy charakteristické pre našu dobu sa začala rozvíjať. Harmónia takejto evolúcie sa jasne prejavuje v „... jednote, ktorá implikuje biochemickú evolúciu oveľa komplexnejšiu a oveľa skoršiu ako biologická evolúcia, ktorá nám všetkým dala také rozmanité formy, javy a vzorce správania v rastlinnom a živočíšnom svete.“ Vonkajšie chemické prostredie teda určovalo povahu organizmov, ktoré prežili v priebehu evolúcie.
Po druhé, prežitie organizmov je spojené s rozvinutou schopnosťou organizmu reprodukovať sa. Rozlúštenie kódu DNA – hlavného genetického materiálu prenášaného z generácie na generáciu – ukázalo, že vývoj jedinca je regulovaný na molekulárnej úrovni a prebieha prostredníctvom veľkého množstva biochemických reakcií. Potom je jasné, že všetky ostatné vlastnosti organizmu (anatomické, elektrofyziologické, behaviorálne atď.) v určitom zmysle závisia od biochemických procesov. To vysvetľuje, prečo zdravie a patológia Ľudské telo, v prvom rade je ovplyvnená biochemickými faktormi, prečo sú najvýznamnejšie vplyvy vonkajšieho chemického prostredia.
Je samozrejmé, že v priebehu evolučného procesu sa formovala schopnosť biosystému ako celku reagovať na vplyvy prostredia, od ktorých závisí fyzický stav jedinca, hlavným dôvodom zmeny tohto stavu človeka je neurochemické procesy, ktoré sa vyskytujú v nervový systém, najmä v centrálnom nervovom systéme, ktorého jemná organizácia umožňuje uskutočniť mnoho takýchto procesov. Ľudský mozog obsahuje, ako viete, asi 100 miliárd neurónov, je to neurónová sieť, ktorá je fraktálom, t.j. má nelinearitu. A samotné ľudské telo je dynamický nelineárny systém, takže spojenie medzi ľudským stavom a vonkajším chemickým prostredím vo svojej najvšeobecnejšej podobe je nelineárne. Výsledky experimentov na identifikáciu vzťahu medzi citlivosťou správania a akútnymi zmenami v chemickom prostredí, keď je normálny stav organizmu narušený, ukazujú nelineárny (exponenciálny) vzťah (vzťah) medzi stavom organizmu a exogénnym chemická látka. AT všeobecný prípad bez ohľadu na to, ako chemikálie vstupujú do ľudského tela - somaticky, inhaláciou, cez kožu alebo sliznice, injekciou alebo implantáciou; hlavná vec je, že majú nelineárny vplyv na stav ľudského tela. Pre spôsoby kontroly a čistenia prostredia od chemického znečistenia to má nemalý význam, takže človek môže bežne povoľovať a vykonávať svoju činnosť.
Zaslúži si filozofické zamyslenie nad tým, čo sa v ňom deje moderná chémia prechod od dizajnu molekúl k tvorbe molekulárnych strojov. Chémia sa vzťahuje na tie oblasti základných vedomostí, ktoré vám umožňujú syntetizovať a študovať molekuly, čo znamená, že chémia ako odvetvie prírodných vied sa zaoberá štúdiom hmoty na úrovni jej molekulárnej organizácie. Zdá sa, že táto oblasť výskumu je neobmedzená a skutočne je. Katalóg chémie obsahuje státisíce molekúl prírodného pôvodu, ktorých štruktúra bola rozlúštená v laboratóriách a k dnešnému dňu k tomuto číslu pribudlo viac ako 15 miliónov molekúl syntetizovaných chemikmi, ktoré sa nenachádzajú v živej prírode. Chemikmi vyvinutá metodológia syntézy, metódy na štúdium molekulárnej štruktúry a ich premien (a medzi najnovšie z nich patria skenovacia tunelová mikroskopia a laserová femtosekundová spektroskopia, pri ktorých sa priestorové a časové rozlíšenie dosahuje na úrovni veľkostí jednotlivých atómov a ich pohybov v miznúcich malých časových intervaloch za 10 -15 s), umožňuje úspešne pochopiť tajomstvá štruktúry molekúl a ich rôznych vlastností. To platí aj pre tie najnestabilnejšie z nich, ktoré sa za normálnych podmienok rozkladajú v milióntinach sekundy.
„Znamenajú tieto úspechy,“ píše V.I. Minkin - že chémia ako veda už svoj problém vyriešila a hoci jej schopnosť produkovať nové molekuly v ešte väčších množstvách zostáva neobmedzená, tento proces sa stáva čoraz rutinnejším? V súčasnosti je napríklad možné automaticky syntetizovať peptidy (proteíny s nízkou molekulovou hmotnosťou). Takéto hodnotenie celkového stavu chemickej vedy (vedy, ktorej zákony sú rovnako dôležité pre pochopenie živej a neživej prírody) by bolo unáhlené. A už vôbec nie originálny. Už v roku 1929 laureát Nobelovej ceny Paul Dirac s objavom kvantovej mechaniky uviedol: „Základné fyzikálne zákony potrebné pre matematickú teóriu časti fyziky a celej chémie sa tak stávajú úplne známymi a jediným problémom je, že presná aplikácia týchto zákonov vedie k rovniciam príliš komplikovaným na riešenie." Táto Diracova téza bola stredobodom rozsiahlych diskusií medzi fyzikmi, chemikmi a prívržencami a odporcami filozofie redukcionizmu. V mnohých monografiách a učebniciach o teoretickej a fyzikálna chémia tento výrok klasika vedy je uvedený a dôraz sa kladie na nerealizovateľnosť predpovede. Je zrejmé, že Dirac vyjadril svoju myšlienku ako akúsi hyperbolu, aby zdôraznil mimoriadny význam novej teórie mikrosveta. Samotné postuláty kvantovej mechaniky, dôsledky z nich vyplývajúce, sa ukázali ako správne a ako sa už teraz ukázalo, kompletnú Schrödingerovu rovnicu nie je možné exaktne vyriešiť ani pre najjednoduchšie molekuly a dobré aproximácie k presným riešeniam pre stredné- molekuly s veľkosťou vyžadujú čas chodu superpočítača, počítaný v dňoch. Dá sa povedať, že metódy kvantovej mechaniky určujú najmä tempo vedeckého pokroku, nie však povahu vedeckej tvorivosti. Je známe, že kreatívne sú vo svojej podstate iracionálne a nedajú sa odvodiť logickým, deduktívnym spôsobom – inak by každý, kto pozná logiku, mohol robiť vedecké objavy (v tomto prípade by vedu jednoducho nepotrebovala). Okrem toho by sme nemali zabúdať, že periodický systém prvkov a teóriu molekulárnej štruktúry organických zlúčenín vytvorili chemici dávno pred vytvorením princípov kvantovej mechaniky a dokonca ešte pred objavom elektrónu.
