Under 1980- och 1990-talen diskuterades miljöfrågor flitigt av forskare, politiker och i media. massmedia. Stor uppmärksamhet ägnades åt globala och regionala frågor som koldioxidutsläpp (CO 2 ) i samband med global uppvärmning och stratosfärisk ozonnedbrytning på grund av utsläpp av klorfluorkolväten (CFC). Problem av lokal betydelse ansågs dock inte mindre allvarligt, eftersom deras konsekvenser är mer uppenbara och omedelbara. Frågor relaterade till förorening av vattenresurser genom urlakning av produkter som kommer från deponier och bildandet av radon i bostadshus tillhör nu inte bara ett fåtal smala specialister, utan också en stor del av befolkningens oro. Det bör noteras att många av dessa problem kräver en förståelse för mekanismerna för kemiska reaktioner och därför kemi miljö blir en särskilt viktig och relevant disciplin.
Miljökemi håller för närvarande på att bli en av de ledande disciplinerna på grund av den ständigt ökande påverkan av antropogena kemiska föreningar på miljön. Denna kurs beskriver de grundläggande principer som krävs för studier av miljökemi och visar hur dessa principer tillämpas på lokal och global skala och hur effekten av geokemiska processer manifesteras på en tidsskala.
Målet med kursen Chemical Foundations of Ecology är att introducera studenterna till några av de grundläggande kemiska principerna som används inom miljökemi och att illustrera deras tillämpning i olika situationer, både globalt och regionalt.
Huvudtanken med denna kurs är behovet av att förstå hur naturliga geokemiska processer uppstår och hur de verkade på olika tidsskalor. Denna förståelse ger grundläggande information på basis av vilken det är möjligt att kvantifiera konsekvenserna av mänskligt ingripande i kemiska processer. Kursen försöker inte ge en uttömmande översikt, utan innehåller ämnen som täcker grundläggande kemiska principer.
Förklarande anteckning
Programmet "Chemical Foundations of Ecology" är ett modifierat program (Shustov S.B., Shustova L.V. "Chemistry and Ecology", Nizhny Novgorod, 1994, Nizhny Novgorod Humanitarian Center). Programmet främjar integration naturvetenskap och humaniora, stärker systemet för miljökunskap.
Programmet kan implementeras i läroplanen för årskurs 9-11, innebär att man tar bort orimliga fördomar mot kemi som den "huvudsakliga boven" för miljöproblem, en bedömning av dess positiva roll i den moderna lösningen av miljöproblem, bildandet av en optimistisk syn på framtiden och tro på det mänskliga sinnet.
Mål
Lägga grunden för uppfattningen av grundkursen i kemi utifrån miljöfrågor, utveckla naturvetenskapliga kunskaper och introducera eleverna till visionen om de kemiska aspekterna av ekologi.
Uppgifter
1. Utveckling av kognitivt intresse för miljöproblem.
2. Utveckling av personlig självutbildning.
3. Skapande av en bekväm miljö, en atmosfär av samarbete.
4. Bildande av offentlig verksamhet i miljöfrågor.
5. Bildande av speciella kunskaper och färdigheter.
Förväntade resultat
Eleverna bör ompröva grunderna för grundkursen i kemi utifrån miljöfrågor, korrigera stereotypen av attityd till kemi som "huvudboven" miljöfrågor. Genomförandet av programmet kommer att ge möjlighet att påverka bildandet av livsprinciper bland gymnasieelever utifrån människans samarbete med naturen, uppfostran av en ansvarsfull attityd till naturen.
Dessutom bidrar en bekväm, gynnsam miljö och en atmosfär av samarbete i klassrummet till självutbildning.
Metoder för att testa kunskaper, färdigheter och frekvens
Start-, mellan- och slutprov.
Introduktion. 2 timmar (1+1)
Kemi är vetenskapen om ämnen och deras omvandlingar. Ekologi är en vetenskap som studerar organismernas förhållande mellan sig själva och miljön. Förhållandet mellan kemi och ekologi, deras roll i kunskapen om omvärlden. Naturskydd är en uppsättning åtgärder för skydd och bevarande av naturföremål och rationell användning av naturresurser. Människans dubbla roll i miljön.
Praktisk del. Intervjua (enkät) skolelever för att identifiera deras inställning till naturen och dess skydd och jämföra deras svar med deras personliga inställning till problemet.
Ämne nummer 1. De viktigaste kemiska begreppen. 3 timmar (2+1)
Kemiska ämnen och kemiska reaktioner. Enkla och komplexa ämnen. Huvudklasser av ämnen. Grafisk representation av ämnen. Ekvationer av kemiska reaktioner. Bekantskap med säkerhetsåtgärder vid arbete i ett kemiskt laboratorium.
Praktisk del. Jämförelse av fysikaliska fenomen och kemiska reaktioner. Demo förändring färgning av indikatorer i olika miljöer.
Ämne nummer 2. Grundläggande ekologiska begrepp. 4h. (3+1)
Ekologiska filter. Organism, näringskedjor. Begreppet MPC. Ekologisk pyramid av siffror och massor. Biosfär. Noosphere. Nivåer av miljöproblem: lokala, regionala, globala. Ekologisk kris.
Praktisk del. Att bestämma nivån på miljöproblem.
Ämne nummer 3. Människoorganism - kemiskt laboratorium. 4 timmar (3+1)
Kemisk organisation av organismer. Begreppet organiska ämnen: proteiner, fetter, kolhydrater, nukleinsyror, hormoner, vitaminer. Oorganiska ämnen: vatten, salter av natrium, kalium, kalcium. Föreningar av järn, koppar, kobolt, fosfor och deras biorol. Orsaker till snabbt åldrande av kroppen. Ortobios är en hälsosam livsstil.
Praktisk del. Bekantskap med sammansättningen av tandemalj och dentin. Orsaker till karies.
Ämne № 4. Jordens atmosfär och dess skydd. 4 timmar (2+2)
Atmosfären är luftmiljön. Luft och dess komponenter. Sammansättning av inandnings- och utandningsluft. Lufthygien. Skador på människors hälsa genom rökning. Orsaker till växthuseffekten, ozonnedbrytning och möjliga konsekvenser. Atmosfäriskt skydd. Ekologiska rena bränslen. Alternativa energikällor.
Praktisk del. Spel: "Om jag vore borgmästare..." Projekttävling: "2000-talets rena transportsätt".
Ämne nummer 5. Hydrosfären och dess skydd. 4 timmar (2+2)
Vatten, dess sammansättning och egenskaper. Hydrosfären är den akvatiska livsmiljön för organismer. De viktigaste källorna och sätten att förorena vattendrag: utvinning och transport av olja, kol, malmer, industri-, jordbruks- och hushållsavlopp. Problemet med brist på färskvatten och dess lösning.
Praktisk del. 1. Simuleringsspel: "Operationsmöte" (problem: olja i havet). 2. Miljöprognoser. Bedömning av situationen: förare tvättar bilar på stranden av en reservoar. Utveckling av ett projekt för en miljövänlig plats för biltvätt.
Ämne nummer 6. Litosfären och dess skydd. 4 timmar (2+2)
Litosfären och dess gränser. Jord och dess funktioner. Markföroreningar med tungmetaller (källor, konsekvenser, skydd). Ansamling av bekämpningsmedel i marken kemikalier bekämpning av ogräs och växtsjukdomar. Bekämpningsmedels inverkan på den naturliga miljön. Alternativa metoder för skadedjursbekämpning. Problemet med stads- och industrideponier och sätt att lösa det.
Praktisk del. Rundabordssamtal "Bekämpningsmedel och miljö". Upprättande av ett PM till sommarboendet.
Ämne nummer 7. Kemi hemma. 4 timmar (2+2)
De viktigaste ämnena som används i vardagen, deras egenskaper. Säkerhetsföreskrifter vid hantering av hushållskemikalier. Första hjälpen vid kemisk förgiftning och brännskador. Etanol (sammansättning, egenskaper, dubbel roll i förhållande till människor)
Praktisk del. 1. Bekantskap med huvudgrupperna av ämnen som används i vardagen. Hemsäkerhetstävling. 2. Diskussion: Etanol: fakta för och emot.
Ämne nummer 8. Jorden är vårt gemensamma hem. 4 timmar (2+2)
Cykel av ämnen i biosfären. Överflöd av element i jordskorpan. Konceptet med metoder för att kontrollera flödet av metaller till växt- och djurorganismer. Xentobiotika är ämnen som inte är karakteristiska för levande organismer ( kosmetika aerosoler). Ekoförgiftning. Allergi till följd av miljöförgiftning. Sätt att bevara biosfärens renhet. Ekologins roll, kemin för att lösa miljöproblem.
Programmet är utformat för 34 timmar, varav - 20 timmar teori, 14 timmar praktik.
Utbildnings- och tematisk plan
nr. p/s
Rubrik på avsnitt, ämne
Antal timmar
Total
teori
öva
Introduktion
De viktigaste kemiska begreppen
Jordens atmosfär och dess skydd
Hydrosfären och dess skydd
Litosfären och dess skydd
Kemi hemma
Jorden är vårt gemensamma hem
TOTAL:
34
20
14
Metodstöd
Ämne
Sysselsättningsform
Tekniker, metoder
Metodisk och didaktiskt material
Teknisk utrustning
Sammanfattning av formen
Introduktion
grupparbete
Intervjuar
gruppuppgift
Konversation
Kort
Sammanfattande
intervjua
De viktigaste kemiska begreppen
Praktisk lektion
Gruppuppgifter
tabeller
Schema
Lösningar av syror, alkalier, salter och olika indikatorer
abstrakt
Grundläggande ekologiska begrepp
grupp
Enskild
Praktisk
Föreläsning
Konversation
Bilder
tabeller
Skärm
Presentation
Människokroppen är ett kemiskt laboratorium
grupp
Praktisk
Föreläsning
Didaktiska kort
Praktiskt arbete
tabeller
Schema
Didaktiska kort
Rapportera
Hydrosfären och dess skydd
Grupparbete Simuleringsspel Prediction Simulering
Grupp- och individuella uppgifter Samtal
Didaktiska kort Tabeller Slides
Skärm
simuleringsspel
Litosfären och dess skydd
Grupparbete Runt bord
Föreläsning Samtal Individuella uppgifter
Didaktiska flashcards Video
Video inspelare
Runda bord Utarbetande av ett PM till sommarboendet
Atmosfär och dess skydd
Grupparbete Individuellt arbete
Spelet
Föreläsning Kreativa uppgifter Gruppuppgifter
tabeller
Schema
Bilder
Skärm
Konkurrens
projekt
Kemi hemma
Praktiska uppgifter Diskussion
Individuella uppgifter Gruppuppgifter Samtal
Didaktiska kort
Ämnen som används i vardagen
Diskussion "Etanol: för- och nackdelar"
Jorden är vårt gemensamma hem
Grupplektioner Praktisk klass Konferens
Föreläsning
Konversation
Gruppuppgifter
tabeller
Schema
rutschbanor
Skärm
Konferens "Kemi och ekologi"
Bibliografi
Shustov S. B., Shustova L. V. Kemi och ekologi. Lärobok för studenter. N. Novgorod, 1994 Nizhny Novgorod Humanitarian Center.
E. Grosse, H. Weissmantel. Kemi för nyfikna. Leningrad, "Kemi", 1985
V.I. Golik, V.I. Komasjtjenko, K. Drebenstedt. Miljöskydd. Moskva, 2005
A.F. Sergeeva. Skörd utan kemi eller ekologi på sex hektar. Rostov-Fenix, 2001
G.P. Polyashov. Behandling utan kemikalier. Beprövade medel traditionell medicin. Gyllene bok om folkmedicin. EXMO, 2005
Mikroelement och enzymer. Introduktion till metalloenzymer. Specifika och ospecifika enzymer. Metalljonernas roll i enzymer. Horisontell likhet i den biologiska verkan av d-element Synergism och antagonism av element.
Benägenheten hos joner av d-element till hydrolys och polymerisation
I sura miljöer finns joner av d-elementet i form av hydratiserade joner [M(H 2 O) m] n+. Med en ökning av pH har de hydratiserade jonerna av många d-element, på grund av den stora laddningen och den lilla storleken på jonen, en hög polariserande effekt på vattenmolekyler, en acceptorkapacitet för hydroxidjoner, genomgår katjonisk hydrolys och bildar stark kovalenta bindningar dröm -. Processen slutar antingen med bildning av basiska salter [M (OH) m] (m-n) +, eller olösliga hydroxider M (OH) n, eller hydroxokomplex [M (OH) m] (n-m) -. Processen med hydrolytisk växelverkan kan fortgå med bildandet av multinukleära komplex som ett resultat av polymerisationsreaktionen.
2. 4. Biologisk roll för d-element (övergångselement)
Element, vars innehåll inte överstiger 10 -3%, är en del av enzymer, hormoner, vitaminer och andra viktiga föreningar. För protein-, kolhydrat- och fettmetabolism är nödvändiga: Fe, Co, Mn, Zn, Mo, V, B, W; i syntesen av involverade proteiner: Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr, i hematopoiesis - Co, Ti, Cu, Mn, Ni, Zn; i andetag - Mg, Fe, Сu, Zn, Mn och Co. Därför används mikroelement i stor utsträckning inom medicin, som mikrogödselmedel för åkergrödor, toppdressing inom djurhållning, fjäderfäuppfödning och fiskodling. Spårämnen är en del av ett stort antal bioregulatorer av levande system, som är baserade på biokomplex. Enzymer är speciella proteiner som fungerar som katalysatorer i biologiska system. Enzymer är unika katalysatorer med oöverträffad effektivitet och hög selektivitet. Ett exempel på effektiviteten av nedbrytningsreaktionen av väteperoxid 2H 2 O 2 ® 2H 2 O + O 2 i närvaro av enzymer visas i tabell 6.
Tabell 6. Aktiveringsenergi (E o) och relativ hastighet av H 2 O 2 sönderdelningsreaktion i frånvaro och närvaro av olika katalysatorer
Mer än 2 000 enzymer är för närvarande kända, varav många katalyserar en enda reaktion. Aktiviteten hos en stor grupp enzymer manifesteras endast i närvaro av vissa icke-proteinföreningar, kallade kofaktorer. Metalljoner eller organiska föreningar fungerar som kofaktorer. Ungefär en tredjedel av enzymerna aktiveras av övergångsmetaller.
Metalljoner i enzymer utför ett antal funktioner: de är den elektrofila gruppen i enzymets aktiva centrum och underlättar interaktion med negativt laddade områden i substratmolekylerna, bildar en katalytiskt aktiv konformation av enzymstrukturen (zink- och manganjoner är inblandade i bildandet av den spiralformade strukturen av RNA), delta i transporten av elektroner (komplex elektronöverföring). En metalljons förmåga att utföra sin roll i det aktiva centrumet av motsvarande enzym beror på metalljonens förmåga att komplexbinda, geometrin och stabiliteten hos det bildade komplexet. Detta ger en ökning av selektiviteten hos enzymet med avseende på substrat, aktivering av bindningar i enzymet eller substratet genom koordination och förändring av substratets form i enlighet med de steriska kraven för det aktiva stället.
Biokomplex skiljer sig i stabilitet. Vissa av dem är så hållbara att de ständigt finns i kroppen och utför en specifik funktion. I de fall bindningen mellan kofaktorn och enzymproteinet är stark och det är svårt att separera dem kallas det för en "protesgrupp". Sådana bindningar har hittats i enzymer som innehåller ett hemkomplex av järn med ett porfinderivat. Rollen för metaller i sådana komplex är mycket specifik: att ersätta den med till och med ett element med liknande egenskaper leder till en betydande eller fullständig förlust av fysiologisk aktivitet. Dessa enzymer är till specifika enzymer.
