Исследовательская работа по химии "Цианиды и некоторые методы их определения"

Опубликовано Нуреева Татьяна Ильинична вкл 01.01.2018 - 11:47

Автор:

Селюков Аркадий.

Работа посвящена определению цианидов в овощах и фруктах.

Скачать:

Вложение	Размер
issledovatelskaya_rbota_po_tsianidam_2.docx	243.09 КБ

Предварительный просмотр:

Районная научно-практическая конференция «Шаг в будущее».

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 1 р.п. Хор, района имени Лазо

Хабаровского края.

Учебно-исследовательская работа

Цианиды и некоторые методы их определения.

Руководитель работы: Нуреева Татьяна Ильинична,

учитель биологии.

Исполнитель: Селюков Аркадий,

ученик 9 А класса,

р.п. Переяславка

2016 год

Содержание.

Введение………………………………………………………………………2-5

Глава 1. Обзор литературы по теме исследования.

Нахождение цианидов природе……………………………………6-10
Получение цианидов………………………………………………….10
Применение цианидов……………………………………………10-11
Влияние цианидов на здоровье человека………………………11-14

Глава 2. Экспериментальный анализ нахождения цианидов

в косточковых культурах розоцветных растений……………………….....15

Результаты…………………………………………………………………….16

Выводы………………………………………………………………………17

Литература……………………………………………………………………18

Приложения………………………………………………………………19-20

1. Введение.

В настоящее время невозможно представить ни один вид человеческой деятельности, прямо или косвенно не связанный с влиянием на организм химических веществ, количество которых составляет десятки тысяч и продолжает непрерывно расти. В их числе – ядохимикаты (инсектициды, пестициды, гербициды), препараты бытового назначения (краски, лаки, растворители, синтетические моющие средства), лекарственные вещества, химические добавки к пищевым продуктам, косметические средства. Немаловажное значение в этой связи имеют биологически активные соединения растительного происхождения : алкалоиды, гликозиды, органические кислоты, многие из которых не разрушаются при высушивании, длительном хранении, термической обработке самих растений или мяса отравленных ими животных.

Еще одна группа ядов образуется в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Микробные яды (например, ботулинический токсин) подчас в сотни раз превосходят высокотоксичные синтетические вещества по силе биологического действия.

Ведущие токсикологи с обоснованным беспокойством и тревогой отмечают, что бурное развитие химической промышленности, внедрение химической технологии во многие отрасли народного хозяйства и в сферу быта создают химическое загрязнение среды обитания и серьёзную угрозу здоровью населения, приводят к значительным экономическим потерям (заболевания и гибель животных, экологически связанных с человеком, например, рыб, ухудшение пищевых свойств сельскохозяйственных растений и многое другое).

Последствия взрыва на химическом заводе, прогремевшего на весь Китай 12 августа 2015 года, оказались катастрофическими. Власти признали, что на складе химического завода в Тянцзине находились сотни тонн цианида натрия — опаснейшего химического вещества.

По словам очевидцев, взрывная волна ощущалась на расстоянии десятков километров. Взрыв был такой мощности, что его зафиксировала местная сейсмологическая служба.

Ядовит даже воздух в зоне поражения. В радиусе трех километров от завода проводится срочная эвакуация. Цианид натрия легко растворяется в воде, а потому сильные дожди в этом районе могут привести к неконтролируемому распространению отравляющих веществ. Для срочной локализации очага заражения в зону бедствия направлены войска химзащиты. Такие сообщения были опубликованы в СМИ.

Поэтому тема данной работы стала для меня актуальной, т.к. все больше людей спорят о вреде и о пользе таких соединений, как цианиды. Мне кажется, что и те, и другие правы. Из-за утечки цианидов происходят взрывы и загрязнения атмосферы вредными веществами, а зоны, в которых произошли эти загрязнения, становятся непригодными для жизни. Но с другой стороны, люди используют цианиды в производстве различных благ и предметов быта. Именно эта противоположность в свойствах цианидов побудила меня подробнее изучить их строение и узнать, чем же они так полезны и вредны для человечества.

Цель работы: проанализировать литературные данные о цианидах и провести экспериментальную работу по качественному определению цианидов в растительных объектах.

Объект исследования: ядра миндаля сладкого, косточки вишни, черемухи, сливы, абрикоса (эндокарпий и семя).