Je známe, že výber smerov vedeckého bádania diktujú dva faktory: požiadavka sociálnej potreby a vnútorný impulz bádateľa objavovať nové javy a zákonitosti, prenikať do tajov prírody. V rôznych etapách vývoja spoločnosti sa v závislosti od dosiahnutej úrovne poznania menia trendy vedeckého výskumu a priority výberu cieľov. V chémii sa v 60. a 80. rokoch 20. storočia ťažisko výskumu sústredilo na štúdium jemnej štruktúry molekúl, reakčných mechanizmov a intramolekulárnej dynamiky. V poslednom desaťročí je zjavný záujem o objekty a ciele so zvýšenou komplexnosťou – štúdium a modelovanie funkcií biologicky dôležitých molekulárnych systémov, ako aj vytváranie nových high-tech materiálov budovaných z prvkov nanorozmerov. Tento trend odráža prechod od štúdia jednotlivých molekúl a ich malých asociátov k štúdiu štruktúry vlastností a premien dostatočne veľkých agregátov molekúl, k riadenému dizajnu organizovaných molekulových ansámblov s cieľom vytvárať jedinečné molekulárne stroje, t.j. molekulárne zariadenia, v ktorých zmeny indukované v jednotlivých zložkových molekulách spôsobujú kooperatívne procesy v celom systéme (K. Drexler). Takéto zariadenia môžu slúžiť na premenu jedného typu energie na iný, akumuláciu svetelnej energie, zaznamenávanie, ukladanie a prenos informácií, molekulárne výpočty atď. "Dizajn takýchto zariadení je oblasť," V.I.
Pre chémiu zostáva nebo dokorán otvorené, pretože to nie je len veda, ale aj umenie. Umenie, samozrejme, vďaka kráse svojich predmetov, ale aj vo svojej podstate, vďaka schopnosti donekonečna vymýšľať a vytvárať svoje predmety, seba, svoju budúcnosť. Podobne ako umelec, aj chemik stelesňuje plody vlastnej fantázie do hmotných obrazov. Kameň, zvuky, slová samy o sebe neobsahujú diela sochára, skladateľa, spisovateľa vytvorené z nich. Podobne chemik vytvára nové molekuly, nové materiály a nové vlastnosti z prvkov, ktoré poskytuje príroda. Skutočne vytvára nové svety, ktoré neexistovali, kým nevyšli z rúk chemika, rovnako ako materiál, ktorý vychádza len z rúk majstra, nadobúda silu a výraznosť umeleckého diela. Krásne to vo svojom výtvore vyjadril apoštol Rodin.
Chémia má tento tvorivý potenciál. Ako Marcel Berthelot: "Chémia vytvára svoje vlastné predmety." Nevytvára len predmety, vytvára predmet svojho výskumu. Spočiatku neexistuje, je vynájdený a vytvorený v procese výskumu. Nečaká len na objavenie, čaká na stvorenie. Podstata chemickej vedy našla svoje plné vyjadrenie v slovách umelca-vedca Leonarda da Vinciho: „...kde príroda prestáva vytvárať svoje vlastné predmety, preberá vládu človek, ktorý tvorí pomocou prírodných materiálov a pomocou príroda, nespočetné množstvo nových predmetov...“ .
Podstata chémie nie je len v objavoch, ale aj vo vynálezoch, predovšetkým v tvorivej tvorbe. Kniha chémie sa musí nielen čítať, ale aj písať; skóre z chémie sa musí nielen hrať, ale aj zložiť. Filozofický význam modernej chémie spočíva v tom, že umožňuje stavbu nových látok a materiálov, ktoré sa v živej prírode nenachádzajú, a to zase vnáša nový rozmer do zmyslu ľudskej existencie. Objekty supramolekulárnej chemickej tvorivosti totiž sľubujú, že budú veľmi zložité a rôznorodé, v dôsledku čoho je možné vytvárať celé chemické galaxie. Kreativita, ako viete, slúži na hľadanie zmyslu nášho života, uspokojovanie najvyššej potreby sebarealizácie.
Dnes už netreba nikoho presviedčať o tom, aký veľký význam majú otázky súvisiace s problematikou ochrany životného prostredia pre celé ľudstvo. Tento problém je zložitý a mnohostranný. Zahŕňa nielen čisto vedecké aspekty, ale aj ekonomické, sociálne, politické, právne, estetické.