Exempel på sådana föreningar är klorofyll, polyfenyloxidas, vitamin B12, hemoglobin och vissa metalloenzymer (specifika enzymer). Få enzymer är involverade i endast en specifik eller enstaka reaktion.
De katalytiska egenskaperna hos de flesta enzymer bestäms av det aktiva centrum som bildas av olika mikroelement. Enzymer syntetiseras under hela funktionen. Metalljonen fungerar som en aktivator och kan ersättas med en annan metalljon utan förlust av enzymets fysiologiska aktivitet. Dessa är tilldelade ospecifika enzymer.
Följande är enzymer där olika metalljoner har liknande funktioner.
Tabell 7. Enzymer där olika metalljoner har liknande funktioner
Ett spårämne kan aktivera olika enzymers arbete och ett enzym kan aktiveras av olika spårämnen. Enzymer med mikroelement i samma oxidationstillstånd +2 har störst likhet i biologisk verkan. Som kan ses kännetecknas spårelementen av övergångselement i sin biologiska verkan av mer horisontell likhet än vertikal likhet i det periodiska systemet av D.I. Mendeleev (i Ti-Zn-serien). När du bestämmer dig för användningen av ett visst spårelement är det nödvändigt att ta hänsyn till inte bara närvaron av mobila former av detta element, utan också andra som samma grad oxidation och kan ersätta varandra i sammansättningen av enzymer.
En mellanposition mellan specifika och ospecifika enzymer upptas av vissa metalloenzymer. Metalljoner fungerar som en kofaktor. Att öka styrkan hos enzymets biokomplex ökar specificiteten för dess biologiska verkan. Effektiviteten av den enzymatiska verkan av enzymets metalljon påverkas av dess oxidationsgrad. Beroende på intensiteten av påverkan är mikroelement ordnade i följande rad:
Ti 4+ ®Fe 3+ ®Cu 2+ ®Fe 2+ ®Mg 2+ ®Mn 2+ . Mn 3+-jonen, i motsats till Mn 2+-jonen, är mycket starkt associerad med proteiner, och Fe 3+ är tillsammans med syreinnehållande grupper till övervägande del en del av metalloproteiner.
Spårämnen i komplexformen verkar i kroppen som en faktor som tydligen bestämmer cellers höga känslighet för spårämnen genom deras deltagande i att skapa en hög koncentrationsgradient. Värdena för atomära och joniska radier, joniseringsenergier, koordinationstal, tendensen att bilda bindningar med samma element i bioligandmolekyler bestämmer effekterna som observeras under den ömsesidiga substitutionen av joner: det kan inträffa med ökad (synergism) och med hämning av deras biologiska aktivitet (antagonism) element som byts ut. Joner av d-element i +2 oxidationstillstånd (Mn, Fe, Co, Ni, Zn) har liknande fysikalisk-kemiska egenskaper hos atomer (elektronisk struktur på den yttre nivån, nära radier av joner, typ av hybridisering av orbitaler, nära värden av stabilitetskonstanter med bioligander). Likheten mellan de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos det komplexbildande medlet bestämmer närheten till deras biologiska verkan och utbytbarhet. Ovanstående övergångselement stimulerar processerna för hematopoiesis, förbättrar metaboliska processer. Synergismen av element i processerna för hematopoiesis är möjligen förknippad med deltagandet av joner av dessa element i olika stadier av syntesprocessen av mänskliga blodkroppar.
För s - element i grupp I, i jämförelse med andra element i deras period, en liten laddning av kärnorna av atomer, en låg joniseringspotential av valenselektroner, en stor storlek på atomen och dess ökning i gruppen från topp till botten är karakteristiska. Allt detta bestämmer tillståndet för deras joner i vattenlösningar i form av hydratiserade joner. Den största likheten mellan litium och natrium bestämmer deras utbytbarhet, synergi av deras verkan. Destruktiva egenskaper i vattenlösningar av kalium-, rubidium- och cesiumjoner säkerställer deras bättre membranpermeabilitet, utbytbarhet och synergism av deras verkan. Koncentrationen av K + inuti celler är 35 gånger högre än utanför den, och koncentrationen av Na + i den extracellulära vätskan är 15 gånger högre än inuti cellen. Dessa joner är antagonister i biologiska system. s - Grupp II-element i kroppen är i form av föreningar som bildas av fosfor-, kol- och karboxylsyror. Kalcium, som huvudsakligen finns i benvävnad, är i sina egenskaper nära strontium och barium, som kan ersätta det i ben. I detta fall observeras båda fallen av synergi och antagonism. Kalciumjoner är också antagonister av natrium-, kalium- och magnesiumjoner. Likheten mellan de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos Be 2+ och Mg 2+-jonerna bestämmer deras utbytbarhet i föreningar som innehåller Mg-N- och Mg-O-bindningar. Detta kan förklara hämningen av magnesiuminnehållande enzymer när beryllium kommer in i kroppen. Beryllium är en magnesiumantagonist. Följaktligen bestäms mikroelementens fysikalisk-kemiska egenskaper och biologiska verkan av atomernas struktur. De flesta av de biogena elementen är medlemmar av den andra, tredje och fjärde perioden av D.I. Mendelejev. Dessa är relativt lätta atomer, med en relativt liten laddning av kärnorna i deras atomer.
2. 4. 2. Rollen av föreningar av övergångselement i överföringen av elektroner i levande system.
I en levande organism har många processer en cyklisk, vågliknande karaktär. De bakomliggande kemiska processerna måste vara reversibla. Reversibiliteten av processer bestäms av interaktionen mellan termodynamiska och kinetiska faktorer. Reversibla reaktioner inkluderar de med konstanter från 10 -3 till 10 3 och med ett litet värde på DG 0 och DE 0 av processen. Under dessa förhållanden kan koncentrationerna av de initiala ämnena och reaktionsprodukterna vara i jämförbara koncentrationer, och genom att ändra dem inom ett visst intervall är det möjligt att uppnå processens reversibilitet. Ur kinetisk synvinkel bör det finnas låga aktiveringsenergier. Därför är metalljoner (järn, koppar, mangan, kobolt, molybden, titan och andra) en bekväm bärare av elektroner i levande system. Tillsatsen och frisättningen av en elektron orsakar endast förändringar i den elektroniska konfigurationen av metalljonen, utan att väsentligt ändra strukturen hos den organiska komponenten i komplexet. En unik roll i levande system tilldelas två redoxsystem: Fe 3+ /Fe 2+ och Cu 2+ /Cu+. Bioligander stabiliserar den oxiderade formen i större utsträckning i det första paret, och övervägande den reducerade formen i det andra paret. Därför, i system som innehåller järn är den formella potentialen alltid lägre, och i system som innehåller koppar, ofta högre, täcker redoxsystem som innehåller koppar och järn ett brett spektrum av potentialer, vilket gör att de kan interagera med många substrat, åtföljda av måttliga förändringar i DG 0 och DE 0 , som uppfyller villkoren för reversibilitet. Ett viktigt steg i ämnesomsättningen är uppdelningen av väte från näringsämnen. I detta fall passerar väteatomer in i det joniska tillståndet, och elektronerna som separeras från dem kommer in i andningskedjan; i denna kedja, som går från en förening till en annan, ger de upp sin energi för att bilda en av de viktigaste energikällorna, adenosintrifosforsyra (ATP), och de själva, slutligen, tar sig till syremolekylen och fäster till den och bildar vattenmolekyler. Bryggan längs vilken elektronerna oscillerar är komplexa föreningar av järn med en porfyrinkärna, som liknar hemoglobinets sammansättning.
En stor grupp järnhaltiga enzymer som katalyserar processen för elektronöverföring i mitokondrier kallas cytokromer(c. x.), Totalt är cirka 50 cytokromer kända. Cytokromer är järnporfyriner där alla sex orbitaler av järnjonen är upptagna av donatoratomer, bioliganden. Skillnaden mellan cytokromer är endast i sammansättningen av sidokedjorna i porfyrinringen. Variationer i bioligandens struktur orsakar en skillnad i storleken på de formella potentialerna. Alla celler innehåller minst tre strukturellt besläktade proteiner, kallade cytokromer a, b, c. I cytokrom c utförs kopplingen med histidinresten i polypeptidkedjan genom porfyrinkärnan. Det fria koordinationsstället i järnjonen upptas av polypeptidkedjans metioninrest:
En av mekanismerna för cytokromernas funktion, som utgör en av länkarna i elektrontransportkedjan, är överföringen av en elektron från ett substrat till ett annat.
Ur kemisk synvinkel är cytokromer föreningar som uppvisar redoxdualitet under reversibla förhållanden.
Elektronöverföring av cytokrom c åtföljs av en förändring i järnets oxidationstillstånd:
c. X. Fe 3+ + e "c.xFe 2+
Syrejonerna reagerar med omgivningens vätejoner och bildar vatten eller väteperoxid. Peroxid sönderdelas snabbt av ett speciellt enzym katalas till vatten och syre enligt schemat:
2H2O2®2H2O + O2
Enzymet peroxidas accelererar oxidationsreaktionerna av organiska ämnen med väteperoxid enligt schemat:
Dessa enzymer har en hem i sin struktur, i vars centrum det finns järn med ett oxidationstillstånd på +3 (2 avsnitt 7.7).
I elektrontransportkedjan överför cytokrom c elektroner till cytokromer som kallas cytokromoxidaser. De innehåller kopparjoner. Cytokrom är en enkel elektronbärare. Närvaron av koppar i en av cytokromerna tillsammans med järn förvandlar den till en tvåelektronbärare, vilket gör det möjligt att kontrollera processens hastighet.
Koppar är en del av ett viktigt enzym - superoxiddismutas (SOD), som använder den giftiga superoxidjonen O 2 - i kroppen genom reaktionen
[SOD Cu 2+] + ® O 2 - [SOD Cu +] + O 2
[SOD Cu+] + O2- + 2H +® [SODCu2+] + H2O2
Väteperoxid sönderfaller i kroppen under inverkan av katalas.
För närvarande är cirka 25 kopparinnehållande enzymer kända. De bildar en grupp av oxygenaser och hydroxylaser. Sammansättningen, mekanismen för deras verkan beskrivs i arbete (2, avsnitt 7.9.).
Komplex av övergångselement är en källa till mikroelement i en biologiskt aktiv form med hög membranpermeabilitet och enzymatisk aktivitet. De är med och skyddar kroppen från "oxidativ stress". Detta beror på deras deltagande i användningen av metaboliska produkter som bestämmer den okontrollerade oxidationsprocessen (genom peroxider, fria radikaler och andra syreaktiva partiklar), såväl som i oxidationen av substrat. Mekanismen för den fria radikalreaktionen av substratoxidation (RN) med väteperoxid med deltagande av ett järnkomplex (FeL) som en katalysator kan representeras av reaktionsscheman.
RN + . OH® R. + H2O; R. + FeL® R + + FeL
substrat
R + + OH -® RON
Oxiderat substrat
Det fortsatta förloppet av radikalreaktionen leder till bildning av produkter med en högre grad av hydroxylering. Andra radikaler agerar på liknande sätt: HO 2. 02. , . Cirka 2-.
2. 5. Allmänna egenskaper hos p-blockelementen
Element där fullbordandet av p-subnivån för den yttre valensnivån kallas p-element. Elektronisk struktur valensnivå ns 2 p 1-6. Elektronerna i s- och p-subnivåerna är valens.
Tabell 8. P-elementens position i grundämnenas periodiska system.
| Period | Grupp | |||||
| IIIA | IVA | VA | VIA | VIIA | VIIIA | |
| (C) | (N) | (o) | (F) | Ne | ||
| (P) | (S) | (Cl) | Ar | |||
| Ga | kr | |||||
| I | sn | Sb | Te | (jag) | Xe | |
| Tl | Pb | Bi | Po | På | Rn | |
| p 1 | p 2 | p 3 | s 4 | s 5 | R 6 | |
| () - oersättliga element, - biogena element |
I perioder från vänster till höger ökar kärnornas laddning, vars inflytande råder över ökningen av krafterna för ömsesidig repulsion mellan elektroner. Därför ökar joniseringspotentialen, elektronaffiniteten och, följaktligen, acceptorförmågan och de icke-metalliska egenskaperna i perioder. Alla element som ligger på diagonalen Br - At och ovanför är icke-metaller och bildar endast kovalenta föreningar och anjoner. Alla andra p-element (med undantag för indium, tallium, polonium, vismut, som uppvisar metalliska egenskaper) är amfotera element och bildar både katjoner och anjoner, och båda är starkt hydrolyserade. De flesta icke-metalliska p-element är biogena (med undantag för ädelgaser, tellur och astatin). Av p-elementen - metaller - anses endast aluminium vara biogent. Skillnader i egenskaperna hos angränsande element, som inuti; och för perioden: de är mycket mer uttalade än s-elementens. p-Element av den andra perioden - kväve, syre, fluor har en uttalad förmåga att delta i bildandet av vätebindningar. Element i den tredje och efterföljande perioder förlorar denna förmåga. Deras likhet ligger bara i strukturen hos de yttre elektronskalen och de valenstillstånd som uppstår på grund av oparade elektroner i oexciterade atomer. Bor, kol, och särskilt kväve, skiljer sig mycket från resten av elementen i deras grupper (närvaron av d- och f-subnivåer).
Alla p-element, och i synnerhet p-elementen i den andra och tredje perioden (C, N, P, O, S, Si, Cl) bildar många föreningar med varandra och med s-, d- och f-element . De flesta föreningar som är kända på jorden är p-elementföreningar. De fem huvudsakliga (makrobiogena) p-elementen i livet - O, P, C, N och S - är det huvudsakliga byggmaterialet från vilket molekylerna av proteiner, fetter, kolhydrater och nukleinsyror är sammansatta. Av de lågmolekylära föreningarna av p-element är oxoanjoner av störst betydelse: CO 3 2-, HCO 3 -, C 2 O 4 2-, CH3COO -, PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, SO 4 2- och halogenidjoner. p-element har många valenselektroner med olika energier. Därför uppvisar föreningarna olika grader av oxidation. Till exempel uppvisar kol olika oxidationstillstånd från -4 till +4. Kväve - från -3 till +5, klor - från -1 till +7.
Under reaktionen kan p-elementet donera och ta emot elektroner och agera som ett reduktionsmedel respektive ett oxidationsmedel, beroende på egenskaperna hos det element som det interagerar med. Detta ger upphov till ett brett spektrum av föreningar som bildas av dem. Den ömsesidiga övergången av p-elementatomer i olika oxidationstillstånd, inklusive genom metaboliska redoxprocesser (till exempel oxidation av en alkoholgrupp till deras aldehyd och sedan till karboxyl, och så vidare) orsakar en mängd kemiska omvandlingar.
Kolföreningen uppvisar oxiderande egenskaper om kolatomer, som ett resultat av reaktionen, ökar antalet bindningar med atomer av mindre elektronegativa element (metall, väte) eftersom kolatomen sänker sitt oxidationstillstånd genom att dra till sig vanliga bindningselektroner.
CH 3 ® -CH 2 OH ® -CH \u003d O ® -COOH ® CO 2
Omfördelningen av elektroner mellan ett oxidationsmedel och ett reduktionsmedel i organiska föreningar kan endast åtföljas av en förskjutning i den totala elektrontätheten för en kemisk bindning till den atom som fungerar som ett oxidationsmedel. Vid stark polarisering kan denna bindning bryta.
