Наукова робота. Визначення концентрації вуглекислого газу у повітрі

Підготувала:
Лемішко Мар’яна,
учениця 10-Б класу
СЗШ №13 м. Львова

Керівник:
Жировецька Людмила Емерихівна,
вчителька хімії
СЗШ №13 м. Львова,
лауреатка IV Всеукраїнського Інтернет-конкурсу 
„УЧИТЕЛЬ РОКУ–2019” за версією
науково-популярного природничого журналу
„КОЛОСОК” у номінації „Хімія”

ВСТУП

Актуальність. Сьогодні тривалий час людина перебуває в приміщенні: школярі у класах, студенти в аудиторіях, дорослі проводять на робочих місцях до восьми робочих годин. В приміщенні, де багато людей, важке повітря. Виникає відчуття, що не вистачає кисню. Проте, насправді це зовсім не так. Концентрація кисню в повітрі відповідає нормі, а концентрація вуглекислого газу значно підвищена. Які зміни проходять в організмі людини? Наскільки це шкідливо?

Об’єкт дослідження: повітря в класних кімнатах.

Предмет дослідження: концентрація вуглекислого газу в повітрі.

Мета роботи: навчитися визначати концентрацію вуглекислого газу.

Завдання:

1. Опрацювати літературні джерела про роль вуглекислого газу.
2. Дослідити концентрацію вуглекислого газу у класі кімнаті перед початком і в кінці уроку.
3. Порівняти значення концентрації вуглекислого газу на шкільному подвір’ї з отриманими даними в результаті дослідження.
4. Узагальнити результати дослідження, скласти звіт про виконану роботу.
5. Виробити практичні рекомендації щодо дотримання оптимального повітряного режиму в приміщенні.

Методи дослідження:

– теоретичні (робота з різними джерелами інформації );

• дослідницький експеримент.

Практичне значення

Результати досліджень можна використовувати для визначення чи прогнозування якості повітря у класних кімнатах.

РОЗДІЛ 1. ЗНАЧЕННЯ ВУГЛЕКИСЛОГО ГАЗУ У ЖИТТІ ЛЮДИНИ

1.1 Роль вуглекислого газу в життєдіяльності організму

Вуглекислий газ має таке ж важливе значення для організму, як і кисень. Він є фізіологічним стимулятором дихання: впливає на кору головного мозку і стимулює дихальний центр. Сигналом для чергового вдиху є не нестача кисню, а надлишок вуглекислого газу.

Розглянемо механізм дихання. При вдихові легені наповнюються киснем. В альвеолах легень проходить газообмін : кисень поступає в кров, а вуглекислий газ виділяється з неї. Потім людина видихає. СО₂ – один з кінцевих продуктів метаболізму. Людина вдихає до 30 літрів кисню на годину і видихає 20-25 літрів вуглекислого газу.

Вуглекислий газ відіграє важливу роль в підтримуванні кислотно-лужної рівноваги, у біосинтезі білка, впливає на вироблення гормонів, активність ферментів і швидкість біохімічних процесів. Він бере участь у розподілі іонів натрію в тканинах, регулює збудливість нервових клітин, впливає на проникність клітинних мембран, активність багатьох ферментів, інтенсивність продукування гормонів і ступінь їх фізіологічної ефективності, процес зв’язування білками іонів кальцію і заліза.

Норма вуглекислого газу в крові – 7-7,5 % , а в альвеолярному повітрі – 6,5 %. Отримати вуглекислий газ з повітря, яким дихає людина, практично не можливо, бо в атмосферному повітрі він міститься у мізерних кількостях. До людського і тваринного організму він поступає як кінцевий продукт при повному розщепленні їжі ( білків, жирів, вуглеводів).

1.2 Вплив підвищеної концентрації вуглекислого газу в повітрі на здоров’я людини

Хімічний склад повітря має важливе гігієнічне значення і відіграє вирішальну роль у здійсненні дихальної функції організму. Атмосферне повітря містить 20,94% кисню, 0,04% вуглекислого газу, 78,08% азоту, 0,94% – інші гази. У видихуваному повітрі вміст кисню становить 15,4-16%, вуглекислого газу – 3,4-4,7%, азоту – 78,26%, інші гази – 0,94%.

Гігієнічне значення вуглекислого газу полягає в тому, що за його концентрацією в повітрі роблять висновок про чистоту або забрудненість цього повітря. Якщо в невеликій кімнаті при поганій вентиляції або при її відсутності перебуває багато людей концентрація вуглекислого газу може значно перевищити норму. Людина зразу ж починає відчувати симптоми «нестачі свіжого повітря» (а насправді підвищеної концентрації вуглекислого газу) уже при його рівні 0,08%. В результаті може виникнути головний біль, нудота, сонливість, закладення носа, подразнення горла і очей.

Незадовільна якість повітря в класних кімнатах та кабінетах негативно відбивається на результативності навчання. На кінець кожного уроку повітря в класі стає «задушливим».

Зниження вмісту СО₂ в атмосферному повітрі не викликає небезпеки для організму людини тому, що показник вмісту вуглекислого газу в крові підтримується регуляторними механізмами організму людини. А коли підвищується концентрація СО₂ в атмосферному повітрі – це викликає порушення діяльності організму. Повітря вважається токсичним при концентрації СО ₂ – 2,5%. При 3-% концентрації вуглекислого газу в атмосферному повітрі у людини прискорюється і поглиблюється дихання, підвищується серцебиття, а при 8-% концентрації СО₂ в атмосферному повітрі настає важке отруєння і смерть.