Procesy, ktoré určujú súčasný stav biosféry, sú založené na chemických premenách látok. Chemické aspekty problému ochrany životného prostredia tvoria nová sekcia moderná chémia, nazývaná chemická ekológia. Tento smer sa zaoberá chemickými procesmi vyskytujúcimi sa v biosfére, chemickým znečistením životného prostredia a jeho vplyvom na ekologickú rovnováhu, charakterizuje hlavné chemické znečisťujúce látky a metódy určovania úrovne znečistenia, vyvíja fyzikálne a chemické metódy boja proti znečisťovaniu životného prostredia a skúma pre nové zdroje energie šetrné k životnému prostrediu atď.
Pochopenie podstaty problému ochrany životného prostredia si samozrejme vyžaduje oboznámenie sa s množstvom predbežných pojmov, definícií, úsudkov, ktorých podrobné štúdium by malo prispieť nielen k hlbšiemu nahliadnutiu do podstaty problému, ale aj k rozvoju environmentálnej výchovy. .Geologické sféry planéty, ako aj štruktúra biosféry a chemické procesy v nej prebiehajúce sú zhrnuté v schéme 1.
Zvyčajne existuje niekoľko geosfér. Litosféra je vonkajšia pevná škrupina Zeme, ktorá pozostáva z dvoch vrstiev: hornej, tvorenej sedimentárnymi horninami vrátane žuly, a spodnej, čadiča. Hydrosféra sú všetky oceány a moria (Svetový oceán), ktoré tvoria 71 % povrchu Zeme, ako aj jazerá a rieky. Hĺbka oceánu je v priemere 4 km av niektorých depresiách až 11 km. Atmosféra - vrstva nad povrchom litosféry a hydrosféry, dosahujúca 100 km. Spodná vrstva atmosféry (15 km) sa nazýva troposféra. Zahŕňa vodnú paru suspendovanú vo vzduchu, ktorá sa pohybuje s nerovnomerným zahrievaním povrchu planéty. Stratosféra sa rozprestiera nad troposférou, na hraniciach ktorej sa objavujú polárne svetlá. V stratosfére sa v nadmorskej výške 45 km nachádza ozónová vrstva, ktorá odráža životu škodlivé kozmické žiarenie a čiastočne aj ultrafialové lúče. Nad stratosférou sa rozprestiera ionosféra - vrstva riedeného plynu z ionizovaných atómov.
Medzi všetkými sférami Zeme zaujíma biosféra osobitné miesto. Biosféra je geologický obal Zeme spolu so živými organizmami, ktoré ju obývajú: mikroorganizmy, rastliny, zvieratá. Zahŕňa hornú časť litosféry, celú hydrosféru, troposféru a spodnú časť stratosféry (vrátane ozónovej vrstvy). Hranice biosféry sú určené hornou hranicou života, ohraničenou intenzívnou koncentráciou ultrafialových lúčov, a dolnou hranicou, ohraničenou vysokými teplotami zemského vnútra; krajné hranice biosféry dosahujú len nižšie organizmy – baktérie. zaujíma osobitné miesto v biosfére ozónová ochranná vrstva. Atmosféra obsahuje len o. % ozónu však vytvoril na Zemi také podmienky, vďaka ktorým na našej planéte vznikol a ďalej sa rozvíja život.
V biosfére prebiehajú nepretržité cykly látok a energie. V podstate tie isté prvky sú neustále zapojené do kolobehu hmoty: vodík, uhlík, dusík, kyslík, síra. Z neživej prírody prechádzajú do zloženia rastlín, z rastlín - do zvierat a ľudí. Atómy týchto prvkov sú udržiavané v kruhu života stovky miliónov rokov, čo potvrdzujú údaje z izotopovej analýzy. Týchto päť prvkov sa nazýva biofilné (život milujúce), pričom nie všetky ich izotopy, ale iba ľahké. Takže z troch izotopov vodíka je iba biofilný. Z troch prírodných izotopov kyslíka 
len biofilné a iba z izotopov uhlíka.
Úloha uhlíka pri vzniku života na Zemi je skutočne obrovská. Existujú dôvody domnievať sa, že počas tvorby zemskej kôry sa časť uhlíka dostala do jej hlbokých vrstiev vo forme minerálov, ako sú karbidy, zatiaľ čo druhá časť bola zadržaná atmosférou vo forme CO. Pokles teploty v určitých štádiách formovania planéty bol sprevádzaný interakciou CO s vodnou parou reakciou kcal, takže v čase, keď sa na Zemi objavila tekutá voda, atmosférický uhlík mal byť vo forme oxidu uhličitého. . V súlade so schémou uhlíkového cyklu nižšie je atmosférický oxid uhličitý extrahovaný rastlinami (1) a uhlík vstupuje do tela zvierat prostredníctvom potravinových väzieb (2):
Dýchanie živočíchov a rastlín a tlenie ich pozostatkov neustále vracia obrovské masy uhlíka do atmosféry a oceánskych vôd vo forme oxidu uhličitého (3, 4). Zároveň dochádza k určitému odstráneniu uhlíka z cyklu v dôsledku čiastočnej mineralizácie zvyškov rastlín (5) a živočíchov (6).