Fosfater i levande organismer fungerar som strukturella komponenter i skelettet, cellmembranen och nukleinsyror. Benvävnad är huvudsakligen uppbyggd av hydroxiapatit Ca 5 (PO 4) 3 OH. Fosfolipider är basen i cellmembran. Nukleinsyror är sammansatta av ribos- eller deoxiribosfosfatkedjor. Dessutom är polyfosfater den huvudsakliga energikällan.
I människokroppen syntetiseras NO nödvändigtvis med hjälp av enzymet NO-syntas från aminosyran arginin. Livslängden för NO i kroppens celler är ungefär en sekund, men deras normala funktion är inte möjlig utan NO. Denna förening ger: avslappning av de glatta musklerna i kärlmusklerna, reglering av hjärtat, effektivt arbete immunförsvaröverföring av nervimpulser. NO förväntas spela en viktig roll för inlärning och minne.
Redoxreaktioner som involverar p-element ligger bakom deras toxiska effekter på kroppen. Den toxiska effekten av kväveoxider är förknippad med deras höga redoxförmåga. Nitrater som intas i maten reduceras till nitriter i kroppen.
NO3 - + 2H + + 2e® NO2 + H2O
Nitriter är mycket giftiga. De omvandlar hemoglobin till methemoglobin, som är en produkt av hydrolys och oxidation av hemoglobin.
Som ett resultat förlorar hemoglobin sin förmåga att transportera syre till kroppens celler. Kroppen utvecklar hypoxi. Dessutom reagerar nitriter, som salter av en svag syra, med saltsyra i maginnehållet, sålunda bildas salpetersyrlighet, som med sekundära aminer bildar cancerframkallande nitrosaminer:
Den biologiska effekten av organiska föreningar med hög molekylvikt (aminosyror, polypeptider, proteiner, fetter, kolhydrater och nukleinsyror) bestäms av atomer (N, P, S, O) eller bildade grupper av atomer (funktionella grupper), i vilka de fungerar som kemiskt aktiva centra, donatorelektronpar som kan bilda koordinationsbindningar med metalljoner och organiska molekyler. Därför bildar p-element polydentate kelatbildande föreningar (aminosyror, polypeptider, proteiner, kolhydrater och nukleinsyror). De kännetecknas av komplexbildningsreaktioner, amfotära egenskaper och anjoniska hydrolysreaktioner. Dessa egenskaper bestämmer deras deltagande i de huvudsakliga biokemiska processerna, för att säkerställa tillståndet för isohydria. De bildar protein-, fosfat-, vätekarbonatbuffertsystem. De deltar i transporten av näringsämnen, metaboliska produkter och andra processer.
3. 1. Miljöns roll. Kemi av atmosfäriska föroreningar. Läkarens roll för att skydda miljön och människors hälsa.
A. P. Vinogradov visade att jordens yta är heterogen i kemisk sammansättning. Växter och djur, såväl som människor, som ligger på olika zoners territorium, använder näringsämnen som inte är desamma i kemisk sammansättning och svarar på detta med vissa fysiologiska reaktioner och en viss kemisk sammansättning av kroppen. Effekterna orsakade av spårämnen beror på deras intag i kroppen. Koncentrationerna av biometaller i kroppen under dess normala funktion hålls på en strikt definierad nivå (biotisk dos) med hjälp av lämpliga proteiner och hormoner. Lagren av biometaller i kroppen fylls på systematiskt. De finns i tillräckliga mängder i maten som tas. Den kemiska sammansättningen av växter och djur som går till mat påverkar kroppen.
Intensiv industriproduktion har lett till miljöföroreningar med "skadliga" ämnen, inklusive föreningar av övergångselement. I naturen sker en intensiv omfördelning av grundämnen i biogeokemiska provinser. Det huvudsakliga sättet (upp till 80%) av deras intag med kroppen är vår mat. Med tanke på den antropogena föroreningen av miljön är det nödvändigt att vidta radikala åtgärder för att rehabilitera miljön och de människor som lever i den. Detta problem i många europeiska länder sätts före problemen med ekonomisk tillväxt och är bland prioriteringarna. De senaste åren har utsläppen av olika föroreningar ökat. Prognosen för industrins utveckling låter oss dra slutsatsen att det kommer att ske en ytterligare ökning av mängden utsläpp och miljöföroreningar.
De verkliga zonerna där, som ett resultat av vital aktivitet, cirkulationen av element utförs, kallas ekosystem eller, som akademiker V.N. Sukachev, biogeocenoser. Människan är integrerad del ekosystemen på vår planet. I sitt liv kan en person störa den naturliga biogena cykeln. Miljön är förorenad av många industrier. Enligt V. I. Vernadskys läror kallas skalet på vår planet, förändrat av mänsklig ekonomisk aktivitet, noosfären. Den täcker hela biosfären och går utöver dess gränser (stratosfären, djupa gruvor, brunnar etc.). Huvudrollen i noosfären spelas av teknogen migration av element - teknogenes. Forskning om noosfärens geokemi är den teoretiska grunden för en rationell användning av naturresurser och kampen mot miljöföroreningar. Gasformiga, flytande, fasta miljöföroreningar bildar giftiga aerosoler (dimma, rök) i atmosfärens ytskikt. När atmosfären är förorenad med svaveldioxid, hög luftfuktighet i frånvaro av temperatur, bildas giftig smog. Den största skadan på miljön orsakas av oxidationsprodukterna av SO 2, SO 3 och syrorna H 2 SO 3 och H 2 SO 4. Som ett resultat av utsläpp av svaveloxid, kväve i industriregioner observeras "sura" regn. Regnvatten som innehåller höga koncentrationer av vätejoner kan läcka ut giftiga metalljoner:
ZnO(t) + 2H+ = Zn2+ (p) + H2O
Under driften av en förbränningsmotor frigörs kväveoxider, vars omvandlingsprodukt är ozon:
N 2 + O 2 "2NO (i motorcylindern)
Av stor oro för samhället är miljöproblem, vars kemiska väsen är att skydda biosfären från ett överskott av kol- och metanoxider, vilket skapar en "växthuseffekt", svavel- och kväveoxider, vilket leder till "surt regn"; halogenderivat (klor, fluor) kolväten som bryter mot "Jordens ozonsköld"; cancerframkallande ämnen (polyaromatiska kolväten och produkter från deras ofullständiga förbränning) och andra produkter. Nuförtiden blir inte bara problemet med miljöskydd relevant, utan också skyddet av den inre miljön. Det finns ett växande antal ämnen som kommer in i den levande organismen, som är främmande, främmande för liv och kallas xenobiotika. Enligt Världshälsoorganisationen finns det cirka 4 miljoner av dem.De kommer in i kroppen med mat, vatten och luft, samt i form av läkemedel (doseringsformer).
Detta beror på den låga kulturen hos tillverkare och konsumenter av kemikalier som inte har professionella kemikaliekunskaper. Faktum är att bara okunnighet om ämnens egenskaper, oförmågan att förutse konsekvenserna av deras överdrivna användning kan orsaka irreparabela förluster av naturen, av vilka människan är en integrerad del. Tills nu liknas vissa tillverkare, och till och med medicinska arbetare, med Bulgakovs mjölnare, som omedelbart ville återhämta sig från malaria med en otrolig (chock) dos kinin, men inte hade tid - han dog. Rollen för olika kemiska grundämnen i miljöföroreningar och förekomsten av sjukdomar, inklusive yrkessjukdomar, är fortfarande otillräckligt studerade. Det är nödvändigt att analysera inträdet i miljön av olika ämnen som ett resultat av mänsklig aktivitet, hur de kommer in i människokroppen, växter, deras interaktion med levande organismer på olika nivåer och utveckla ett system av effektiva åtgärder som syftar till att både förhindra ytterligare miljöföroreningar och skapa de nödvändiga biologiska medlen för att skydda kroppens inre miljö. Medicinsk personal är skyldig att delta i utvecklingen och genomförandet av tekniska, förebyggande, sanitära och hygieniska och hälsoförbättrande åtgärder.
3.2 Biokemiska provinser. endemiska sjukdomar.
De zoner inom vilka djur och växter kännetecknas av en viss kemisk grundämnessammansättning kallas biogeokemiska provinser. Biogeokemiska provinser är taxa av biosfären av tredje ordningen - territorier av olika storlekar inom subregioner av biosfären med konstanta karakteristiska reaktioner av organismer (till exempel endemiska sjukdomar). Särskilj - två typer av biogeokemiska provinser - naturliga och teknogena, som härrör från utvecklingen av malmfyndigheter, utsläpp från metallurgisk och kemisk industri, användningen av gödningsmedel i jordbruket. Det är nödvändigt att uppmärksamma mikroorganismernas roll för att skapa de geokemiska egenskaperna i miljön. Brist och överskott av element kan leda till bildandet av biogeokemiska provinser, på grund av både bristen på element (jod, fluor, kalcium, koppar och andra provinser) och deras överskott (borsyra, molybden, fluor, koppar, etc.). Ett intressant och viktigt problem är bristen på brom inom kontinentala regioner, bergsregioner och överskottet av brom i kust- och vulkanlandskap. I dessa regioner fortskred utvecklingen av det centrala nervsystemet kvalitativt annorlunda. En biogeokemisk provins har upptäckts i södra Ural på nickelberikade bergarter. Det kännetecknas av fula former av gräs, sjukdomar hos får förknippade med ett ökat innehåll av nickel i miljön.
Förhållandet mellan biogeokemiska provinser och deras ekologiska tillstånd gjorde det möjligt att särskilja följande territorier: a) med en relativt tillfredsställande ekologisk situation - (zon för relativ välbefinnande); b) med reversibla, begränsade och i de flesta fall åtgärdade miljööverträdelser - (zon med ekologisk risk); c) med en tillräckligt hög grad av problem observerad under en lång period över ett stort territorium, vars eliminering kräver betydande kostnader och tid - (zon med ekologisk kris); d) med en mycket hög grad av ekologiska problem, nästan irreversibla miljöstörningar som har en tydlig lokalisering -( ekologisk katastrofzon).
Enligt påverkansfaktorn, dess nivå, varaktighet och utbredningsområde har följande naturliga och teknogena biogeokemiska provinser identifierats som risk- och kriszoner:
1. polymetallisk (Pb, Cd, Hjg, Cu, Zn) med dominerande Cu-Zn, Cu-Ni, Pb-Zn associationer, inklusive:
· berikad med koppar (södra Ural, Bashkortostan, Norilsk, Mednogorsk);
· berikad med nickel (Norilsk, Monchegorsk, Nickel, Polyarny, Tuva, södra Ural);
· berikad med bly (Altai, Kaukasus, Transbaikalia);
· berikad med fluor (Kirovsk, Krasnoyarsk, Bratsk);
· med hög halt av uran och radionuklider i miljön (Transbaikalia, Altai, södra Ural).
2. biogeokemiska provinser med brist på mikroelement (Se, I, Cu, Zn, etc.).
Miljöaspekter av undervisning i kemi i skolan
Introduktion
I våra svåra tider. När kemi som vetenskap förvandlades till ett socialt utstött. Vi måste revidera både innehållet i ämnet och metoderna för dess undervisning, och ändra inte bara accenter, utan prioriteringar, för att övervinna kemofobi.
Kursens huvudfrågor bör bestämmas både av vikten av att förvärva kunskap för utvecklingen av elevers intellekt, och efterfrågan på denna kunskap i en persons verkliga liv och i hans liv. praktiska aktiviteter. Ur denna synvinkel är framsteg inom området för kemisk utbildning nödvändiga, eftersom det utan det är omöjligt att tillfredsställa samhällets objektiva behov i den breda användningen av prestationerna inom kemisk vetenskap och industri.
Konceptet med modern skolkemiutbildning bygger på principerna om humanisering, individualisering och differentiering av utbildning, mycket uppmärksamhet ägnas åt miljöaspekter, utvecklingen av en gemensam kultur, stärka skolbarnens hälsa och öka deras miljömedvetenhet.
Aktuella ämnen.
Kemi, som ett av de grundläggande kunskapsområdena, avgör till stor del utvecklingen av andra stora områden inom vetenskap och teknik. Det är känt att utan kemi, kemiska processer och kemiska produkter kan inte en enda produktion, inte en enda gren av den moderna ekonomin och sociala sfären existera.
Det är nödvändigt att se till att eleverna förstår den praktiska betydelsen av kemi, dess samband med vardagen. De måste vara övertygade om möjligheten att genom kemi finna svar på andra "varför" från sfären av deras vitala och industriella intressen. Det är särskilt viktigt att ta itu med frågan om elementär "kemisk" beredskap hos människor, för idag kommer nästan var och en av oss i kontakt med ämnen som kan skada en person. Det är dock inte många av de konsumenter som använder droger, kosmetika och parfymer, färgämnen, plast, gödningsmedel, fibrer, olika sorter bränslen etc. är medvetna om farorna med användningen. Denna motsägelse orsakar många problem som faller på människor. Tyvärr, i de flesta skolor, utförs aktivt pedagogiskt arbete med elever relaterat till karakteriseringen av de viktigaste egenskaperna hos kemiska föreningar som har spridit sig i vardagen och i produktionen, särskilt när det gäller deras påverkan på miljön, extremt svagt och oregelbundet. I grund och botten får eleverna bara generella teoretiska idéer som inte är anpassade till livets realiteter, och särskilt till miljöfrågor.
En negativ inställning till kemi leder till oförmåga att anpassa sig till ett civiliserat, modernt liv, miljöanalfabetism, vars konsekvens inte bara kommer att bli intrång i skolbarns utbildning, utan också utarbetandet av miljöbomber. Detta kommer bara att fördjupa konflikten mellan människan och naturen.
Under de senaste åren, i ett antal vetenskapliga och utbildningscentra olika länder arbetet började med kemi- och miljöutbildning, men ofta hade de en deklarativ karaktär.
Jag ser min uppgift som att ingjuta hos eleverna viljan att skaffa sig kunskap; se till att själva inlärningsprocessen fascinerar dem; bidragit till utvecklingen av kognitiv aktivitet, intresse för ämnet. För detta ändamål inkluderar jag i programmet för kursen i kemi övervägande av miljö- och valeologiska frågor. Detta program syftar till att forma elevernas naturvetenskapliga idéer om världen omkring dem och dess lagar, humanistiska relationer och miljökunnigt beteende, intellektuell moralisk förbättring av eleverna. Innehållet i programmet förbereder barn för en medveten uppfattning om den kemiska bilden av världen och erbjuder implementeringen av en integrerad princip, det vill säga det kräver att eleverna tillämpar kunskaper och färdigheter från olika ämnen i det naturliga kretsloppet. Arbetets relevans beror på en uppsättning problem som består i att övervinna den välkända abstraktheten i ämnet kemi, partiskhet i dess bedömning, i förhållandet mellan kemiska begrepp och miljöaspekterna av det verkliga mänskliga livet.
Mål och uppgifter för arbetet:
Övervägande av de grundläggande principerna för ekologisering av kemisk utbildning;
Analys av formerna och metoderna (teknikerna) för bildandet av en ekologisk kultur i undervisningen i kemi;
Beskrivning av människans roll i processen för kognition, transformation och användning av naturen.