РОЗДІЛ 2. ЕКСПРЕС-МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ ВУГЛЕКИСЛОГО ГАЗУ В ПОВІТРІ

Прилади і матеріали: шприц об’ємом 100 мл, хімічна склянка, 20 мл 0,005% водного розчину натрій карбонату з фенолфталеїном.

Порядок виконання експерименту

1. 1. Приготування 0,005 %-й розчин натрій карбонату.

1 г хімічно чистого безводного натрій карбонату розчиняємо у 200 мл дистильованої води, а потім додаємо 0,5 мл 1 %-го розчину фенолфталеїну.

Оскільки розчин має лужну реакцію внаслідок гідролізу:

Na₂CO₃ + H₂O → H₂CO₃ + 2NaOH

2Na⁺ + CO₃^2- + H⁺ + OH^– → 2Na⁺ + 2OH^– + H₂CO₃,

то фенолфталеїн (pH 8-10) забарвлює розчин у малиновий колір (Рис. 2.1)

Рис.2.1

2.  Приготування робочого розчину.

1мл 0,005 %-го розчину Na₂СO₃ поміщаємо в мірну колбу на 100 мл, доводимо об’єм дистильованою водою до позначки й ретельно перемішуємо.

3. В медичний шприц на 100 мл набираємо 20 мл робочого розчину Na₂СO₃, потім відтягуємо поршень до позначки 100 мл, засмоктуючи досліджуване повітря, після чого активно струшуємо протягом 1 хв. Якщо розчин не знебарвлюється, набираємо нову порцію повітря, перед тим виштовхуючи попередню й залишаючи в шприці той же об’єм Na₂СO₃, струшуємо протягом 1 хв. (Рис 2.2). Так повторюємо, доки забарвлення не зникне (лужне → нейтральне):

Na₂CO₃ + H₂O + CO2 → 2NaHCO₃ + 2H⁺.

Рис. 2.2

4. Об’єм повітря, яке пройшло через шприц, дає змогу визначити концентрацію СО₂ за таблицею 2.1(додаток 1).

РОЗДІЛ 3. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ

Дослідженнями підтверджено: вміст вуглекислого газу в повітрі є величиною сталою 0,04%. Об’єм повітря, який був засмоктаний шприцом на шкільному подвір’ї – становив 520 мл. (Рис.3.1)

Рис.3.1

Отримані експериментальні дані вказують на те, що концентрація СО₂ у приміщенні залежить від кількості осіб, часу перебування й санітарно-гігієнічних умов (Табл.3.1 ) (додаток 2)

ВИСНОВКИ

1. В результаті дослідження зміни концентрації вуглекислого газу в приміщенні та на шкільному подвір’ї встановлено, що концентрація вуглекислого газу на подвір’ї – величина стала – 0,04 %, а у класній кімнаті перебуває у прямо пропорційній залежності від часу перебування учнів у класній кімнаті.
2. Вуглекислий газ служить непрямим показником антропогенного забруднення повітря приміщень, критерієм ступеня чистоти повітря, за яким можна судити про санітарний стан повітря приміщень.
3. Незадовільна якість повітря може негативно позначається на самопочутті учнів і на їхній продуктивності праці під час уроку. Щоб домогтися необхідної якості повітря в класах, потрібно:

–         провітрювати приміщення на перервах;

–         залишати вікна трохи прочиненими і під час уроку;

–         здійснювати вологе прибирання в класній кімнаті між уроками і після уроків.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С. Основи екологічних знань: підручник. – К.: Либідь, 1997. – 288 с.
2. Бойчук Ю.Д., Солошенко Е. М. Екологія і охорона навколишнього середовища. – К.: Видавничий дім «Княгиня Ольга», 2005. – 302 с.
3. Джигирей В. С. Екологія та охорона навколишнього природного середовища: навч. посібник. -К.: Знание, КОО., 2004. – 309 с.
4. Задорожний К.М. Усі уроки екології. 11 клас. Проф. рівень / К.М. Задорожний, О.Г. Стадник – Х.: “Основа”, 2011. – 363 с.
5. Задорожний К.М. Усі уроки екології. 10 клас. Проф. рівень / К.М. Задорожний, В.І. Садкіна. – Х.: “Основа”, 2010. – 381 с.
6. Зелений пакет. Посібник для вчителя. Посібник рекомендовано Міністерством освіти і науки України для використання у загальноосвітніх навчальних закладах України (Наказ Міністерства освіти і науки України від 07.12.2009 року№1/11-9999)
7. Корсак К.В., Плахотнік О.В. Основи екології, – К.: МАУП, 2000. – 238 с.
8. Природа. Екологія. Для дітей середнього шкільного віку / А.А. Ходоренко – Х.:Фоліо, 2008. – 315 с.
9. Царик Л.П. Екологія: підручник для 11 класу загальноосвітніх навчальних закладів. Рівень стандарту, академічний рівень / Л.П. Царик, П.Л. Царик, І.М. Вітенко – К.: Генеза, 2012. – 96 с. іл.
10. Сайт studepedia.org Методична вказівка до практичного заняття з гігієни для студентів 3 курсу фармацевтичного факультету

Додаток 1

Таблиця 2.1

Залежність вмісту СО₂ в повітрі від об’єму повітря, що знебарвило 20 мл 0,005 % розчину соди

Додаток 2

Табл.3.1

Залежність концентрації СО₂ від різних чинників ( кількості осіб і санітарно-гігієнічного стану приміщення)

Отримані числові значення відобразили діаграмою ( Рис. 3.2 )

Рис. 3.2

Редакція може не поділяти думку авторів і не несе відповідальність за достовірність інформації. Будь-який передрук матеріалів з сайту може здійснюватись лише при наявності активного гіперпосилання на e-kolosok.org, а також на сам матеріал!