Dodatočným a silnejším odstránením uhlíka z obehu je anorganický proces zvetrávania hornín (7), pri ktorom sa kovy v nich obsiahnuté vplyvom atmosféry menia na uhličité soli, ktoré sú následne vymývané vodou. a prenášané riekami do oceánu, po ktorom nasleduje čiastočná sedimentácia. Podľa hrubých odhadov sa ročne pri zvetrávaní hornín z atmosféry naviažu až 2 miliardy ton uhlíka. Takúto grandióznu spotrebu nedokážu kompenzovať rôzne voľne plynúce prírodné procesy (výbuchy sopiek, zdroje plynu, pôsobenie vápenca vznikajúceho pri búrkach a pod.), vedúce k spätnému prechodu uhlíka z minerálov do atmosféry (8). Anorganické aj organické fázy uhlíkového cyklu sú teda zamerané na zníženie obsahu v atmosfére. V tejto súvislosti je potrebné poznamenať, že vedomá ľudská činnosť výrazne ovplyvňuje celkový uhlíkový cyklus a tým, že ovplyvňuje v podstate všetky oblasti procesov prebiehajúcich počas prirodzeného cyklu, v konečnom dôsledku kompenzuje úniky z atmosféry. Stačí povedať, že vďaka spaľovaniu iba jedného uhlia sa atmosféra ročne (v polovici nášho storočia) vrátila vo forme viac ako 1 miliardy ton uhlíka. Berúc do úvahy spotrebu iných druhov fosílnych palív (rašelina, ropa atď.), ako aj množstvo priemyselných procesov vedúcich k uvoľneniu, možno predpokladať, že toto číslo je v skutočnosti ešte vyššie.
Vplyv človeka na cykly uhlíkových premien v jeho smere je teda priamo opačný ako celkový výsledok prirodzeného cyklu:
Energetická bilancia Zeme je zložená z rôznych zdrojov, ale najdôležitejšie z nich sú slnečná a rádioaktívna energia. Počas vývoja Zeme bol rádioaktívny rozpad intenzívny a pred 3 miliardami rokov bolo 20-krát viac rádioaktívneho tepla ako teraz. V súčasnosti teplo slnečných lúčov dopadajúcich na Zem vysoko prevyšuje vnútorné teplo z rádioaktívneho rozpadu, takže za hlavný zdroj tepla možno v súčasnosti považovať energiu Slnka. Slnko nám dáva kcal tepla za rok. Podľa vyššie uvedeného diagramu 40 % slnečnej energie odráža Zem do svetového priestoru, 60 % absorbuje atmosféra a pôda. Časť tejto energie sa minie na fotosyntézu, časť ide na oxidáciu organických látok a časť sa uchováva v uhlí, oleji a rašeline. Slnečná energia vyvoláva na Zemi klimatické, geologické a biologické procesy veľkolepých rozmerov. Vplyvom biosféry sa slnečná energia premieňa na rôzne formy energie, ktoré spôsobujú obrovské premeny, migrácie, obeh látok. Napriek svojej grandióznosti je biosféra otvoreným systémom, pretože neustále prijíma prúd slnečnej energie.
Fotosyntéza zahŕňa komplexný súbor reakcií rôzneho charakteru. Pri tomto procese dochádza k preusporiadaniu väzieb v molekulách a, takže namiesto doterajších väzieb uhlík-kyslík a vodík-kyslík vzniká nový typ chemických väzieb: uhlík-vodík a uhlík-uhlík:
V dôsledku týchto premien sa objavuje molekula sacharidov, ktorá je koncentrátom energie v bunke. Chemicky teda podstata fotosyntézy spočíva v preskupení chemických väzieb. Z tohto hľadiska možno fotosyntézu nazvať procesom syntézy organických zlúčenín, ktorý je spôsobený svetelnou energiou. Celková rovnica fotosyntézy ukazuje, že okrem uhľohydrátov sa tvorí aj kyslík:
ale táto rovnica nedáva predstavu o jej mechanizme. Fotosyntéza je zložitý, viacstupňový proces, v ktorom z biochemického hľadiska zohráva ústrednú úlohu chlorofyl, zelená organická látka, ktorá pohlcuje kvantá slnečnej energie. Mechanizmus procesov fotosyntézy môže byť znázornený nasledujúcou schémou:
Ako je možné vidieť z diagramu, vo svetelnej fáze fotosyntézy vzniká prebytočná energia „excitovaných“ elektrónov pre proces: fotolýzu – s tvorbou molekulárneho kyslíka a atómového vodíka:
a syntéza kyseliny adenozíntrifosforečnej (ATP) z kyseliny adenozíndifosforečnej (ADP) a kyseliny fosforečnej (P). V tmavej fáze prebieha syntéza uhľohydrátov, na realizáciu ktorej sa spotrebuje energia ATP a atómov vodíka, ktoré sa objavujú vo svetlej fáze v dôsledku premeny svetelnej energie Slnka. Celková produktivita fotosyntézy je obrovská: každý rok vegetácia Zeme izoluje 170 miliárd ton uhlíka. Okrem toho rastliny zapájajú do syntézy miliardy ton fosforu, síry a ďalších prvkov, v dôsledku čoho sa ročne syntetizuje asi 400 miliárd ton organických látok. Napriek všetkej svojej grandióznosti je prirodzená fotosyntéza pomalý a neefektívny proces, pretože zelený list využíva na fotosyntézu iba 1% slnečnej energie, ktorá naň dopadá.