Den praktiska betydelsen av arbetet ligger i det faktum att det innehåller metodologiska studier av miljökommentarer om huvudbestämmelserna i kursen i kemi, vilket gör att du kan behärska kemins lagar på specifika miljöexempel; övervägande av metoder för bildandet av en medveten inställning till naturen, miljökompetent beteende under ogynnsamma miljöförhållanden.
Resultaten av införandet av arbete i Lyceum nr 4 visade dess effektivitet och praktiska värde, ökningen av elevernas intresse för ämnen i det naturliga - ekologiska kretsloppet; gjort det möjligt att ompröva olika tillvägagångssätt för att överväga frågorna om att använda kemins prestationer i praktiska mänskliga aktiviteter, till vikten av den tillämpade naturen av kemisk kunskap.
Godkännande av arbete. Huvudresultaten av arbetet rapporterades och diskuterades vid lyceumets pedagogiska råd nr 4, vid möten i det vetenskapliga och metodologiska rådet vid avdelningen för lyceumets naturliga - ekologiska kretslopp. Vid seminariet för rektorer för skolor i Kominternovsky-distriktet gavs en lektion om "Värmemotorer och miljöskydd" tillsammans med en fysiklärare, baserad på de fysiska, kemiska och miljömässiga aspekterna av problemet. Baserat på materialet i arbetet publicerades artiklar i samlingen "Utbildning av staden Voronezh vid sekelskiftet. Utbildningsområde "Naturvetenskap". Kemi "På gränsen till två årtusenden, vid två sekelskifte".
KAPITEL 1
Tillståndet för problemet med grönare undervisning i kemi i
vetenskap och praktik.
1.1. Behovet av att införa miljöutbildning i gymnasieskolan och dess grundläggande principer.
Bland samtida problem inför världssamfundet sticker man ut särskilt - problemet med att försämra kvaliteten på den mänskliga miljön. Det är globalt till sin natur och berör människor i alla länder. Japan var det första landet som kände de negativa effekterna av kemisk förorening av den naturliga miljön. I detta land är över 80 % av territoriet direkt påverkat av industriproduktion. Japanerna var de första som talade om problemet med "kogai", vilket betyder faran för skador från miljöföroreningar. Snart möttes detta problem även i andra länder. Tillväxten av miljöföroreningar visar sig visuellt och orsakar känslomässig kritik av människor. Vanligtvis är befolkningens huvudanspråk riktade mot kemi. När det gäller föroreningsnivån är den kemiska industrin märkbart underlägsen bränsle- och energikomplexet, motortransporter, järn- och icke-järnmetallurgi och till och med industrin. Under de senaste åren har den mest ogynnsamma situationen varit föroreningen av atmosfären i staden Voronezh med bensapyren som finns i bilavgaser och damm, vars andel av icke-standardiserade laboratorieanalyser är 15-20% dagligen. En ekologisk och geokemisk kartläggning av jordtäcket visade att situationen när det gäller markföroreningar med bly och zink är mycket ogynnsam. Andelen otillfredsställande analyser av jordprover i staden som helhet är 19,3 respektive 15,5 % och i den industriella högerbanksdelen av staden ökar detta värde till 40-46 %. Under tiden är det dessa ingredienser som är ett slags indikatorer på en ökning av sjukdomen hos barn. Luftvägssjukdomar råder bland barnsjukdomar i Voronezh (65%), vars nivå överstiger liknande genomsnittliga ryska indikatorer med 1,2 gånger i staden som helhet. Förebyggande av ökad kontroll kräver dessutom neoplasmer, medfödda anomalier, vars rumsliga skillnader i nivåerna signifikant korrelerar med intensiteten av miljöföroreningar.
Samband har fastställts mellan koncentrationerna av formaldehyd i atmosfären och sjukdomen bronkialastma, samt det höga innehållet av damm i atmosfären med blodsjukdomar. Lunginflammation registreras oftare i områden med höga halter av bly och kolmonoxid. När intensiteten av luftföroreningar ökar hos barn, observeras uttalade förändringar i hematologiska parametrar och en responsökning i sjuklighet.
Under de nuvarande förhållandena är det nödvändigt att genomföra en objektiv analys av orsakerna till ökningen av miljöföroreningar och ökningen av katastrofer i samband med okontrollerad spridning av kemiska föreningar av tekniskt eller biologiskt ursprung. Det är svårt att genomföra en sådan analys, men två huvudaspekter av det allmänna problemet kan urskiljas. Den första aspekten relaterar till områdena politik och sociologi och berör motsättningarna i ekonomins utveckling.
Den andra aspekten är relaterad till personens beredskap att använda naturvetenskapernas landvinningar inom industri- och hushållssfären.
En lätt, rent teknokratisk inställning till naturen, direkt miljöokunnighet ledde till en rad katastrofer med oåterkalleliga konsekvenser. Fakta om monstruösa föroreningar är mycket vältaliga och fördöms hårt av befolkningen. De återfall som har skett har dock sällan analyserats och utvärderas vanligtvis endast ur en känslomässig synvinkel. Så här uppstod kemofobi. Samtidigt visar en strikt hänsyn till omständigheterna att de miljönedbrytningar som inträffar vanligtvis inte bestäms av kemins egenhet, utan bara av arbetarnas låga kvalifikationer och inte alltid korrekt moral.
Grundorsaken till alla de problem som noterats, förutom fel i planering och konstruktion, är långvariga försummelser i undervisningen i kemi på gymnasiet och, som ett resultat, bristen på kemisk kunskap bland befolkningen. En slående motsägelse uppstår; alla människor sysslar systematiskt med kemikalier och processer, men samtidigt kan bara ett fåtal korrigera sina handlingar med förståelse. Det bör dock noteras att det är just i kemilektionerna som man tydligt och övertygande kan visa hur negativa sidor mänskligt ingripande i den naturliga miljön, samt möjliga sätt att optimera antropogen påverkan på den.
Det krävs mödosamt arbete för att förändra en persons medvetande i förhållande till naturvård och utbildning, för att skapa en ekologisk kultur.
Strategin för naturförvaltning, baserad på idén om människans kraft och hennes växande över naturen i en tid präglad av vetenskaplig och teknisk revolution, som verkade orubblig under lång tid, visade sig i själva verket bara vara en strategi för " äppelträdsideologin för vår inställning till naturen, som innebär mycket arbete med att omstrukturera människors medvetande, på dess grönare. Medvetenheten om denna situation bidrog till utformningen av de allvarligaste uppgifterna, både inom det praktiska området och inom området för grundläggande vetenskaplig forskning. Representanter för olika vetenskaper, inte bara naturliga utan också humanitära, började ta itu med miljöproblem. Detta beror på det faktum att, tillsammans med behovet av att utveckla en ny strategi för miljöledning och skapandet av i grunden ny industriell teknik, uppgiften att ekologisk omstrukturering av människors medvetande har blivit omfattande främjande av miljökunskap.
Huvudsaken är genomförandet av de beslut som fattas, vilket i slutändan beror på oss själva, vår kunskap, övertygelse och vilja. Här behöver vi ett i grunden nytt ekologiskt tänkande, som övervinner konsumentpsykologi i förhållande till naturen. Samhället måste känna till de grundläggande lagarna för naturens utveckling, hitta sätt att lösa problem, lära sig att fatta beslut i situationer av moraliska val och prognoser, det vill säga gå igenom hela kedjan från miljökunskap till miljötänkande och miljömotiverat beteende.
Bildandet av en hög ekologisk kultur är möjlig förutsatt att innehållet i skolundervisningen inkluderar följande element: ett kunskapssystem om samspelet mellan samhälle och natur; värdefulla ekologiska orienteringar; ett system av normer och regler för attityd till naturen, förmåga och färdigheter att studera och skydda den.
Miljöfostran och miljöfostran är en av skolans huvuduppgifter.
1.2. Innehållet i miljöutbildning på kemilektioner.
Miljöfostran och miljöfostran är de två huvudinriktningarna förknippade med attitydbildningen till naturen. I miljöutbildning är lärarens uppmärksamhet fokuserad på processen att överföra och assimilera eleverna av den ackumulerade erfarenheten av miljörelationer, och i miljöutbildning - på bildandet av lämpliga personlighetsdrag. Det slutliga målet för miljöutbildning och uppfostran är detsamma - bildandet av optimala relationer mellan en person och hans miljö. Den genomförs inom ramen för en enda pedagogisk process. Faktum är att det slutliga målet är mycket djupare. Det består i att tillhandahålla förutsättningar för elevers intellektuella, personliga och sociala utveckling, ingjuta i dem en känsla av personligt ansvar för miljöns tillstånd, önskan att på djupet förstå essensen och inkonsekvensen av de pågående förändringarna i den ekologiska utvecklingen av vår planet.
Systemet med ekologisk kunskap bör ge en vändpunkt i människors medvetande, deras världsbild, attityder till naturresurser. Ekologi har blivit ett tecken på samhällets moderna utvecklingsstadium. mänsklig kultur. Därför är målet med miljöutbildning bildandet av miljökultur. Begreppet ekologisk kultur innefattar kunskap och färdigheter, nivån på moralisk och estetisk utveckling av världsbilden, sätt och former för kommunikation mellan människor.
Innehållet i miljöundervisningen är så rikt och varierat att det inte kan sättas in inom ramen för ett eller flera ämnen. Därför talar lärare om miljöutbildningens tvärvetenskapliga karaktär, om de breda möjligheterna för nästan alla akademiska ämnen och den speciella betydelsen av var och en i bildandet av elevernas ekologiska kultur. Ett exempel på detta är implementeringen av miljökunskap i grundskola inte bara i kursen "Naturkunskap", utan också i de nya läroplanerna för skolämnena. De utvecklade kurserna syftar till att involvera alla studenter i processen med omfattande kunskap om världen och öka den allmänna kunskapsnivån. I de nya programmen prioriteras de ämnen som är mer betydelsefulla för närvarande och som förblir aktuella under de kommande decennierna.
Ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt kräver definitionen av varje ämnes funktion i det övergripande systemet för miljöutbildning, tilldelning av tvärvetenskapliga anslutningar, generalisering av tvärvetenskapliga tillvägagångssätt som bildar integriteten för alla akademiska discipliner, förenade av målet - kunskap om omvärlden . Innehållet i akademiska discipliner behöver tvärvetenskaplig samordning och gradvis integrering av relevant kunskap.
Miljöutbildning är oupplösligt förenad med kunskapen om den dialektiska karaktären av samspelet mellan element i systemet "människa-samhälle-natur". Reflexionen av denna treenighet utgör kärnan, som i innehållet i den allmänna utbildningen gör det möjligt att på nivån för intercycle-kopplingar avslöja naturens värld och människors värld som helhet.
Modellen för miljöundervisning omfattar inte bara innehållsstrukturen, utan också de grundläggande förutsättningarna för att nå målet.
https://pandia.ru/text/78/141/images/image002_5.gif" width="612" height="372">Faktorer för miljöutbildning som bestämmer skolbarns ansvarsfulla inställning till naturmiljön.
Det bör förklaras för den yngre generationen att miljöns nuvarande tillstånd är behäftat med samma fara för mänskligheten som kärnvapenkrig. Den enda skillnaden är att miljöproblemen är mer lömska... En farlig villfarelse är trösten i hoppet om att mänskligheten ska kunna sluta förstöra världen omkring oss när den kommer nära ekologisk död. Det kommer att bli sent! Detta är den knepiga delen av problemet.
Smart, subtil miljöutbildning och utbildning av nya generationer - detta är kraften som fortfarande kan frysa och vända tillbaka de sårade pilarna från den monstruösa mekanismen som hotar att lösa vår planet. .
Kunskap om essensen av omvärlden fungerar som en integrerande länk i ämnena i det naturliga kretsloppet, och en viktig roll i miljön för utbildning ges till undervisning i kemi.
Tillsammans med att behärska grunderna i grundläggande vetenskap, inklusive dess språk, nyckelfakta, begrepp, teorier och lagar, tillgängliga generaliseringar av den ideologiska karaktären av undervisning i kemi bör bidra till: utveckling och intellektuell förbättring av individen; bildandet av ett miljömässigt lämpligt beteende bland elever, en rimlig inställning till sig själva, människor och den naturliga miljön; utveckla en förståelse för det sociala behovet av utveckling av kemi, bildandet av elevers attityder till kemi som ett möjligt område för framtida praktisk verksamhet.
Urvalet av miljömaterial för inkludering i kemikursplaner bör genomföras med hänsyn till didaktikens grundläggande principer. Huvudkriterierna är vetenskapliga, tillgänglighet för studier, logiskt samband med innehållet ämne, som möjliggör ett pedagogiskt välgrundat urval av frågor om de kemiska aspekterna av ekologi, för att utveckla innehållet och metodiken för sina studier i kemilektionerna.
Vilken plats har kemiutbildningen i det allmänna systemet för miljöutbildning?
Traditionellt är huvudmålet med undervisning i kemi att eleven måste introduceras i ämnens värld (både naturliga och konstgjorda), för att lägga grunden för att förstå orsakerna till dess mångfald, för att inte bara bilda allmän uppfattning om metoder för att erhålla och användningsområden för ämnen samt praktiska färdigheter i att hantera dem. Otillräcklig information om ämnens biologiska roll, deras skadliga effekter på människokroppen och miljön har lagt fram en annan pedagogisk uppgift i
undervisning i kemi - att utifrån Grundläggande kemikunskap forma systemisk kunskap om de kemiska aspekterna av ekologi och miljöproblem. Detta system innefattar kunskap om substanserna i den levande naturen, om interaktioner förknippade med livets manifestation i växt- och djurvärlden, om organismers kemiska relationer mellan sig själva och miljön, om interaktionen mellan antropogena faktorer både på personen själv och på allt levande.
Systemet med ekologiska och kemisk-ekologiska begrepp i kemiundervisningen innefattar frågor om cirkulation av ämnen i naturen, förändringar och omvandling av energi i biosfären, hänsyn till materiens miljöbildande funktion och därmed globala problem, ekosystems integrerande egenskaper. , såsom närvaron av näringsämnen och deras kemiska omvandling; självläkning av ekosystem, antropogena förändringar i ekosystem; implementering av mönstren för interaktion mellan organ och miljön i människans praktiska aktiviteter, inom miljöskydd; lagar om bevarande av materia och energi, enhet materiell värld; motsättningar i samspelet mellan samhälle och natur, samhällets utveckling på bekostnad av naturresurser.
Ekologi och kemi kompletterar varandra. Införandet av termodynamikens principer i ekologin har gett upphov till produktions-energiekologi, som studerar mönstren för energiförlust i näringskedjor. En titt på mångfalden av ekologiska relationer genom den oorganiska kemins prisma avslöjar ett brett spektrum av fenomen som orsakas av mänsklig påverkan på biosfären och den livlösa naturen. En viktig komponent i de naturliga processerna på planeten är den globala cirkulären och de omvandlingar som genomgår sådana grundläggande element som kol, kväve, väte, svavel och fosfor... Många oorganiska föreningar kan påverka och påverkar redan
på planetens klimat och tillståndet i dess atmosfär, på kvaliteten på den naturliga miljön där en person lever, och följaktligen på människors hälsa
Inom ramen för oorganisk kemi är det av intresse att uppmärksamma inte bara antropogena deformationer av kemikaliernas naturliga kretslopp och tillämpningen av miljökvalitet, utan också till sökandet efter lösningar på sociala och miljömässiga problem: energi, råvaror, etc. Till exempel utsikterna för väteenergi; syrets och ozonets roll för att säkerställa liv på jorden; metaller i biosfären och människokroppen osv.