Гипотеза - цианиды и их соединения наносят непоправимый вред человечеству, а также они оказывают негативное влияние на здоровье человека. Но при правильном обращении, цианиды можно использовать в промышленности.

В соответствии с целью и гипотезой исследования были поставлены следующие задачи:

Изучить состав цианидов.
Проанализировать свойства, а также область и цели применения цианидов.
Провести анализ определения цианидов в лабораторных условиях.
Оценить влияние цианидов на здоровье человека.

Глава 1. Обзор литературы по теме.

1.1. Что же такое цианиды?

Цианиды - Соли цианистоводородной (синильной) кислоты. В номенклатуре IUPAC к цианидам относят также C-производные синильной кислоты — нитрилы.

Цианиды чрезвычайно ядовиты. Название происходит от греческого kyanos - темно-синий, по цвету берлинской лазури и турнбулевой сини, содержащих радикал циан CN.

Цианиды в XX веке применялись как отравляющее вещество против людей и грызунов в сельском хозяйстве. В начале XX века синильная кислота использовалась французами как боевое отравляющее вещество (ОВ) как например хлорциан.

Кроме того, цианиды щелочных и щелочноземельных металлов металлов термически устойчивы, в водных растворах гидролизуются. Цианиды тяжёлых металлов термически неустойчивы, в воде, кроме Hg (CN)2, нерастворимы. При окислении цианиды образуют цианаты (например, 2KCN + O2 ? 2KOCN). Многие металлы при действии избытка цианида калия или цианида натрия дают комплексные соединения, что используется, например, для извлечения золота и серебра из руд
4NaCN + 2Au+1/2O2 + H2O ? 2Na [Au (CN)2] + 2NaOH.

водные растворы вследствие гидролиза имеют щелочную реакцию, при использовании в промышленности в растворы цианидов щелочных металлов в качестве стабилизатора добавляют соответствующие гидроксиды. Цианиды щелочных металлов во влажном воздухе разлагаются с выделением синильной кислоты и образованием карбоната металла.

1.2. Нахождение цианидов в природе.

Многие любят раскалывать косточки абрикосов, и есть приятные на вкус ядра. Однако не все знают, какая опасность кроется в них, ведь там содержится синильная кислота.

Синильная кислота и её соединения (цианиды) является природным инсектицидом, то есть веществом, защищающим растения от вредителей. Ими богат растительный мир. Они содержатся в плодах и даже листьях многих видов растений. Сама синильная кислота внешне представляет собой бесцветную жидкость с запахом горького миндаля, который можно почувствовать при небольшой её концентрации. Она обладает высокой летучестью и низкой плотностью, является высокотоксичным веществом.

Синильная кислота в косточках является природным соединением. Она находится в составе гликозидов, которые малотоксичные, пока сохраняется целостность и сухость семян. Как только эти условия нарушаются, возникают химические реакции, приводящие к высвобождению цианистоводородной кислоты, то есть синильной.

Под воздействием влаги образуется синильная кислота в косточках вишни, сливы, абрикосов, персиков, рябины, черешни, яблок, чёрной бузине, ядрах горького миндаля. Все эти растения относятся к семейству розоцветных. Именно последнее характеризуется наличием гликозидов, способных высвобождать синильную кислоту.

В каких количествах в косточках содержится синильная кислота?

Удельный вес амигдалина, из которого высвобождается токсическое вещество в очищенных семенах, составляет:

горький миндаль — 2,5–3%;
абрикос — 1–1,8%;
персик — 2–3%;
слива — 0,96%;
вишня — 0,82%;
черешня — 0,8%;
яблоня — 0,6%.

Следовательно, меньше всего содержится синильной кислоты в косточках яблони, поэтому риск получить отравление от этих плодов в 4–5 раз меньше, чем от горького миндаля.

Известен интересный факт: восприимчивость к синильной кислоте больше у человека и теплокровных животных. В то время как холоднокровные животные менее чувствительны к её воздействию — наличие в пище малого количества цианистых соединений обезвреживается естественным путём без развития отравления.

Существует мнение, что это происходит за счёт химических реакций с серосодержащими веществами. При попадании в организм из тех же самых косточек вишни синильной кислоты в большей концентрации, чем могут нейтрализовать защитные механизмы обезвреживания, появляются признаки отравления.