Ako je uvedené vyššie, v dôsledku absorpcie oxidu uhličitého a jeho ďalších premien počas fotosyntézy vzniká molekula uhľohydrátu, ktorá slúži ako uhlíková kostra na stavbu všetkých organických zlúčenín v bunke. Organické látky, ktoré vznikli v procese fotosyntézy, sa vyznačujú vysokým prísunom vnútornej energie. Ale energia nahromadená v konečných produktoch fotosyntézy nie je k dispozícii na priame použitie v chemických reakciách prebiehajúcich v živých organizmoch. Prenos tejto potenciálnej energie do aktívnej formy sa uskutočňuje v inom biochemickom procese - dýchaní. Hlavné chemická reakcia Proces dýchania je absorpcia kyslíka a uvoľňovanie oxidu uhličitého:
Proces dýchania je však veľmi zložitý. Zahŕňa aktiváciu atómov vodíka organického substrátu, uvoľňovanie a mobilizáciu energie vo forme ATP a tvorbu uhlíkových skeletov. V procese dýchania sa uhľohydráty, tuky a bielkoviny v reakciách biologickej oxidácie a postupnej reštrukturalizácie organického skeletu vzdávajú svojich atómov vodíka za vzniku redukovaných foriem. Ten, keď je oxidovaný v dýchacom reťazci, uvoľňuje energiu, ktorá sa akumuluje v aktívnej forme v spojených reakciách syntézy ATP. Fotosyntéza a dýchanie sú teda rôzne, ale veľmi úzko súvisiace aspekty celkovej výmeny energie. V bunkách zelených rastlín sú procesy fotosyntézy a dýchania úzko prepojené. Proces dýchania v nich, rovnako ako vo všetkých ostatných živých bunkách, prebieha. Počas dňa spolu s dýchaním v nich prebieha fotosyntéza: rastlinné bunky premieňajú svetelnú energiu na chemickú energiu, syntetizujú organickú hmotu a ako vedľajší produkt reakcie uvoľňujú kyslík. Množstvo kyslíka uvoľneného rastlinnou bunkou počas fotosyntézy je 20-30 krát väčšie ako jeho absorpcia pri súčasnom procese dýchania. Cez deň, keď v rastlinách prebiehajú oba procesy, sa teda vzduch obohacuje o kyslík a v noci, keď sa fotosyntéza zastaví, je zachovaný len proces dýchania.
Kyslík potrebný na dýchanie sa do ľudského tela dostáva cez pľúca, ktorých tenké a vlhké steny majú veľký povrch (asi 90) a sú prekrvené cievami. Dostane sa do nich kyslík s hemoglobínom uzavretým v červených krvinkách - erytrocytoch - krehká chemická zlúčenina - oxyhemoglobín a v tejto forme červená arteriálnej krvi distribuované do všetkých tkanív tela. V nich sa kyslík oddeľuje od hemoglobínu a je súčasťou rôznych metabolických procesov, najmä oxiduje organické látky, ktoré sa dostali do tela vo forme potravy. V tkanivách sa oxid uhličitý spája s hemoglobínom a vytvára krehkú zlúčeninu - karbhemoglobín. V tejto forme a čiastočne aj vo forme solí kyseliny uhličitej a vo fyzikálne rozpustenej forme sa oxid uhličitý s prúdom tmavej žilovej krvi dostáva do pľúc, kde sa vylučuje z tela. Schematicky možno tento proces výmeny plynov v ľudskom tele znázorniť nasledujúcimi reakciami:
Typicky vzduch vdychovaný osobou obsahuje 21 % (objemových) a 0,03 % a vydychovaný – 16 % a 4 %; za deň človek vydýchne 0,5. Podobne ako kyslík, oxid uhoľnatý (CO) reaguje s hemoglobínom a výslednou zlúčeninou je Hem. CO je oveľa odolnejší. Preto aj pri nízkych koncentráciách CO vo vzduchu je s ním spojená významná časť hemoglobínu a prestáva sa podieľať na prenose kyslíka. Keď je obsah vo vzduchu 0,1 % CO (objemovo), t.j. pri pomere CO a 1:200 viaže hemoglobín rovnaké množstvá oboch plynov. Z tohto dôvodu môže pri vdýchnutí vzduchu otráveného oxidom uhoľnatým napriek prítomnosti prebytočného kyslíka dôjsť k smrti udusením.
Fermentácia ako proces rozkladu cukrových látok za prítomnosti špeciálneho druhu mikroorganizmov sa v prírode vyskytuje tak často, že alkohol, hoci v zanedbateľných množstvách, je stálou zložkou pôdnej vody a pár: vždy je obsiahnutý v malom množstve vzduch. Najjednoduchšiu fermentačnú schému možno znázorniť rovnicou:
Mechanizmus fermentačných procesov je síce zložitý, no stále možno tvrdiť, že mimoriadne dôležitú úlohu v ňom zohrávajú deriváty kyseliny fosforečnej (ATP), ako aj množstvo enzýmov.
Hnitie je zložitý biochemický proces, v dôsledku ktorého exkrementy, mŕtvoly, zvyšky rastlín vracajú do pôdy viazaný dusík, ktorý z nej predtým odobrali. Vplyvom špeciálnych baktérií tento viazaný dusík nakoniec prechádza do amoniaku a amónnych solí. Navyše pri rozpade časť viazaného dusíka prechádza na voľný dusík a stráca sa.
Ako vyplýva z vyššie uvedeného diagramu, časť slnečnej energie absorbovanej našou planétou je „konzervovaná“ vo forme rašeliny, ropy, uhlia. Silné posuny zemskej kôry pochovali obrovské masy rastlín pod vrstvami hornín. Pri rozklade odumretých organizmov rastlín bez prístupu vzduchu sa z nich uvoľňujú prchavé produkty rozkladu, zvyšok sa postupne obohacuje o uhlík. To má zodpovedajúci vplyv na chemické zloženie a výhrevnosť produktu rozkladu, ktorý sa podľa svojich vlastností nazýva rašelina, hnedé a čierne uhlie (antracit). Podobne ako život rastlín, aj život zvierat z minulých období nám zanechal cenné dedičstvo – ropu. Moderné oceány a moria obsahujú obrovské nahromadenie prvokov v horných vrstvách vody do hĺbky asi 200 m (planktón) a v oblasti blízko dna na nie veľmi hlbokých miestach (bentos). Celková hmotnosť planktónu a bentosu sa odhaduje na obrovské číslo (~ t). Planktón a bentos, ktoré sú základom výživy pre všetky zložitejšie morské organizmy, sa už pravdepodobne nebudú hromadiť ako pozostatky. Vo vzdialených geologických epochách, keď boli podmienky na ich rozvoj priaznivejšie a konzumentov bolo oveľa menej ako teraz, sa však zachovali pozostatky planktónu a bentosu a možno aj viac organizovaných živočíchov, ktoré hromadne umierali v dôsledku rôznych dôvodov, by sa mohol stať hlavným stavebným materiálom pre tvorbu ropy. Surový olej je čierna alebo hnedá olejovitá kvapalina nerozpustná vo vode. Pozostáva z 83-87% uhlíka, 10-14% vodíka a malého množstva dusíka, kyslíka a síry. Jeho výhrevnosť je vyššia ako u antracitu a odhaduje sa na 11 000 kcal/kg.