En stor roll i miljörelationer spelas av processer relaterade till området organisk kemi. Organiska föreningar utgör grunden för den del av biosfären, som han kallade "Levande Materia". Människors liv som biologiska individer beror på komplexa omvandlingar av organiska ämnen i människokroppen och metabolism med miljön. Slutligen är själva mänsklighetens överlevnad idag omöjlig utan den utbredda användningen av ekologiska saker i vardagen, inom medicin, industri, jordbruk, etc.
Att förstå organiska ämnens roll i existensen och utvecklingen av det komplexa socio-biosfäriska komplexet av jorden som helhet och dess huvuddelar är en viktig del av den kemiska läsningen av modern ekonomi.
Framgångar inom ekologi utgör en grund för att lösa ett antal akuta problem i vår tid. I synnerhet med data som erhållits genom ekologi
Logia hälsosam livsstil av livet: i att prioritera andliga behov framför materiella, i att ta hand om bevarandet av sin fysiska hälsa. En sådan person är i framtiden kapabel att vägledas av principerna om ekologiska och moraliska imperativ i sin yrkesverksamhet (15, s. 3).
Låt oss vända oss till problemet med att organisera undervisningen i kemi i gymnasieskolan. På vägen att förändra ämnesutbildningen och skapa ett system för miljöutbildning för skolbarn stöter läraren på vissa svårigheter. För det första kemofobi som uppstod i samhället, vilket fick barn att initialt försumma ämnet. För det andra, det abstrakta i själva ämnet.
Huvudsaken är att förändra (ekologisera) sin egen världsbild, att inse sitt ansvar (mänskligt och professionellt) för att förbereda en miljöutbildad yngre generation. Det är nödvändigt att systematiskt informera om kemins framgångar för att skydda miljön.
1.3. Genomgång av litterära källor om miljöutbildning.
Kursen i kemi som studeras i en modern gymnasieskola löser inte helt problemen med miljöutbildning och uppfostran. Ekologiska frågor uttalas deklarativt, de studeras inte på djupet och är bara skisserade. Åtgärder för att studera effekterna av kemiska processer och kemiska föreningar på miljön kan dock inte helt ersätta den systematiska studien av dessa frågor.
Kemi är ett av de viktigaste ämnena utifrån vilka dialektiken formas - materialistiska idéer om omvärlden.
Enligt nu nuvarande program Utexaminerade från nian har mycket ofullständiga, fragmentariska idéer om kemi, eftersom frågor om organisk och allmän kemi studeras i årskurserna X-XI. Med tanke på differentieringen av utbildning i gymnasiet kanske många elever inte studerar kemi alls, vilket kommer att leda till fullständig okunnighet om ett antal viktiga frågor och komplicera existensen av en person i modern värld, eftersom akademiker inte kommer att förstå till exempel orsakerna till de skadliga effekterna av mänsklig ekonomisk verksamhet på växter och djurvärlden och biosfären som helhet och andra liknande frågor.
Således är det nödvändigt att radikalt ändra programmet i kemi, och följaktligen kemiförloppet som helhet.
Vid institutionen för metoder för undervisning i naturliga och matematiska ämnen har MSIUU utvecklat nytt program kemikurs "Ekologi och dialektik" och på grundval av detta genomfördes ett experiment i tjugo skolor i Moskva och Moskva-regionen. Dess utmärkande särdrag är att på grundval av akademiker i nionde klass får en allmän uppfattning om kemisk vetenskap i allmänhet, såväl som alla dess sektioner. På grundnivån, som slutar med nian, bekantar sig eleverna med kemins roll och plats i modern mänsklig ekonomisk verksamhet, dess påverkan på miljön och sätt att övervinna de negativa effekterna av mänskliga praktiska aktiviteter på flora, fauna och människan organ i samband med användningen av kemisk produktion.
I detta program ägnas mycket uppmärksamhet åt organiseringen av kemiska experiment, användningen av olika viktigaste kemiska föreningar i mänsklig praktik, deras påverkan på miljön och människokroppen. Genom kunskap om kemiska föreningar, kemiska fenomen, bildar eleverna en speciell inställning till den mänskliga miljön,
En grund för en korrekt förståelse av miljöproblem skapas, utan vilken det är omöjligt för mänskligheten att existera i den moderna världen; en idé bildas om komplexiteten i inkonsekvensen av olika processer, inklusive kemiska, som gör det möjligt att utifrån kunskap från andra kurser i det naturliga-matematiska kretsloppet bilda en dialektisk-materialistisk förståelse av den omgivande aktiviteten. Samtidigt ska denna kemikurs också lösa problemen med att utbilda professionella kemister, samt personer som behöver en djup kunskap om kemi för att framgångsrikt genomföra sina yrkesuppgifter. Den är utformad för att skapa en grund av gedigen kemisk kunskap, på grundval av vilken det är möjligt att bilda en högre nivå av kunskap och förståelse för kemi i årskurserna X-XI gymnasium. Denna kurs förutsätter genomförandet av differentierad undervisning, med hänsyn till särdragen i assimileringen av kemisk kunskap, både för studenter med låg utbildningsnivå av utbildningsmaterial och för studenter vars initiala förståelse för kemi är ganska hög.
Det utvecklade programmet "Ekologi och dialektik" innebär ett djupt förhållande till biologi, fysik, geografi och andra discipliner som studeras i skolan, vilket gör att eleverna kan bilda sig en holistisk syn på världen omkring dem.
Detta program är dock utformat för fördjupning av ämnet med en propedeutisk kurs i årskurs 7 och lämpar sig endast för specialiserade skolor eller klasser. Specialister från Moscow State Pedagogical University. N Zvereva och utvecklade ett antal integrerade kurser: "Biosphere and Man", "Ecology and Civilization", en ekologiserad kurs i kemi; från ämne till ämne.
Programmet för den integrerade kursen "Biosfär och människa" är avsett för studenter i seniorklasser och sekundära specialiserade institutioner med en humanitär profil. Detta tillvägagångssätt är desto mer relevant eftersom inom den humanistiska utbildningen i senare tid tendensen att minska kurserna inom naturvetenskap, och särskilt kemi, intensifierades. Integrationen av naturvetenskaplig kunskap gör det möjligt att lösa problemet med att bilda en helhetsuppfattning om omvärlden, utveckla intresset för kemivetenskap och forma kemisk kunskap på en bra nivå.
Syftet med denna kurs är att ekologisera elevernas medvetande, att popularisera lärorna. Ledande idéer för kursen: människan är orsaken till miljöproblem, och bara människan kan lösa dem; världens integritet och mångfald. Uppmärksamheten fokuseras på studiet av naturen själv, mångfalden av nivåer av livsorganisation, utvecklingen av både den organiska världen och förhållandet mellan människa och natur.
Men kursen "Biosfär och människa" är mycket specifik och deklareras som ett separat specialämne i årskurserna X-XI. Det är dock inte varje skola som har extra timmar i läroplanen för introduktionen av denna kurs.
föreslagit en ekologiserad kurs "Ekologi och civilisation", som har en ljust uttalad tvärvetenskaplig karaktär, inklusive filosofisk-historiska, socio-moraliska, biologiska, geografiska och fysikalisk-kemiska aspekter av miljöproblem.
Som ett led i miljöutbildning och uppfostran bedrivs propedeutiken i årskurserna I-VII i form av att studera kursen "Världen runt" (I-II Cl.), "Naturvetenskap" (I-IV Cl.) Det finns en ytterligare ackumulering av elevernas kunskaper om naturliga föremål, vissa mönsterutveckling av naturen, fakta om antropogen påverkan på miljön; skolbarns utbildning
kov till analys och modellering av enkla situationer. I detta skede är det mest effektiva sättet ekologisering av akademiska discipliner i kombination med problematiska valfria kurser, cirkel- och hembygdsarbete.
I processen att undervisa i kemi i årskurserna VIII och IX är det viktigt att ta hänsyn till problemen med att skydda miljön från kemisk förorening. Kursen i ekologiserad kemi bygger på idéer om sambandet mellan ämnens sammansättning, struktur, egenskaper och biologiska funktion; deras dubbla roll i den levande naturen; biologisk utbytbarhet av kemiska element och konsekvenserna av denna process för organismer; orsaker till brott mot biogeokemiska cykler; kemins roll för att lösa miljöproblem.
Vid det sista stadiet av utbildningen (klass X_XI) fortsätter förbättringen av kemisk kunskap i processen att bemästra kursen i organisk och allmän kemi. Dess innehåll gör det möjligt att utveckla idéerna om manifestationen av kemiska lagar i naturliga processer; förstå sådana ekologiska mönster som cykliciteten och kontinuiteten i utbytet av materia mellan biosfärens beståndsdelar.
Ekologisk kemikurs X klass. kompletteras med en valbar kurs "Kemi och miljöskydd", som avslöjar de kemiska aspekterna av miljöproblem på lokal, regional och global nivå. En integrerad del av denna kurs är en laboratorieworkshop, som involverar organisering av studenters forskningsaktiviteter för att studera den antropogena påverkan på naturföremål.
Den akademiska disciplinen "Ekologi och civilisation" introducerades parallellt med studiet av kemikursen i årskurserna X och XI (14, s. 43).
Genom integrationen av dessa kurser sker genomförandet av programmen inom flera ämnen och av flera lärare.
För betyg VIII - XI föreslogs ett program för en ekologiserad kemikurs: från ämne till ämne. Dess huvudsakliga fokus ligger på dessa
Lenias som orsakar allvarlig oro för den naturliga miljöns tillstånd och civilisationens framtid: global uppvärmning, utarmning av det atmosfäriska ozonskiktet, surt regn, ansamling av giftiga tungmetaller och bekämpningsmedel i marken, förorening av stora områden med radionuklider, utarmning av planetens naturresurser.
Naturen är i sin naturliga utveckling i dynamisk jämvikt;
Det direkta resultatet av samspelet mellan människa och natur är en förändring i den kemiska sammansättningen av komponenterna i miljön, vilket leder till en förändring i den naturliga balansen;
Kemisk kunskap är en integrerad del av kunskapen om grunderna för naturvård, rationell miljöförvaltning och rimlig omvandling av miljön av människan.
Kemins roll för att lösa miljöproblem i nuvarande skede signifikant:
A) Studera sammansättning, struktur, egenskaper, hur ett visst ämne beter sig i atmosfären, marken, vattenmiljön, vilka effekter det och produkterna av dess omvandlingar har på biologiska ämnen;
B) Genom att avslöja mekanismerna för biogeokemiska processer i grundämnenas naturliga cykel bidrar kemin till att lösa problemet med det mest naturliga och "smärtfria" inträdet av industriell produktion i naturliga kretslopp, vilket gör den till en del av alla ekosystem.
C) Använda en mängd olika metoder för kemisk-analytisk övervakning av miljöobjektens tillstånd eller kvaliteten på färdiga produkter inom ett antal industrier (kemisk, petrokemisk
, mikrobiologisk, farmaceutisk), ger kemi dig möjlighet att få den information som behövs för efterföljande beslutsfattande om förebyggande av skadliga
ämnen i kontrollerade föremål, rengöring av dessa föremål, metoder för deras skydd osv.
Den ekologiserade kemikursen gör det möjligt att avslöja denna vetenskaps speciella roll i kampen mot miljöokunnighet, som manifesterade sig i den rotade idén om kemins "skuld" i den nuvarande miljösituationen, för att locka skolbarn till forskningsarbete att studera tillståndet i den naturliga miljön, att ingjuta i dem en känsla av personligt ansvar för dess bevarande.
Värdet av detta program ligger i det faktum att miljökoncept ger resonans i varje ämne inom kemi, vidga, fördjupa och systematisera elevernas kunskaper om grundläggande kemiska lagar, deras förhållande till miljöns tillstånd. När man överväger en kemisk fråga kan miljöaspekter presenteras antingen i formen kort meddelande, en rapport i en lektion, försvara en uppsats, sätta upp ett miljöexperiment eller lösa ett miljöproblem som hjälper till att bemästra kemins lagar med specifika miljöexempel.
A (Moscow State Pedagogical University uppkallad efter V.I. Lenin), (LGIUU), Mu (MNPO Sintez), (Moscow State University uppkallad efter ..) utvecklade program för valfria kurser om miljöutbildning för skolbarn: "Hälsosam livsstil för en person i en förorenad biosfär", "Grundläggande av allmän ekologi och miljöskydd", "Miljöproblem i Leningradregionen", "Kemiska elements biologiska roll". Dessa valbara kurser säkerställer bildandet av ett kunskapssystem hos studenter (nivån av miljömedvetande) med inslag av miljökultur (skolebarns värdeorientering mot vetenskapligt baserad naturförvaltning). För en mer komplett studie av ekologins grunder i samband med kemins grunder behövs generella utbildningscykler som innehåller generella ekologiska
När dessa uppgifter är klara ökar motivationen för lärande och processen att inhämta kunskap underlättas.
När den differentieras av intressen kommer teknologin i kontakt med kulturellt utbildande lärandeteknologi som bidrar till humaniseringen av utbildning. Som en del av denna teknik, agerar avdelningen för ekologisk kultur som en del av denna teknik: bekantskap med problemen med att bevara naturen, den mänskliga miljön, unik mänsklig kultur: främja kärleken till naturen, fördjupning i geografi, biologi och kemi . Som specifika, ofta metodiska och lokala teknologier kan miljöutbildningstekniken tillämpas, T. V. Kucher och andra.
För att göra kemiundervisningen grön använder de också samarbetsteknologier, grupptekniker som har en stimulerande effekt på barnets utveckling. De involverar kommunikation, kommunikation, studentutbyte av information, ömsesidig förståelse.
Inlärningsprocessen är också baserad på alternativa teknologier och utvecklande lärandeteknologier baserade på antroposofins principer, enligt vilka utvecklingen av förmågan att veta leder en person till perfektion. Antroposofin ligger till grund för R. Steiners Waldorfpedagogik. Utvecklingen av intellektuella förmågor genomförs enligt teknik och. Utvecklande utbildning tar hänsyn till och använder utvecklingsmönstret, anpassar sig till barnets nivå och egenskaper (3, s. 80-83: s109: s. 119-122: s. 1516 s. 181)
Användningen av dessa teknologier gör det möjligt att orientera studentens personlighet mot uppfattningen av allt omkring honom som en intresserad forskare som är personligt ansvarig för konsekvenserna av sin verksamhet för andra människor och för naturen.
Fragment av ovan nämnda teknologier av N. P. Guzik, I. N. Zakatova, NT Suraveshnaya, TV Kucher, R Steiner, DB Elkonin och V. V. Davydov använder jag när jag genomför miljölektioner och fritidsaktiviteter om miljöfrågor
2.2. Former för att genomföra klasser av ekologisk allmän utbildning i undervisning i kemi.
Ur professionell synvinkel attraheras jag av icke-standardiserade former för att genomföra lektioner och att ta hänsyn till elevernas kunskaper, såsom provlektioner, seminarielektioner, konferenslektioner, användandet av didaktik, rollspel och affärsspel, inslag av tetralisering. Jag använder det ömsesidigt berikande samspelet mellan naturvetenskapliga discipliner för att bilda en holistisk inställning till naturen, för att motivera normerna för en hälsosam livsstil.
För att stärka skolundervisningens miljöinriktning introducerar jag hänsynen till miljöfrågor i undervisningsmaterialet för varje ämne, jag ger ordet till de jourhavande ekologerna för att belysa de viktigaste miljöproblemen inom ramen för detta ämne, som tillåter den mest kompletta användningen av miljökunskap för att bilda en noggrann inställning hos eleverna till naturen, deras beredskap att vidta aktiva åtgärder för att skydda den.