По разным данным смертельную или способную вызвать тяжёлое отравление дозу яда можно получить при употреблении в пищу 40 грамм горького миндаля, или 100 ядер абрикосовых косточек, или 50–60 грамм ядер, содержащих амигдалин. В перерасчёте на чистую синильную кислоту, содержащуюся в косточках яблок и других плодов, наименьшая смертельная доза составляет менее 1 мг/кг.

Также важно помнить, что приготовление вина на плодах с косточками создаёт высокий риск отравления. А вот варенье и компоты — нет. Если в последних присутствует достаточное количество сахара, который является антидотом синильной кислоты, отравления не будет.

Интоксикация организма от синильной кислоты развивается при достижении её концентрации в крови 0,24—0,97 мг/л.

Происходит угнетение тканевого дыхания, которое вызывается в организме синильной кислотой, образующейся в абрикосовых косточках. Этот процесс возникает во всех тканях и ведёт к дефициту энергии, что пагубно отражается, прежде всего, на деятельности центральной нервной системы, а особенно — головном мозге.

Нервная система более чувствительна к недостатку «питания», вследствие этого необратимо изменяется структура нервных клеток. Замечено развитие голодания нервных клеток при нормальном содержании кислорода в крови, который является важным компонентом тканевого дыхания и играет главную роль в снабжении энергетическими молекулами. Токсин препятствует включению кислорода в реакции их образования, что ведёт к его накоплению в крови. С этим механизмом связан особый внешний вид, умерших от отравления: сохраняется алый цвет кожи и слизистых оболочек, что свидетельствует об отсутствии кислородного голодания.

Действие яда приводит к стимуляции выброса кровяных клеток из селезёнки, что является следствием энергетического голодания головного мозга. По результатам исследований такая реакция происходит за счёт прямого рефлекторного влияния на селезёнку. Иными словами, организм думает, что энергодефицит вызван нехваткой кислорода и, стимулируя выброс его переносчиков, пытается решить проблему и восстановить гомеостаз.

В то же время другие жизненно важные органы ещё способны выполнять свои функции. У погибших от синильной кислоты, образующейся в косточках плодов, например, сливы, отмечается меньше изменений в сердце, печени, почках, в отличие от центральной нервной системы. При длительном действии яда в сердце со временем тоже появляется кислородная недостаточность за счёт угнетения ферментных систем. Похожие изменения происходят и в других органах.

Ткани теряют способность расходовать кислород. Накопление последнего в крови приводит к уменьшению артериовенозной разницы, а затем и к её исчезновению. При этом венозная кровь во время тяжёлого отравления будет выглядеть как артериальная.

Какие можно сделать выводы? Не стоит есть ядра плодов из семейства розоцветных. Варенье, компоты, вино надо готовить из плодов без косточек. Или не жалеть на них сахара. Соблюдение простых правил поможет сохранить здоровье себе и своим родным. беременности на ранних и поздних сроках

1.2. Получение цианидов.

Основой способ получения цианидов щелочных металлов — взаимодействие соответствующего гидроксида с синильной кислотой, в частности, это основной метод получения наиболее крупнотоннажного цианида — цианида натрия. Другой промышленный метод получения цианида натрия — сплавление цианамида кальция с углем и хлоридом натрия либо содой с образованием цианплава:

CaCN2 + C + 2NaCl = 2NaCN + CaCl2

Прочие цианиды получают в основном реакциями обмена цианидов щелочных металлов с соответствующими солями.

Цианиды щелочных металлов также могут быть получены взаимодействием металла с дицианом:

C2N2 +2Na = 2NaCN

или из роданидов, нагревая их в присутствии железного порошка:

KSCN + Fe = KCN + FeS

1.3. Применение цианидов.

Цианиды нашли себе применение в разных отраслях промышленности. Вот несколько примеров:

Цианиды применяют для извлечения золота и серебра из руд методом цианирования.
В электрохимии — как комплексообразователь с высокой константой устойчивости для составления электролитов для гальванического покрытия благородными металлами изделий,
В органическом синтезе.
Цианиды применяют в аналитической химии для разделения металлов.
Как и ферроцианиды, цианиды когда-то использовались для азотирования стали.
Использовались в качестве ядов, в том числе, как яд от мышей и крыс, синильная кислота и некоторые ее производные также применялись в качестве боевых отравляющих веществ.

1.4. Влияние цианидов на здоровье человека.