Biomasa sa chápe ako súhrn všetkých živých organizmov biosféry, t.j. množstvo organickej hmoty a energie v nej obsiahnutej celej populácie jedincov. Biomasa sa zvyčajne vyjadruje v hmotnostných jednotkách v sušine na jednotku plochy alebo objemu. Akumulácia biomasy je určená životne dôležitou aktivitou zelených rastlín. V biogeocenózach zohrávajú ako producenti živej hmoty úlohu „producentov“, bylinožravé a mäsožravé živočíchy ako konzumenti živej organickej hmoty zohrávajú úlohu „konzumentov“ a ničiteľov organických zvyškov (mikroorganizmov), ktoré prinášajú rozpad organickej hmoty na jednoduché minerálne zlúčeniny, - "reduktory". Špeciálnou energetickou charakteristikou biomasy je jej schopnosť reprodukovať sa. Podľa definície V.I. Vernadského, "živá hmota (súbor organizmov) sa ako masa plynu šíri po zemskom povrchu a vyvíja určitý tlak v prostredí, obchádza prekážky, ktoré bránia jej postupu, alebo sa ich zmocňuje, zakrýva ich. Tento pohyb sa dosahuje rozmnožovaním organizmov“. Na pevnine dochádza k nárastu biomasy v smere od pólov k rovníku. Rovnakým smerom sa zvyšuje aj počet druhov zúčastňujúcich sa biogeocenóz (pozri nižšie). Pôdne biocenózy pokrývajú celý povrch krajiny.
Pôda je sypká povrchová vrstva zemská kôra, zmenená atmosférou a organizmami a neustále doplňovaná organickými zvyškami. Hrúbka pôdy spolu s povrchovou biomasou a pod jej vplyvom narastá od pólov k rovníku. Pôda je husto osídlená živými organizmami a prebieha v nej nepretržitá výmena plynov. V noci pri ochladzovaní a stláčaní plynov do nej preniká určité množstvo vzduchu. Vzduchový kyslík je absorbovaný živočíchmi a rastlinami a je súčasťou chemických zlúčenín. Dusík, ktorý sa dostane do vzduchu, zachytia niektoré baktérie. Počas dňa, keď sa pôda zahrieva, sa z nej uvoľňuje amoniak, sírovodík a oxid uhličitý. Všetky procesy prebiehajúce v pôde sú zahrnuté do kolobehu látok v biosfére.
Hydrosféra Zeme, alebo Svetový oceán, zaberá viac ako 2/3 povrchu planéty. Fyzikálne vlastnosti a chemické zloženie oceánske vody sú veľmi stále a vytvárajú prostredie priaznivé pre život. Vodné živočíchy vylučujú pri dýchaní a riasy obohacujú vodu pri fotosyntéze. Fotosyntéza rias prebieha hlavne v hornej vrstve vody – v hĺbke do 100 m. Planktón oceánu tvorí 1/3 fotosyntézy, ktorá prebieha na celej planéte. Biomasa je väčšinou rozptýlená v oceáne. V priemere je biomasa na Zemi podľa moderných údajov približne t, hmotnosť zelených rastlín je 97%, zvierat a mikroorganizmov sú 3%. V oceánoch je živej biomasy 1000-krát menej ako na súši. Využitie slnečnej energie v oblasti oceánu - 0,04%, na súši - 0,1%. Oceán nie je taký bohatý na život, ako sa donedávna predpokladalo.
Ľudstvo tvorí len malú časť biomasy biosféry. Avšak po zvládnutí rôznych foriem energie - mechanickej, elektrickej, atómovej - začala mať obrovský vplyv na procesy prebiehajúce v biosfére. Ľudská činnosť sa stala takou mocnou silou, že táto sila sa stala primeranou prírodným silám prírody. Rozbor výsledkov ľudskej činnosti, vplyv tejto činnosti na biosféru ako celok, viedol akademik V.I. Vernadského k záveru, že v súčasnosti ľudstvo vytvorilo novú škrupinu Zeme - "inteligentnú". Vernadskij to nazval „noosférou“. Noosféra je „kolektívna myseľ človeka, sústredená v jeho potenciálne príležitosti a v kinetických dopadoch na biosféru. Tieto vplyvy však v priebehu storočí mali spontánny, niekedy aj dravý charakter a dôsledkom takéhoto vplyvu bolo hrozivé znečistenie životného prostredia so všetkými z toho vyplývajúcimi následkami.“
Zváženie otázok súvisiacich s problémom ochrany životného prostredia si vyžaduje objasnenie pojmu „ životné prostredie". Týmto pojmom sa označuje celá naša planéta plus tenká škrupina života - biosféra, plus vesmír, ktorý nás obklopuje a ovplyvňuje. Často sa však pre zjednodušenie pod životným prostredím rozumie len biosféra a časť našej planéty - zemská Podľa V.I. Vernadského je biosféra „oblasťou existencie živej hmoty.“ Živá hmota je súhrnom všetkých živých organizmov vrátane človeka.