Mitt pedagogiska koncept för grönare undervisning i kemi ligger nära den gröna kemikursen: från ämne till ämne. På lektionerna använder jag mig av miljöexperiment, uppgifter eller frågor, praktiskt arbete av en miljöorientering.
När jag studerar strukturen och egenskaperna hos övergångsmetaller genomför jag ett seminarium om "Features of the structure of d-elements and their impact on the environment and human health." Metoden för denna lektion är en utvecklande och undervisande typ av seminarium.
Målen med lektionen är att generalisera elevernas kunskaper om den periodiska lagen, atomernas struktur, elektronernas tillstånd i atomerna; konsolidering av färdigheter för att göra elektroniska kretsar, formler, jämföra kemiska grundämnen genom att
mikrofonaktivitet; bekanta elever med några mönster som bestämmer förekomsten av metaller i naturen, deras toxicitet, andelen deltagande i metabolismen av levande organismer, baserat på elementens position - metaller i det periodiska systemet; avslöjande av orsakerna till miljöföroreningar genom d-element, angivande av de huvudsakliga föroreningskällorna; bildandet av skolbarns förmåga att förutsäga och analysera konsekvenserna av förorening av den naturliga miljön av metaller; bekantskap med de viktigaste riktlinjerna för att förebygga föroreningar.
Mottot för lektionen Jag valde orden: "Vetenskap är till nytta endast när vi accepterar det inte bara med sinnet, utan också med hjärtat."
Seminariumsplan
1) D-elementens position i det periodiska systemet.
2) Funktioner av strukturen hos atomer av d-element, deras egenskaper.
3) d - element och en levande organism.
4) Den biologiska rollen och toxiska effekten av d - element.
5) Problemet med miljöföroreningar med metaller och sätt att lösa det.
6) Att hitta d - element i naturen. Mineraler som innehåller d - element i Voronezh-regionen.
I början av lektionen uppdaterar jag mina kunskaper och genomför en individuell och frontal undersökning.
a) Individuell undersökning.
1. Arbeta med kort.
2. Vilka element kallas d-element?
3. Karakterisera d - elements position i det periodiska systemet.
4. Funktioner av strukturen hos atomer av d - element; fyllning av energisubnivåer med elektroner, fenomenet "elektronfel".
b) Frontalundersökning.
1. Ge en modern formulering av den periodiska lagen.
2. Vad är den fysiska betydelsen av elementets serienummer, gruppnummer och period?
3. Vilka kvanttal beskriver tillståndet för elektroner i en atom?
4. Vilka regler ligger till grund för upprättandet av ett grafiskt diagram över en atoms struktur?
5. Gör grafiska diagram och skriv elektroniska formler för strukturen av atomer av följande kemiska grundämnen skandium, järn, niob, ("fel" hos en elektron) (kolla genom ett horoskop)
I det andra skedet föreslår jag att eleverna gör en textuppgift enligt tre alternativ. De kommer att skriva sina svar på filtrerat papper impregnerat med fenolftalein och släppa en alkalilösning i önskad position, enligt deras åsikt. Om svaret är korrekt visas en färgsignal på papperet.
Detta gör att du omedelbart kan bedöma elevernas arbete.
Det speciella med strukturen hos atomer av d - element beror på närvaron i dem av ett överskott av valensorbitaler och en brist
Filosofiska diskussioner inom modern naturvetenskap är på sätt och vis en ovanlig bild, nämligen: metodologiska och ideologiska problem inom biologi och fysik, synergetik och astronomi, genetik och bioteknik diskuteras mycket aktivt, men inte mycket uppmärksamhet ägnas åt liknande frågor om kemi . Det kan visa sig att, baserat på sådana grundläggande generaliseringar som den periodiska lagen, teorin om kemisk struktur, kemisk termodynamik, kemi har öppnat stora möjligheter för studier och syntes av miljontals ämnen av livlös och levande natur, för att skapa tidigare okända föreningar. Det verkar som att hon rycktes med av empirismen, den utilitaristiska sidan, och hon är inte intresserad av den komplexa världsbild och metodologiska problem som hon står inför. "Men kemi, - betonar Yu.A. Zhdanov, - står inför sina egna komplexa och akuta problem av teoretisk och metodisk karaktär, och utan deras förtydligande kommer inte bara kemin själv, utan även ett antal andra vetenskaper att kunna gå vidare produktivt."
Tänk nu på den ekologiska aspekten av kemi, när miljöföroreningsprocessen inträffar, som på grund av sin olinjäritet har dåligt inflytande per person. Här kan vi peka ut en hel rad faktorer som är skadliga för vår hälsa: kemisk förorening av marken och därav följande risk för produkter, kemisk förorening av luft, vatten och andra miljöfarliga effekter. I det här fallet bör man ta hänsyn till den antropogena naturen hos olika typer av föroreningar av atmosfären, hydrosfären och litosfären. "Människan är en naturlig och den främsta föroreningen", betonar J. Bockris, "av planeten. Under lång tid var den ekologiska utvecklingen harmonisk. En organisms liv i utvecklingsprocessen var underordnad helheten, och det motsvarade de kemiska processer som ägde rum runt den. Fram till detta århundrade hade människan inte en särskilt påtaglig inverkan på den ekologiska situationen balanserad i utvecklingsprocessen. Störningen av denna harmoni, som människan för närvarande konfronteras med, är en följd av ökningen av volymen av kemiska och andra industriföretag som släpps ut i vatten och i luften. Fotokemiska processer äger rum i atmosfären, med hjälp av vilka föroreningar bearbetas och balansen återställs. Dock sedan början av 1900-talet Människan har släppt ut så många föroreningar i atmosfären att de stör naturliga återbalanseringsprocesser." Kemisk förorening av miljön har en betydande inverkan på en persons liv och beteende, eftersom det orsakar betydande skada på hans kropp.
Det har länge fastställts att mänskligt beteende och dess tillhörande hälsa och patologi bestäms av miljöns kemiska natur. Selektivt urval av kemikalier underbygger sökningen mediciner för behandling av olika slags sjukdomar, inklusive psykiska. Det finns många kända ämnen som orsakar en kränkning av normalt mänskligt beteende, till exempel vilket leder till drogberoende. Men de representerar bara en mycket liten del av det stora utbudet av kemikalier som har biokemiska effekter på människors hälsa. När allt kommer omkring påverkar kemikalier, oavsett metoderna för penetration i människokroppen, förloppet av biokemiska processer i kroppen. Detta beror för det första på lagarna för tillkomsten av biosystem på vår planet - under den kemiska evolutionens gång var en av de tidigaste stora förändringarna övergången från en reducerande atmosfär till en oxiderande, där biosystem som är karakteristiska för vår tid började utvecklas. Harmonin i en sådan evolution manifesteras tydligt i "... en enhet som innebär en biokemisk evolution mycket mer komplex och mycket tidigare än biologisk evolution, som gav oss alla så olika former, fenomen och beteendemönster i växt- och djurvärlden." Följaktligen bestämde den yttre kemiska miljön naturen hos de organismer som överlevde under evolutionens gång.
För det andra är organismers överlevnad associerad med organismens utvecklade förmåga att fortplanta sig. Att dechiffrera DNA-koden - det huvudsakliga genetiska materialet som överförs från generation till generation - har visat att utvecklingen av en individ regleras på molekylär nivå och fortsätter genom ett stort antal biokemiska reaktioner. Då blir det tydligt att alla andra egenskaper hos organismen (anatomiska, elektrofysiologiska, beteendemässiga, etc.) i viss mening beror på biokemiska processer. Detta förklarar varför hälsa och patologi människokropp, först och främst påverkas av biokemiska faktorer, varför de mest betydande är effekterna av den yttre kemiska miljön.
Det säger sig självt att under loppet av den evolutionära processen bildades biosystemets förmåga att reagera som helhet på miljöpåverkan, som individens fysiska tillstånd beror på, det främsta skälet till att ändra detta tillstånd hos en person är de neurokemiska processer som sker i nervsystem, särskilt i det centrala nervsystemet, vars fina organisation gör det möjligt att utföra många sådana processer. Den mänskliga hjärnan innehåller som bekant cirka 100 miljarder neuroner, det är ett neuralt nätverk, som är en fraktal, d.v.s. har en icke-linjäritet. Och människokroppen i sig är ett dynamiskt icke-linjärt system, så sambandet mellan det mänskliga tillståndet och den yttre kemiska miljön i dess mest allmänna form är icke-linjär. Resultaten av experiment för att identifiera sambandet mellan beteendekänslighet och akuta förändringar i den kemiska miljön, när kroppens normala tillstånd störs, visar ett ickelinjärt (exponentiellt) förhållande (samband) mellan kroppens tillstånd och ett exogent tillstånd. kemisk substans. PÅ allmänt fall oavsett hur kemikalierna kommer in i människokroppen - somatisk, genom inandning, genom huden eller slemhinnor, genom injektion eller implantation; Det viktigaste är att de har en icke-linjär effekt på människokroppens tillstånd. Detta är av inte liten betydelse för metoderna för kontroll och rening av miljön från kemisk förorening, så att en person normalt kan auktorisera och utföra sin verksamhet.
Förtjänar filosofisk reflektion över vad som händer i modern kemiövergången från design av molekyler till skapandet av molekylära maskiner. Kemi hänvisar till de områden av grundläggande kunskap som gör att du kan syntetisera och studera molekyler, vilket innebär att kemi, som en gren av naturvetenskap, är engagerad i studiet av materia på nivån av dess molekylära organisation. Detta forskningsområde verkar vara gränslöst, och det är det verkligen. Kemikatalogen innehåller hundratusentals molekyler av naturligt ursprung, vars struktur har dechiffrerats i laboratorier, och hittills har mer än 15 miljoner molekyler syntetiserade av kemister och som inte finns i levande natur lagts till detta antal. Syntesmetodik utvecklad av kemister, metoder för att studera molekylstrukturen och deras omvandlingar (och bland de nyaste av dem finns t.ex. scanning tunneling mikroskopi och laser femtosekund spektroskopi, där rumslig och tidsmässig upplösning uppnås på nivån av storleken på individen atomer och deras rörelser i försvinnande små tidsintervall på 10 -15 s), låter dig framgångsrikt förstå hemligheterna bakom molekylernas struktur och deras olika egenskaper. Detta gäller även de mest instabila av dem, som sönderfaller under normala förhållanden på miljondelar av en sekund.
"Betyder dessa prestationer", skriver V.I. Minkin - att kemi som vetenskap redan har löst sitt problem och även om dess förmåga att producera nya molekyler i ännu större mängder förblir obegränsad, blir denna process i sig mer och mer rutin? För närvarande har det faktiskt blivit möjligt att automatiskt syntetisera peptider (proteiner med låg molekylvikt). En sådan bedömning av den kemiska vetenskapens allmänna tillstånd (en vetenskap vars lagar är lika viktiga för förståelsen av den livliga och den livlösa naturen) skulle vara förhastad. Och inte alls original. Redan 1929 uttalade Nobelpristagaren Paul Dirac, med upptäckten av kvantmekaniken,: "De grundläggande fysikaliska lagarna som är nödvändiga för den matematiska teorin om en del av fysiken och hela kemin blir därmed fullständigt kända, och den enda svårigheten är att exakt tillämpning av dessa lagar leder till ekvationer som är för komplicerade att lösa." Denna avhandling av Dirac var i centrum för omfattande diskussioner bland fysiker, kemister och anhängare och motståndare till reduktionismens filosofi. I många monografier och läroböcker om teoretiska och fysisk kemi detta uttalande av vetenskapens klassiker ges, och betoningen ligger på förutsägelsens oförverklighet. Uppenbarligen uttryckte Dirac sin idé som ett slags överdrift för att betona den exceptionella betydelsen av den nya teorin om mikrovärlden. Kvantmekanikens själva postulat, konsekvenserna av dem, visade sig vara korrekta, och som redan har visats nu kan den fullständiga Schrödinger-ekvationen inte lösas exakt ens för de enklaste molekylerna, och goda approximationer till exakta lösningar för medium- Stora molekyler kräver en superdator som körtid, beräknat i dagar. Man kan säga att kvantmekanikens metoder huvudsakligen bestämmer takten i vetenskapliga framsteg, men inte karaktären av vetenskaplig kreativitet. Det är känt att kreativa är irrationella till sin natur och inte kan härledas på ett logiskt, deduktivt sätt - annars kan varje person som kan logik göra vetenskapliga upptäckter (i detta fall skulle vetenskap helt enkelt inte behövas). Dessutom bör vi inte glömma att det periodiska systemet av element och teorin om den molekylära strukturen hos organiska föreningar skapades av kemister långt före bildandet av principerna för kvantmekanik och till och med före upptäckten av elektronen.
Det är känt att valet av riktningar för vetenskaplig forskning dikteras av två faktorer: begäran om socialt behov och forskarens inre impuls att upptäcka nya fenomen och mönster, att tränga in i naturens hemligheter. I olika skeden av samhällsutvecklingen, beroende på uppnådd kunskapsnivå, förändras trenderna inom den vetenskapliga forskningen och prioriteringarna för att välja mål. Inom kemin under 1960- och 1980-talen låg fokus för forskningen på studiet av molekylers fina struktur, reaktionsmekanismer och intramolekylär dynamik. Under det senaste decenniet har det funnits ett tydligt intresse för objekt och mål med ökad komplexitet - studiet och modelleringen av funktionerna hos biologiskt viktiga molekylära system, samt skapandet av nya högteknologiska material byggda av nanoskala element. Denna trend speglar övergången från studiet av enskilda molekyler och deras små associerade till studiet av strukturen av egenskaper och transformationer av tillräckligt stora aggregat av molekyler, till den riktade designen av organiserade molekylära ensembler för att skapa unika molekylära maskiner, d.v.s. molekylära anordningar i vilka förändringar inducerade i individuella beståndsdelmolekyler orsakar samarbetsprocesser i hela systemet (K. Drexler). Sådana enheter kan tjäna till att omvandla en typ av energi till en annan, ackumulera ljusenergi, registrera, lagra och överföra information, molekylär beräkning, etc. "Utformningen av sådana enheter är ett område," V.I.
För kemin förblir himlen vidöppen, för det är inte bara en vetenskap, utan också en konst. Konst, naturligtvis, tack vare skönheten i dess föremål, men också i själva essensen, tack vare dess förmåga att oändligt uppfinna och skapa sina föremål, sig själv, sin egen framtid. Likt en konstnär förkroppsligar en kemist frukterna av sin egen fantasi i materiella bilder. Sten, ljud, ord i sig innehåller inte verk av en skulptör, kompositör, författare skapade av dem. På samma sätt skapar kemisten nya molekyler, nya material och nya egenskaper från de grundämnen som naturen tillhandahåller. Han skapar verkligen nya världar som inte existerade förrän de kom ut, ta form från händerna på en kemist, precis som ett material, som bara kommer ur händerna på en mästare, får styrkan och uttrycksfullheten hos ett konstverk. Detta förmedlades vackert i hans skapelse av Aposte Rodin.
Kemi har denna kreativa potential. Som Marcel Berthelot: "Kemi skapar sina egna föremål." Hon skapar inte bara föremål, hon skapar ämnet för sin forskning. Det existerar inte initialt, det är uppfunnit och skapat i forskningsprocessen. Det är inte bara att vänta på att bli upptäckt, det väntar på att skapas. Kärnan i den kemiska vetenskapen fick sitt fulla uttryck i konstnären-vetenskapsmannen Leonardo da Vincis ord: "... där naturen upphör att skapa sina egna föremål, tar en person över, som skapar, med hjälp av naturmaterial och med hjälp av naturen, otaliga nya föremål ..." .