В организм цианиды проникают через органы пищеварения, органы дыхания и редко через кожу. Отравляющее действие цианидов основано на том, что они связываются с ферментами тканей, отвечающими за клеточное дыхание, подавляя их активность, и вызывают кислородное голодание тканей.

Анионы цианидов образуют комплексы с ионами двухвалентного железа, что приводит к блокаде переноса кислорода в ткани и вызывает тканевую гипоксию (кислородное голодание). В результате этого нарушаются функции головного мозга и дыхательного центра.

При вдыхании паров синильной кислоты смерть наступает в течение одной минуты. Попадание цианида натрия или калия в рот также может вызвать наступление смерти у человека в течение нескольких минут.

Действие цианидов калия и натрия на кожу может вызвать образование трещин, развитие экземы.

Клиническая картина острого отравления цианидами зависит от дозы яда или концентрации паров синильной кислоты.

Отравление человека цианидом.

Синильная кислота, являющаяся составной частью любого цианида - сильнейший яд нейротоксического действия, блокирует клеточную цитохромоксидазу, в результате чего возникает выраженная тканевая гипоксия. Отравление сможет наступить при вдыхании паров синильной кислоты, при попадании ее на кожу или же в желудок. Всасывается очень быстро. Смертельная доза синильной кислоты - 50-100 мг, цианида калия - 200 мг. При вдыхании небольших концентраций синильной кислоты наблюдается царапанье в горле, горький вкус во рту, головная боль, тошнота, рвота, боли за грудиной. При нарастании интоксикации урежается пульс, усиливается одышка, развиваются судороги, наступает потеря сознания. Кожа при этом ярко-розовая, слизистые оболочки синюшны.

При вдыхании высоких концентраций синильной кислоты или при попадании ее внутрь появляются клонико-тонические судороги, резкий цианоз и почти мгновенная потеря сознания вследствие паралича дыхательного центра. Смерть может наступить в течение нескольких минут (молниеносная или апоплексическая форма отравления).

В природе синильная кислота в свободном и связанном виде встречается в растениях, например, в ядрах косточек горького миндаля, абрикосов, вишен, слив.

Среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДК) синильной кислоты в воздухе населенных мест равна 0,01 мг/м3; в рабочих помещениях промышленного предприятия - 0,3 мг/м3. Концентрация кислоты ниже 50,0 мг/м3 при многочасовом вдыхании небезопасна и приводит к отравлению. При 80 мг/м3 отравление возникает независимо от экспозиции. Если 15 мин находиться в атмосфере, содержащей 100 мг/м3, то это приведет к тяжелым поражениям, а свыше 15 мин - к летальному исходу. Воздействие концентрации 200 мг/м3 в течение 10 мин и 300 мг/м3 в течение 5 мин также смертельно. Через кожу всасывается как газообразная, так и жидкая синильная кислота. Поэтому при длительном пребывании в атмосфере с высокой концентрацией кислоты без средств защиты кожи, пусть даже в противогазе, появятся признаки отравления в результате резорбции.

Меры при отравлении цианидом.

Симптомы отравления:

Затрудненное, замедленное дыхание.
Запах горького миндаля изо рта.
Царапанье в глотке, стеснение в груди.
Головокружение, судороги, потеря сознания.
Слизистые оболочки и кожа ярко красные.
При сильном отравлении внезапная смерть.

1. Сахара (прежде всего глюкоза), необратимо связывающие цианиды в нетоксичные циангидpины. Кстати, этот антидот в некотоpом количестве всегда присутствует в крови человека, благодаря чему небольшие концентрации цианидов человек может выдерживать некоторое время. Подмечено также, что диабетики более устойчивы к цианидам, поскольку уровень сахара в их крови выше. По той же причине менее опасны цианиды и для птиц.

2. Тиосульфат натрия, pеагиpующий с цианидами, пpевpащая их в роданиды, которые также безвредны.

3. Метгемоглобинообpазователи - вещества, при введении в организм пpевpащающие гемоглобин крови в метгемоглобин, вещество не способное переносить кислород, но быстро связывающее цианиды с образованием цианметгемоглобина. который впоследствии выводится из организма. К этой группе относятся некоторые красители (например, метиленовый синий), органические и неорганические нитриты.

Метгемоглобинобразователи наиболее эффективны из всех антидотов, так как действуют быстрее других, но в то же время они и опасны сами по себе: при их передозировке кровь теряет способность переносить кислород. Кроме того, реакция образования цианметгемоглобина обратима, и со временем часть цианида будет высвобождаться обратно. Поэтому антидоты этой группы применяют обычно в сочетании с антидотами других групп.