Ekológia ako veda o vzťahoch medzi organizmami, ako aj medzi organizmami a prostredím, venuje osobitnú pozornosť štúdiu tých zložitých systémov (ekosystémov), ktoré vznikajú v prírode na základe vzájomného pôsobenia organizmov a anorganického prostredia. Ekosystém je teda súborom živých a neživých zložiek prírody, ktoré sú vo vzájomnej interakcii. Tento koncept sa aplikuje na jednotky rôznych dĺžok – od mraveniska (mikroekosystém) až po oceán (makroekosystém). Samotná biosféra je obrovským ekosystémom zemegule.
Prepojenia medzi zložkami ekosystému vznikajú predovšetkým na základe potravných väzieb a spôsobov získavania energie. Podľa spôsobu získavania a využívania živín a energie sú všetky organizmy biosféry rozdelené do dvoch výrazne odlišných skupín: autotrofy a heterofóry. Autotrofy sú schopné syntetizovať organické látky z anorganických zlúčenín ( atď.). Z týchto energeticky chudobných zlúčenín bunky syntetizujú glukózu, aminokyseliny a potom zložitejšie organické zlúčeniny – sacharidy, bielkoviny atď. Hlavnými autotrofmi na Zemi sú bunky zelených rastlín, ako aj niektoré mikroorganizmy. Heterotrofy nie sú schopné syntetizovať organické látky z anorganických zlúčenín. Potrebujú dodávku hotových organických zlúčenín. Heterotrofy sú bunky zvierat, ľudí, väčšiny mikroorganizmov a niektorých rastlín (napríklad húb a zelených rastlín, ktoré neobsahujú chlorofyl). V procese kŕmenia heterotrofy nakoniec rozkladajú organickú hmotu na oxid uhličitý, vodu a minerálne soli, t.j. látky vhodné na opätovné použitie autotrofmi.
V prírode teda nastáva nepretržitá cirkulácia látok: chemikálie potrebné pre život sú extrahované autotrofmi z prostredia a vracajú sa doň cez množstvo heterotrofov. Tento proces si vyžaduje neustály prísun energie zvonku. Jeho zdrojom je žiarivá energia slnka. Pohyb hmoty spôsobený činnosťou organizmov prebieha cyklicky a je možné ho znova a znova využívať, pričom energiu v týchto procesoch predstavuje jednosmerný tok. Energiu Slnka organizmy len premieňajú na iné formy – chemické, mechanické, tepelné. V súlade so zákonmi termodynamiky sú takéto premeny vždy sprevádzané disipáciou časti energie vo forme tepla. Hoci všeobecná schéma obehu látok je pomerne jednoduchá, v reálnych podmienkach prírody tento proces nadobúda veľmi zložité formy. Ani jeden typ heterotrofných organizmov nie je schopný okamžite rozložiť organickú hmotu rastlín na konečné minerálne produkty (a pod.). Každý druh využíva len časť energie obsiahnutej v organickej hmote, čím privádza svoj rozklad do určitého štádia. Zostávajú nevhodné pre tento druh, ale stále bohaté na energiu, sú využívané inými organizmami. V procese evolúcie sa tak v ekosystéme vyvinuli reťazce vzájomne prepojených druhov, ktoré postupne získavajú materiály a energiu z pôvodnej potravinovej substancie. Všetky druhy, ktoré tvoria potravinový reťazec, sa živia organickou hmotou generovanou zelenými rastlinami.
Celkovo sa len 1 % žiarivej energie Slnka dopadajúcej na rastliny premení na energiu syntetizovaných organických látok, ktoré môžu využiť heterotrofné organizmy. Väčšina energie obsiahnutej v rastlinnej potrave sa v živočíšnom tele vynakladá na rôzne životné procesy a po premene na teplo sa rozptýli. Zároveň len 10-20% tejto potravinovej energie ide priamo na konštrukciu novej látky. Veľké straty užitočnej energie predurčujú skutočnosť, že potravinové reťazce pozostávajú z malého počtu článkov (3-5). Inými slovami, v dôsledku energetických strát prudko klesá množstvo organickej hmoty vytvorenej na každej ďalšej úrovni potravinových reťazcov. Toto dôležité pravidlo je tzv pravidlo ekologickej pyramídy a na diagrame je znázornená pyramídou, v ktorej každá nasledujúca úroveň zodpovedá rovine rovnobežnej so základňou pyramídy. Existujú rôzne kategórie ekologických pyramíd: pyramída čísel - odrážajúca počet jedincov na každej úrovni potravinového reťazca, pyramída biomasy - odrážajúca množstvo organickej hmoty, respektíve pyramída energie - odrážajúca množstvo energie v jedle.
Každý ekosystém sa skladá z dvoch zložiek. Jedna z nich je organická, predstavuje komplex druhov, ktoré tvoria sebestačný systém, v ktorom sa uskutočňuje cirkulácia látok, ktorá sa nazýva biocenóza, druhá je anorganická zložka, ktorá poskytuje prístrešie biocenóze a nazýva sa biotón:
Ekosystém = biotón + biocenóza.
Ostatné ekosystémy, ako aj geologické, klimatické, kozmické vplyvy vo vzťahu k tomuto ekologickému systému pôsobia ako vonkajšie sily. Stabilita ekosystému je vždy spojená s jeho vývojom. Podľa moderných názorov má ekosystém tendenciu vyvíjať sa smerom k svojmu stabilnému stavu – zrelému ekosystému. Táto zmena sa nazýva nástupníctvo. Skoré štádiá sukcesie sa vyznačujú nízkou druhovou diverzitou a nízkou biomasou. Ekosystém v počiatočná fáza vývoj je veľmi citlivý na poruchy a silný vplyv na hlavný tok energie ho môže zničiť. Vo vyspelých ekosystémoch pribúda flóra a fauna. V tomto prípade poškodenie jednej zložky nemôže mať silný vplyv na celý ekosystém. Preto má vyspelý ekosystém vysoký stupeň stability.