Kärnan i kemin ligger inte bara i upptäckter, utan också i uppfinningar, i kreativt skapande, först och främst. Kemiboken måste inte bara läsas, utan också skrivas; poängen för kemi måste inte bara utföras, den måste vara sammansatt. Den filosofiska betydelsen av modern kemi ligger i det faktum att den tillåter konstruktion av nya ämnen och material som inte finns i den levande naturen, och detta i sin tur introducerar en ny dimension till den mänskliga existensens mening. Faktum är att föremålen för supramolekylär kemisk kreativitet lovar att vara mycket komplexa och mångsidiga, som ett resultat av vilket det är möjligt att skapa hela kemiska galaxer. Kreativitet, som ni vet, tjänar till att söka efter meningen med vårt liv och tillfredsställa det högsta behovet av självförverkligande.
Idag finns det inget behov av att övertyga någon om den stora betydelsen för hela mänskligheten av frågor relaterade till problemet med miljöskydd. Detta problem är komplext och mångfacetterat. Den omfattar inte bara rent vetenskapliga aspekter, utan också ekonomiska, sociala, politiska, juridiska, estetiska.
De processer som bestämmer biosfärens nuvarande tillstånd är baserade på kemiska omvandlingar av ämnen. De kemiska aspekterna av problemet med miljöskydd form nytt avsnitt modern kemi, kallad kemisk ekologi. Denna riktning tar hänsyn till de kemiska processer som förekommer i biosfären, kemiska föroreningar av miljön och dess inverkan på den ekologiska balansen, karakteriserar de viktigaste kemiska föroreningarna och metoder för att bestämma nivån av föroreningar, utvecklar fysiska och kemiska metoder för att bekämpa miljöföroreningar och söker för nya miljövänliga energikällor. och mm.
För att förstå kärnan i problemet med miljöskydd krävs förstås förtrogenhet med ett antal preliminära begrepp, definitioner, bedömningar, vars detaljerade studier bör bidra inte bara till en djupare insikt om problemets väsen, utan också till utvecklingen. av miljöutbildning. .Planets geologiska sfärer, såväl som biosfärens struktur och de kemiska processer som förekommer i den sammanfattas i Schema 1.
Vanligtvis finns det flera geosfärer. Litosfären är jordens yttre fasta skal, som består av två lager: det övre, bildat av sedimentära bergarter, inklusive granit, och det nedre, basalt. Hydrosfären är alla hav och hav (Världshavet), som utgör 71% av jordens yta, samt sjöar och floder. Havets djup är i genomsnitt 4 km, och i vissa fördjupningar - upp till 11 km. Atmosfär - ett lager ovanför ytan av litosfären och hydrosfären, som når 100 km. Atmosfärens nedre skikt (15 km) kallas troposfären. Den inkluderar vattenånga som svävar i luften och rör sig med ojämn uppvärmning av planetens yta. Stratosfären sträcker sig ovanför troposfären, vid vars gränser norrskenet uppträder. I stratosfären, på 45 km höjd, finns ett ozonskikt som reflekterar kosmisk strålning som är skadlig för liv och delvis ultravioletta strålar. Ovanför stratosfären sträcker sig jonosfären - ett lager av förtärnad gas från joniserade atomer.
Bland alla jordens sfärer upptar biosfären en speciell plats. Biosfären är jordens geologiska skal, tillsammans med de levande organismerna som bor på den: mikroorganismer, växter, djur. Det inkluderar den övre delen av litosfären, hela hydrosfären, troposfären och den nedre delen av stratosfären (inklusive ozonskiktet). Biosfärens gränser bestäms av den övre gränsen för liv, begränsad av den intensiva koncentrationen av ultravioletta strålar, och den nedre gränsen, begränsad av de höga temperaturerna i jordens inre; biosfärens yttersta gränser når endast lägre organismer - bakterier. intar en speciell plats i biosfären ozonskyddande skikt. Atmosfären innehåller endast ca. % av ozon, men han skapade sådana förhållanden på jorden, tack vare vilka liv uppstod och fortsätter att utvecklas på vår planet.
I biosfären genomförs kontinuerliga kretslopp av ämnen och energi. I princip är samma grundämnen ständigt involverade i materiens kretslopp: väte, kol, kväve, syre, svavel. Från livlös natur passerar de in i växternas sammansättning, från växter - till djur och människor. Atomerna av dessa element hålls i livets cirkel i hundratals miljoner år, vilket bekräftas av isotopanalysdata. Dessa fem grundämnen kallas biofila (livsälskande), medan inte alla deras isotoper, utan bara lätta. Så av de tre isotoper av väte är bara biofila. Av de tre naturliga isotoper av syre 
endast biofila och endast från kolisotoper.
Kolets roll i uppkomsten av liv på jorden är verkligen enorm. Det finns skäl att tro att under bildandet av jordskorpan kom en del av kolet in i dess djupa lager i form av mineraler som karbider, medan den andra delen hölls kvar av atmosfären i form av CO. Minskningen av temperatur i vissa stadier av planetens bildande åtföljdes av interaktionen av CO med vattenånga av kcal-reaktionen, så att när flytande vatten dök upp på jorden, borde atmosfäriskt kol ha varit i form av koldioxid . I enlighet med schemat för kolcykeln nedan, extraheras atmosfärisk koldioxid av växter (1), och kol kommer in i djurkroppen genom matlänkar (2):
Djur och växters andning och pyrandet av deras kvarlevor återför ständigt enorma massor av kol till atmosfären och havsvattnet i form av koldioxid (3, 4). Samtidigt sker en viss borttagning av kol från kretsloppet på grund av den partiella mineraliseringen av resterna av växter (5) och djur (6).
Ett ytterligare, och mer kraftfullt, avlägsnande av kol från cirkulationen är den oorganiska processen för vittring av stenar (7), där metallerna som finns i dem under påverkan av atmosfären förvandlas till kolsyrasalter, som sedan tvättas ut med vatten och transporteras av floder till havet, följt av partiell sedimentering. Enligt grova uppskattningar binds upp till 2 miljarder ton kol årligen under vittring av stenar från atmosfären. En sådan storslagen konsumtion kan inte kompenseras av olika friflytande naturliga processer (vulkanutbrott, gaskällor, verkan av kalksten som bildas under åskväder etc.), vilket leder till omvänd övergång av kol från mineral till atmosfären (8). Såväl de oorganiska som de organiska stegen i kolets kretslopp syftar till att minska halten i atmosfären. I detta avseende bör det noteras att medveten mänsklig aktivitet avsevärt påverkar den övergripande kolcykeln och, som påverkar i stort sett alla delar av processerna som sker under den naturliga cykeln, slutligen kompenserar för läckaget från atmosfären. Det räcker med att säga att på grund av förbränning av endast ett kol, återvände atmosfären årligen (i mitten av vårt århundrade) i form av mer än 1 miljard ton kol. Med hänsyn till förbrukningen av andra typer av fossila bränslen (torv, olja, etc.), samt ett antal industriella processer som leder till utsläppet, kan det antas att denna siffra faktiskt är ännu högre.
Således är människans inflytande på cyklerna av kolomvandlingar i dess riktning direkt motsatt till det totala resultatet av den naturliga cykeln:
Jordens energibalans består av olika källor, men de viktigaste av dem är solenergi och radioaktiv energi. Under jordens utveckling var det radioaktiva sönderfallet intensivt, och för 3 miljarder år sedan fanns det 20 gånger mer radioaktiv värme än nu. För närvarande överstiger värmen från solens strålar som faller på jorden avsevärt den inre värmen från radioaktivt sönderfall, så att den huvudsakliga värmekällan nu kan betraktas som solens energi. Solen ger oss kcal värme per år. Enligt diagrammet ovan reflekteras 40% av solenergin av jorden i världsrymden, 60% absorberas av atmosfären och marken. En del av denna energi går åt till fotosyntes, en del går till oxidation av organiska ämnen och en del konserveras i kol, olja och torv. Solenergi exciterar på jorden klimatiska, geologiska och biologiska processer av storslagna skalor. Under påverkan av biosfären omvandlas solenergi till olika former av energi, vilket orsakar enorma omvandlingar, migrationer och cirkulation av ämnen. Trots sin storslagenhet är biosfären ett öppet system, eftersom den ständigt tar emot en ström av solenergi.
Fotosyntes inkluderar en komplex uppsättning reaktioner av olika karaktär. I denna process omarrangeras bindningarna i molekylerna, så att istället för de tidigare kol-syre- och väte-syrebindningarna uppstår en ny typ av kemiska bindningar: kol-väte och kol-kol:
Som ett resultat av dessa omvandlingar uppstår en kolhydratmolekyl, som är ett koncentrat av energi i cellen. Så kemiskt ligger kärnan i fotosyntesen i omarrangemanget av kemiska bindningar. Ur denna synvinkel kan fotosyntes kallas processen för syntes av organiska föreningar, vilket beror på ljusenergi. Den övergripande fotosyntesekvationen visar att, förutom kolhydrater, även syre bildas:
men denna ekvation ger ingen uppfattning om dess mekanism. Fotosyntes är en komplex process i flera steg där, ur biokemisk synvinkel, den centrala rollen tillhör klorofyll, ett grönt organiskt ämne som absorberar en mängd solenergi. Mekanismen för fotosyntesprocesser kan representeras av följande schema:
Som framgår av diagrammet, i ljusfasen av fotosyntes, genererar överskottsenergin av "exciterade" elektroner för processen: fotolys - med bildandet av molekylärt syre och atomärt väte:
och syntesen av adenosintrifosforsyra (ATP) från adenosindifosforsyra (ADP) och fosforsyra (P). I den mörka fasen sker syntesen av kolhydrater, för genomförandet av vilken energin från ATP och väteatomer förbrukas, som uppträder i ljusfasen som ett resultat av omvandlingen av solens ljusenergi. Fotosyntesens totala produktivitet är enorm: varje år binder jordens vegetation 170 miljarder ton kol. Dessutom involverar växter miljarder ton fosfor, svavel och andra grundämnen i syntesen, vilket gör att cirka 400 miljarder ton organiska ämnen syntetiseras årligen. Trots all sin grandiositet är naturlig fotosyntes en långsam och ineffektiv process, eftersom ett grönt blad bara använder 1 % av solenergin som faller på det för fotosyntes.
Som noterats ovan, som ett resultat av absorptionen av koldioxid och dess ytterligare omvandlingar under fotosyntesen, bildas en kolhydratmolekyl, som fungerar som ett kolskelett för att bygga alla organiska föreningar i cellen. Organiska ämnen som har uppstått i fotosyntesen kännetecknas av en hög tillförsel av intern energi. Men energin som ackumuleras i fotosyntesens slutprodukter är inte tillgänglig för direkt användning i kemiska reaktioner som sker i levande organismer. Överföringen av denna potentiella energi till en aktiv form utförs i en annan biokemisk process - andning. Main kemisk reaktion Andningsprocessen är absorptionen av syre och frigörandet av koldioxid:
Andningsprocessen är dock mycket komplex. Det inkluderar aktivering av väteatomer i ett organiskt substrat, frisättning och mobilisering av energi i form av ATP och generering av kolskelett. I andningsprocessen ger kolhydrater, fetter och proteiner i reaktionerna av biologisk oxidation och den gradvisa omstruktureringen av det organiska skelettet upp sina väteatomer med bildandet av reducerade former. Den senare, när den oxideras i andningskedjan, frigör energi, som ackumuleras i en aktiv form i kopplade reaktioner av ATP-syntes. Således är fotosyntes och andning olika, men mycket nära besläktade aspekter av det övergripande energiutbytet. I cellerna hos gröna växter är processerna för fotosyntes och andning nära sammanlänkade. Andningsprocessen i dem, som i alla andra levande celler, pågår. Under dagen, tillsammans med andning, sker fotosyntes i dem: växtceller omvandlar ljusenergi till kemisk energi, syntetiserar organiskt material och frigör syre som en biprodukt av reaktionen. Mängden syre som frigörs av en växtcell under fotosyntesen är 20-30 gånger större än dess absorption i den samtidiga andningsprocessen. På dagen, när båda processerna pågår i växter, berikas luften med syre, och på natten, när fotosyntesen upphör, bevaras bara andningsprocessen.
Syret som behövs för att andas kommer in i människokroppen genom lungorna, vars tunna och fuktiga väggar har en stor yta (cirka 90) och genomsyras av blodkärl. När man kommer in i dem bildas syre med hemoglobin inneslutet i röda blodkroppar - erytrocyter - en ömtålig kemisk förening - oxyhemoglobin och i denna form rött arteriellt blod distribueras till alla vävnader i kroppen. I dem spjälkas syre från hemoglobin och ingår i olika metaboliska processer, i synnerhet oxiderar det organiska ämnen som har kommit in i kroppen i form av mat. I vävnader ansluter koldioxid till hemoglobin och bildar en bräcklig förening - karbhemoglobin. I denna form, och även delvis i form av salter av kolsyra och i en fysiskt löst form, kommer koldioxid med en ström av mörkt venöst blod in i lungorna, där det utsöndras från kroppen. Schematiskt kan denna process av gasutbyte i människokroppen representeras av följande reaktioner:
Vanligtvis innehåller luft som inandas av en person 21% (i volym) och 0,03% och utandad - 16% och 4%; per dag en person andas ut 0,5. I likhet med syre, reagerar kolmonoxid (CO) med hemoglobin, och den resulterande föreningen är Heme. CO är mycket mer hållbart. Därför, även vid låga koncentrationer av CO i luften, är en betydande del av hemoglobin associerad med det och upphör att delta i överföringen av syre. När halten i luften är 0,1 % CO (volym), d.v.s. vid ett förhållande av CO och 1:200 binder hemoglobin lika stora mängder av båda gaserna. På grund av detta, när man andas in luft som är förgiftad med kolmonoxid, kan dödsfall från kvävning inträffa, trots närvaron av överskott av syre.
Jäsning som en process för nedbrytning av sockerhaltiga ämnen i närvaro av en speciell sorts mikroorganismer sker så ofta i naturen att alkohol, även om det är i försumbara mängder, är en konstant komponent i markvattnet, och ångor: den finns alltid i små mängder i luften. Det enklaste jäsningsschemat kan representeras av ekvationen:
Även om mekanismen för fermenteringsprocesser är komplex, kan det fortfarande hävdas att fosforsyraderivat (ATP), såväl som ett antal enzymer, spelar en extremt viktig roll i den.
Förfall är en komplex biokemisk process, som ett resultat av vilken exkrementer, lik, växtrester återför det bundna kvävet som tidigare tagits från det till jorden. Under påverkan av speciella bakterier övergår detta bundna kväve så småningom till ammoniak och ammoniumsalter. Dessutom, under sönderfall, övergår en del av det bundna kvävet till fritt kväve och går förlorat.