К третьей группе относятся амилнитрит и нитроглицерин.

Лечение отравления.

Лечение отравления: быстрое удаление яда, апоморфин (как рвотное) под кожу, промывание желудка, возбуждающие средства (вино, кофе, эфир или камфару под кожу), холодные души на затылочную область и позвоночник с последующим растиранием тела. Искусственное дыхание, по-видимому, может оказать некоторую пользу. С целью возбудить деятельность сердца и дыхания впрыскивают также атропин. Ввиду того, что синильная кислота выделяется в моче в виде менее ядовитой тиоциановой кислоты, стараются вводить в организм органические соединения серы (куриный белок). Серноватистокислый натрий обладает свойством обезвредить количество в 1 ½ - 4 раза превышающую абсолютно смертельную для животных дозу синильной кислоты. При отравлении горькими миндалями полезно назначить соляную или молочную кислоту, так как они задерживают образование синильной кислоты из амигдалина. В последнее время особенно рекомендуется применение перекиси водорода, которая с цианистым водородом, находящимся в крови, образует сравнительно мало ядовитый оксамид. Всего лучше перекись водорода в 3% растворе вводить под кожу по 1 шприцу через 3-5 минут в различных областях тела.

Глава 2. Экспериментальный анализ нахождения цианидов в косточковых культурах розоцветных растений.

Методики: образование окрашенных комплексных соединений цианидов; использование бензидиновых и пикратных комплексов.

Для качественного открытия синильной кислоты в растительном материале применяют цветные пробы — реакцию с образованием изопурпуровой кислоты и реакцию с образованием берлинской лазури.

Для постановки реакции образования берлинской лазури (только эта реакция имеет значение в судебно-медицинской практике) исследуемый материал измельчают, смешивают с водой до консистенции густой кашицы, подкисляют виннокаменной или щавелевой кислотой и перегоняют с водяным паром. Для реакции используют первые порции дистиллята (около 5 мл), в которые переходит синильная кислота в случае ее наличия в исследуемом материале. К дистилляту, подщелоченному едким натром, последовательно добавляют небольшие количества (несколько капель) раствора сернокислой закиси железа и хлорного железа; смесь хорошо взбалтывают и слабо подкисляют 10%-ным раствором соляной кислоты. На присутствие синильной кислоты указывает образование синего осадка берлинской лазури (в случае значительных количеств синильной кислоты). Образование осадка и окрашивание раствора при ничтожных количествах синильной кислоты могут наступить только через 24—48 часов; окончательно устанавливают результаты реакции только по истечении этого времени.

Для открытия очень малых количеств синильной кислоты можно испробовать микрореакцию на синильную кислоту. Для воспроизведения этой реакции требуется предметное стекло с лункой и подобранное к нему покровное стекло. В углубление предметного стекла помещают каплю перегона; на нижнюю поверхность покровного стекла — каплю 10%-ного раствора азотнокислого серебра, слегка подкрашенного метиленовой синькой. При наличии в перегоне синильной кислоты жидкость на покровном стекле мутнеет от образования в ней цианистого серебра; под микроскопом видны синие иглы.

Результаты.

При использовании методики, основанной на образовании окрашенных комплексов с FeCl3, было зафиксировано наличие цианидов в ягодах черемухи.

Таким образом, в результате проведенных опытов было зафиксировано наличие цианидов в следующих растительных объектах: черемухе, семенах абрикоса и сливы, что согласуется с литературными данными.

Содержание цианидов в растительных объектах.

Объект исследования	Бензидиновая проба
Черемуха	синяя
Вишня	белая
Миндаль	белая
Абрикос (семя)	голубая
Абрикос (эндокарпий)	белая
Слива (семя)	синяя
Слива (эндокарпий)	белая

Выводы.

В процессе исследовательской работе я изучил состав, свойства, получение и применение цианидов.
В результате проведенных опытов было зафиксировано наличие цианидов в следующих растительных объектах: черемухе, семенах абрикоса и сливы, что согласуется с литературными данными.
Следовательно, не стоит есть ядра плодов из семейства розоцветных. Варенье, компоты, вино надо готовить из плодов без косточек, так как они также содержат синильную кислоту.
Цианиды играют огромную роль в различных отраслях промышленности.