Ako bolo uvedené vyššie, geologické, klimatické, hydrogeologické a kozmické vplyvy vo vzťahu k danému ekologickému systému pôsobia ako vonkajšie sily. Medzi vonkajšími silami, ktoré ovplyvňujú ekosystémy, má vplyv človeka osobitné miesto. Biologické zákonitosti štruktúry, fungovania a vývoja prírodných ekosystémov sú spojené len s tými organizmami, ktoré sú ich nevyhnutnými zložkami. V tomto ohľade nie je človek sociálne (jednotlivec) ani biologicky (organizmus) zaradený do prírodných ekosystémov. Vyplýva to minimálne z toho, že každý prírodný ekosystém sa vo svojom vzniku a vývoji zaobíde bez človeka. Človek nie je nevyhnutným prvkom tohto systému. Okrem toho, vznik a existencia organizmov je spôsobená iba všeobecnými zákonmi ekosystému, zatiaľ čo človek je generovaný spoločnosťou a existuje v spoločnosti. Človek ako osoba a ako biologická bytosť je súčasťou špeciálneho systému - ľudská spoločnosť, ktorá má historicky sa meniace ekonomické zákonitosti distribúcie potravín a ďalšie podmienky svojej existencie. Zároveň prvky potrebné pre život, ako je vzduch a voda, človek prijíma zvonku, od r ľudská spoločnosť je otvorený systém, v ktorom energia a hmota prichádzajú zvonku. Človek je teda „vonkajším prvkom“ a nemôže vstupovať do trvalých biologických vzťahov s prvkami prírodných ekosystémov. Na druhej strane, človek pôsobí ako vonkajšia sila, má veľký vplyv na ekosystémy. V tejto súvislosti je potrebné poukázať na možnosť existencie dvoch typov ekosystémov: prirodzeného (prírodného) a umelého. Vývoj (následníctvo) prírodné ekosystémy dodržiava zákony evolúcie alebo zákony kozmických vplyvov (trvalosť alebo katastrofy). umelé ekosystémy- sú to agregáty živých organizmov a rastlín žijúcich v podmienkach, ktoré si človek vytvoril svojou prácou, myšlienkou. Sila vplyvu človeka na prírodu sa prejavuje práve v umelých ekosystémoch, ktoré dnes pokrývajú väčšinu biosféry Zeme.
K ekologickým zásahom človeka očividne vždy dochádzalo. Na všetku doterajšiu ľudskú činnosť možno nazerať ako na proces podriaďovania mnohých alebo dokonca všetkých ekologických systémov, všetkých biocenóz ľudským potrebám. Ľudský zásah nemohol ovplyvniť ekologickú rovnováhu. Viac staroveký človek Vypaľovaním lesov porušil ekologickú rovnováhu, no robil to pomaly a v pomerne malom rozsahu. Takéto rušenie malo skôr lokálny charakter a nespôsobilo globálne dôsledky. Inými slovami, ľudská činnosť tej doby prebiehala v podmienkach blízkych rovnováhe. V súčasnosti však vplyv človeka na prírodu v dôsledku rozvoja vedy, techniky a techniky nabral také rozmery, že narúšanie ekologickej rovnováhy sa stalo hrozivým v celosvetovom meradle. Ak by proces vplyvu človeka na ekosystémy nebol spontánny a niekedy aj dravý, potom by otázka ekologickej krízy nebola taká akútna. Medzitým sa dnešná ľudská činnosť stala tak úmernou mocným silám prírody, že samotná príroda už nie je schopná vyrovnať sa so záťažou, ktorú zažíva.
Hlavná podstata problému ochrany životného prostredia teda spočíva v tom, že ľudstvo sa vďaka svojej pracovnej činnosti stalo takou mocnou prírodotvornou silou, že jeho vplyv sa začal prejavovať oveľa rýchlejšie ako vplyv prirodzeného vývoja. biosféra.
Pojem „ochrana životného prostredia“ je dnes síce veľmi zaužívaný, no stále presne nevystihuje podstatu veci. Fyziológ I.M. Sechenov raz poukázal na to, že živý organizmus nemôže existovať bez interakcie s prostredím. Z tohto hľadiska sa termín „environmentálny manažment“ javí ako rigoróznejší. Vo všeobecnosti je problémom racionálneho využívania životného prostredia nájsť mechanizmy, ktoré zabezpečia normálne fungovanie biosféry.
TESTOVACIE OTÁZKY
1. Definujte pojem „životné prostredie“.
2. Čo je hlavnou podstatou problému ochrany životného prostredia?
3. Vymenujte rôzne aspekty problému ochrany životného prostredia.
4. Definujte pojem „chemická ekológia“.
5. Uveďte hlavné geosféry našej planéty.
6. Špecifikujte faktory, ktoré určujú hornú a dolnú hranicu biosféry.
7. Uveďte biofilné prvky.
8. Komentár o vplyve ľudskej činnosti na prirodzený cyklus premien uhlíka.
9. Čo môžete povedať o mechanizme fotosyntézy?
10. Uveďte schému dýchacieho procesu.
11. Uveďte schému fermentačných procesov.
12. Definujte pojmy "výrobca", "spotrebiteľ", "reduktor".
13. Aký je rozdiel medzi „autotrofmi“ a „heterotrofmi“?
14. Definujte pojem „noosféra“.
15. Čo je podstatou pravidla „ekologickej pyramídy“?
16. Definujte pojmy "biotón" a "biocenóza".
17. Definujte pojem „ekosystém“.