Som följer av diagrammet ovan är en del av solenergin som absorberas av vår planet "bevarad" i form av torv, olja, kol. Kraftfulla förskjutningar av jordskorpan begravde enorma växtmassor under lager av stenar. Under nedbrytningen av döda växtorganismer utan tillgång till luft frigörs flyktiga sönderfallsprodukter från dem, och återstoden berikas gradvis med kol. Detta har motsvarande effekt på sönderdelningsproduktens kemiska sammansättning och värmevärde, som beroende på dess egenskaper kallas torv, brunt och svart kol (antracit). Liksom växtlivet lämnade även djurlivet från tidigare epoker ett värdefullt arv till oss - olja. Moderna hav och hav innehåller enorma ansamlingar av protozoer i de övre lagren av vattnet till ett djup av cirka 200 m (plankton) och i den nära bottenregionen av inte särskilt djupa platser (benthos). Den totala massan av plankton och bentos uppskattas till en enorm siffra (~ t). Eftersom plankton och bentos är näringsbasen för alla mer komplexa marina organismer är det nu osannolikt att plankton och bentos ackumuleras som rester. Men i avlägsna geologiska epoker, när förutsättningarna för deras utveckling var gynnsammare, och det fanns mycket färre konsumenter än nu, rester av plankton och bentos, och även, möjligen, av mer högorganiserade djur som dog i massor på grund av olika skäl, kan bli det huvudsakliga byggmaterialet för bildning av olja. Råolja är en svart eller brun oljig vätska olöslig i vatten. Den består av 83-87% kol, 10-14% väte och små mängder kväve, syre och svavel. Dess värmevärde är högre än för antracit och uppskattas till 11 000 kcal/kg.
Biomassa förstås som helheten av alla levande organismer i biosfären, d.v.s. mängden organiskt material och energin som finns i hela populationen av individer. Biomassa uttrycks vanligtvis i viktenheter i termer av torrsubstans per ytenhet eller volym. Ansamlingen av biomassa bestäms av den vitala aktiviteten hos gröna växter. I biogeocenoser spelar de, som producenter av levande materia, rollen som "producenter", växtätande och köttätande djur, som konsumenter av levande organiskt material, spelar rollen som "konsumenter" och förstörare av organiska rester (mikroorganismer), vilket ger sönderfall av organiskt material till enkla mineralföreningar, - "reducerare". En speciell energikaraktär för biomassa är dess förmåga att föröka sig. Per definition har V.I. Vernadsky, "levande materia (en uppsättning organismer), som en massa av gas, sprider sig över jordens yta och utövar ett visst tryck i miljön, kringgår hinder som hindrar dess framfart, eller tar dem i besittning, täcker dem. Denna rörelse uppnås genom reproduktion av organismer." På landytan sker ökningen av biomassa i riktning från polerna till ekvatorn. I samma riktning ökar också antalet arter som deltar i biogeocenoser (se nedan). Jordbiocenoser täcker hela markytan.
Jorden är lös Ytskikt jordskorpan, förändrad av atmosfären och organismer, och ständigt fylld på med organiska rester. Jordens tjocklek, tillsammans med ytans biomassa och under dess påverkan, ökar från polerna till ekvatorn. Marken är tätt befolkad av levande organismer och i den sker ett kontinuerligt gasutbyte. På natten, när man kyler och komprimerar gaser, tränger en viss mängd luft in i den. Luftsyre absorberas av djur och växter och ingår i kemiska föreningar. Kväve som kommer in i luften fångas upp av vissa bakterier. Under dagen, när jorden värms upp, frigörs ammoniak, vätesulfid och koldioxid från den. Alla processer som sker i marken ingår i kretsloppet av ämnen i biosfären.
Jordens hydrosfär, eller World Ocean, upptar mer än 2/3 av planetens yta. Fysikaliska egenskaper och kemisk sammansättning Havsvattnen är mycket konstanta och skapar en miljö som främjar livet. Vattendjur utsöndrar under andning och alger berikar vattnet under fotosyntesen. Fotosyntes av alger sker främst i det övre vattenlagret - på ett djup av upp till 100 m. Havets plankton står för 1/3 av den fotosyntes som sker på hela planeten. Biomassa sprids mestadels i havet. I genomsnitt är biomassan på jorden, enligt moderna data, ungefär t, massan av gröna landväxter är 97%, djur och mikroorganismer är 3%. I haven är levande biomassa 1000 gånger mindre än på land. Användningen av solenergi på havsområdet - 0,04%, på land - 0,1%. Havet är inte så rikt på liv som det antogs tills nyligen.
Mänskligheten utgör bara en liten del av biosfärens biomassa. Men efter att ha bemästrat olika former av energi - mekanisk, elektrisk, atomär - började den utöva ett enormt inflytande på de processer som förekommer i biosfären. Mänsklig aktivitet har blivit en så stark kraft att denna kraft har blivit proportionerlig med naturens naturkrafter. En analys av resultaten av mänsklig aktivitet, effekten av denna aktivitet på biosfären som helhet, ledde akademiker V.I. Vernadsky till slutsatsen att mänskligheten för närvarande har skapat ett nytt skal av jorden - "intelligent". Vernadsky kallade det "noosphere". Noosfären är "en persons kollektiva sinne, koncentrerat både i hans potentiella möjligheter, och i kinetiska effekter på biosfären. Dessa effekter var emellertid under århundradena av spontan och ibland rovdrift, och konsekvensen av en sådan påverkan var en hotande förorening av miljön, med alla följder därav."
Övervägande av frågor relaterade till problemet med miljöskydd kräver förtydligande av begreppet " miljö". Denna term hänvisar till hela vår planet plus ett tunt skal av liv - biosfären, plus yttre rymden som omger oss och påverkar oss. Men ofta, för enkelhetens skull, betyder miljön bara biosfären och en del av vår planet - jordens skorpan. Enligt V.I. Vernadsky är biosfären "området för existens av levande materia." Levande materia är helheten av alla levande organismer, inklusive människan.
Ekologi som vetenskapen om relationerna mellan organismer, såväl som mellan organismer och miljön, ägnar särskild uppmärksamhet åt studiet av de komplexa system (ekosystem) som uppstår i naturen baserat på interaktion mellan organismer med varandra och den oorganiska miljön. Därför är ett ekosystem en uppsättning av levande och icke-levande komponenter i naturen som är i interaktion. Detta koncept tillämpas på enheter av olika längder - från en myrstack (mikrokosystem) till ett hav (makrokosystem). Biosfären i sig är ett gigantiskt ekosystem på jorden.
Sambanden mellan ekosystemets beståndsdelar uppstår framför allt på basis av livsmedelskopplingar och sätt att få energi. Enligt metoden för att erhålla och använda näringsmaterial och energi är alla organismer i biosfären uppdelade i två skarpt olika grupper: autotrofer och heteroforer. Autotrofer kan syntetisera organiska ämnen från oorganiska föreningar (etc.). Från dessa energifattiga föreningar syntetiserar celler glukos, aminosyror och sedan mer komplexa organiska föreningar - kolhydrater, proteiner, etc. De viktigaste autotroferna på jorden är cellerna i gröna växter, såväl som vissa mikroorganismer. Heterotrofer kan inte syntetisera organiska ämnen från oorganiska föreningar. De behöver leverans av färdiga organiska föreningar. Heterotrofer är celler från djur, människor, de flesta mikroorganismer och vissa växter (till exempel svampar och gröna växter som inte innehåller klorofyll). Under matningsprocessen sönderdelar heterotrofer till slut organiskt material till koldioxid, vatten och Mineral salt, dvs. ämnen som är lämpliga för återanvändning av autotrofer.
Således sker en kontinuerlig cirkulation av ämnen i naturen: de kemikalier som är nödvändiga för liv utvinns av autotrofer från miljön och återförs till den genom ett antal heterotrofer. Denna process kräver en konstant tillförsel av energi utifrån. Dess källa är solens strålningsenergi. Materiens rörelse som orsakas av organismers aktivitet sker cykliskt, och den kan användas om och om igen, medan energi i dessa processer representeras av ett enkelriktat flöde. Solens energi omvandlas endast av organismer till andra former - kemiska, mekaniska, termiska. I enlighet med termodynamikens lagar åtföljs sådana transformationer alltid av att en del av energin försvinner i form av värme. Även om det allmänna systemet för cirkulation av ämnen är relativt enkelt, tar denna process mycket komplexa former under verkliga naturförhållanden. Inte en enda typ av heterotrofa organismer kan omedelbart bryta ner växternas organiska material till slutliga mineralprodukter (etc.). Varje art använder bara en del av den energi som finns i organiskt material, vilket leder till att dess förfall kommer till ett visst stadium. Förblir olämpliga för denna art, men fortfarande rika på energi, används av andra organismer. I evolutionsprocessen har alltså kedjor av sammankopplade arter utvecklats i ekosystemet, som successivt utvinner material och energi från det ursprungliga livsmedelsämnet. Alla arter som utgör näringskedjan livnär sig på det organiska materialet som genereras av gröna växter.
Totalt omvandlas endast 1 % av solens strålningsenergi som faller på växter till energin från syntetiserade organiska ämnen som kan användas av heterotrofa organismer. Det mesta av energin som finns i vegetabiliska livsmedel spenderas i djurkroppen på olika livsprocesser och förvandlas till värme och försvinner. Samtidigt går bara 10-20% av denna matenergi direkt till konstruktionen av ett nytt ämne. Stora förluster av användbar energi avgör det faktum att näringskedjorna består av ett litet antal länkar (3-5). Med andra ord, som ett resultat av energiförluster, minskar mängden organiskt material som bildas på varje efterföljande nivå i näringskedjorna kraftigt. Denna viktiga regel kallas ekologisk pyramidregel och på diagrammet representeras det av en pyramid, där varje efterföljande nivå motsvarar ett plan parallellt med pyramidens bas. Det finns olika kategorier av ekologiska pyramider: siffrornas pyramid - som återspeglar antalet individer på varje nivå i näringskedjan, pyramiden av biomassa - som återspeglar mängden organiskt material, respektive energipyramiden - återspeglar mängden energi i mat.
Varje ekosystem består av två komponenter. En av dem är organisk, representerar ett komplex av arter som bildar ett självförsörjande system där cirkulationen av ämnen utförs, vilket kallas biocenos, den andra är en oorganisk komponent som ger skydd åt biocenos och kallas bioton:
Ekosystem = bioton + biocenos.
Andra ekosystem, såväl som geologiska, klimatiska, kosmiska influenser i relation till detta ekologiska system fungerar som yttre krafter. Ett ekosystems stabilitet är alltid förknippat med dess utveckling. Enligt moderna synsätt har ekosystemet en tendens att utvecklas mot sitt stabila tillstånd – ett moget ekosystem. Denna förändring kallas succession. De tidiga stadierna av succession kännetecknas av låg artdiversitet och låg biomassa. Ekosystem i inledande skede utvecklingen är mycket känslig för störningar, och en stark påverkan på det huvudsakliga energiflödet kan förstöra det. I mogna ekosystem ökar flora och fauna. I detta fall kan skador på en komponent inte ha en stark påverkan på hela ekosystemet. Därför har ett moget ekosystem en hög grad av stabilitet.
Som noterats ovan verkar geologiska, klimatiska, hydrogeologiska och kosmiska influenser i relation till ett givet ekologiskt system som yttre krafter. Bland de yttre krafter som påverkar ekosystemen intar mänsklig påverkan en speciell plats. De biologiska lagarna för strukturen, funktionen och utvecklingen av naturliga ekosystem är endast associerade med de organismer som är deras nödvändiga komponenter. I detta avseende ingår inte en person, både socialt (individuell) och biologiskt (organism), i naturliga ekosystem. Detta följer åtminstone av det faktum att vilket naturligt ekosystem som helst i sitt ursprung och utveckling kan klara sig utan en person. Människan är inte en nödvändig del av detta system. Dessutom beror uppkomsten och existensen av organismer endast på ekosystemets allmänna lagar, medan en person genereras av samhället och existerar i samhället. Människan som person och som biologisk varelse är en del av ett speciellt system - Mänskligt samhälle, som har historiskt förändrade ekonomiska lagar för matdistribution och andra villkor för dess existens. Samtidigt, de element som är nödvändiga för livet, såsom luft och vatten, får en person från utsidan, sedan Mänskligt samhälleär ett öppet system där energi och materia kommer utifrån. Således är en person ett "externt element" och kan inte ingå permanenta biologiska relationer med element av naturliga ekosystem. Å andra sidan, som en yttre kraft, har människan ett stort inflytande på ekosystemen. I detta avseende är det nödvändigt att påpeka möjligheten att det finns två typer av ekosystem: naturliga (naturliga) och artificiella. Utveckling (succession) naturliga ekosystem lyder evolutionens lagar eller lagarna för kosmiska influenser (permanens eller katastrofer). artificiella ekosystem- dessa är aggregat av levande organismer och växter som lever under förhållanden som en person har skapat med sitt arbete, sin tanke. Kraften av mänsklig påverkan på naturen manifesteras just i artificiella ekosystem, som idag täcker större delen av jordens biosfär.
Ekologisk mänsklig inblandning har uppenbarligen alltid ägt rum. All tidigare mänsklig aktivitet kan ses som en process för att underordna många eller till och med alla ekologiska system, alla biocenoser till mänskliga behov. Mänskligt ingripande kunde inte annat än påverka den ekologiska balansen. Mer forntida människa Genom att bränna skog bröt han mot den ekologiska balansen, men han gjorde det långsamt och i relativt liten skala. Sådan störning var mer lokal till sin natur och orsakade inte globala konsekvenser. Med andra ord, den tidens mänskliga aktivitet ägde rum under förhållanden nära jämvikt. Men nu har människans inverkan på naturen, på grund av utvecklingen av vetenskap, teknik och teknik, antagit en sådan skala att kränkningen av den ekologiska balansen har blivit hotande i global skala. Om processen med mänsklig påverkan på ekosystemen inte var spontan, och ibland rovdrift, skulle frågan om den ekologiska krisen inte vara så akut. Samtidigt har mänsklig aktivitet idag blivit så pass proportionerlig med naturens kraftfulla krafter att naturen själv inte längre klarar av de belastningar den upplever.
Sålunda ligger huvudessensen av problemet med miljöskydd i det faktum att mänskligheten, tack vare sin arbetsaktivitet, har blivit en så kraftfull naturbildande kraft att dess inflytande började manifestera sig mycket snabbare än påverkan av den naturliga utvecklingen av biosfären.
Även om begreppet "miljöskydd" är mycket vanligt idag, återspeglar det fortfarande inte strikt kärnan i saken. Fysiologen I.M. Sechenov påpekade en gång att en levande organism inte kan existera utan interaktion med miljön. Ur denna synvinkel verkar termen "miljöförvaltning" vara mer rigorös. Generellt sett är problemet med rationell användning av miljön att hitta mekanismer som säkerställer att biosfären fungerar normalt.
TESTFRÅGOR
1. Definiera termen "miljö".
2. Vad är den huvudsakliga kärnan i problemet med miljöskydd?
3. Lista de olika aspekterna av problemet med miljöskydd.
4. Definiera termen "kemisk ekologi".
5. Lista de viktigaste geosfärerna på vår planet.
6. Ange de faktorer som bestämmer de övre och nedre gränserna för biosfären.
7. Lista de biofila elementen.
8. Kommentera inverkan av mänsklig aktivitet på den naturliga cykeln av kolomvandlingar.
9. Vad kan du säga om mekanismen för fotosyntes?
10. Ge ett diagram över andningsprocessen.
11. Ge ett diagram över jäsningsprocesser.
12. Definiera termerna "producent", "konsument", "reducerare".
13. Vad är skillnaden mellan "autotrofer" och "heterotrofer"?
14. Definiera termen "noosphere".
15. Vad är kärnan i regeln om "ekologisk pyramid"?
16. Definiera termerna "bioton" och "biocenos".
17. Definiera termen "ekosystem".
