Урок дискуссии по химии Нитраты: вред или польза?

Урок-дискуссия по химии в 9-м классе по теме

«Нитраты: вред или польза?»

Образовательная цель: расширить и обобщить знания учащихся о минеральных удобрениях, их составе и классификации, свойствах минеральных удобрений, роли их в получении высоких урожаев.

Воспитательная цель: стимулировать инициативность учащихся, формировать их коммуникативную и дискуссионную культуру, обсудить

проблемы охраны окружающей среды и возможные последствия загрязнения её для природы, человека и общества, приучить работать с научно-популярной литературой, формировать общественное мнение.

Развивающая цель: развивать критическое мышление школьников, их рефлексивное мышление, установить взаимосвязь и взаимозависимость живого и неживого вещества планеты, связь биологии с различными отраслями народного хозяйства (сельское хозяйство, медицина, промышленность).

Тип урока: урок закрепления знаний

Форма проведения урока: перекрестная дискуссия

Схема проведения подготовительного этапа перекрестной дискуссии

На первом этапе каждый из учащихся индивидуально пишет по три-пять аргументов в поддержку каждой из точек зрения. Аргументы обобщаются в микрогруппах, и каждая микрогруппа представляет список из пяти аргументов в пользу одной точки зрения и пяти аргументов в пользу второй точки зрения. Составляется общий список аргументов.

1.

За:

♦ Нитроген является строительным материалом для протеинов

♦ Нитроген усваивается растениями только в связанном виде

♦ Нитраты легко выводятся из организма

Против:

♦ В растениях нитраты превращаются в ядовитые нитриты

♦ Причиной избытка нитратов в растениях являются нитратные удобрения

♦ Избыток нитратов приводит к тяжелым отравлениям.

2.

За:

♦ Концентрацию нитратов в продуктах можно легко уменьшить

♦ Без Нитрогена в растениях возникает азотное голодание

♦ Нитрат-анион в организм человека поставляют не только растения

Против:

♦ Нитриты связывают гемоглобин крови

♦ Нитратные удобрения загрязняют почву и воду

♦ Нитриты образуют канцерогенные нитрозамины

3.

За:

♦ Витамины блокируют образование нитратов

♦ Нитрат-анион уменьшает вязкость крови

♦ Тепловая обработка овощей снижает количество нитратов

Против:

♦ Нитраты опасны для человека

♦ Тепловая обработка снижает количество витаминов

♦ Методы определения нитратов в растительных продуктах неэффективны

На втором этапе класс делится на две группы - в первую группу входят те учащееся, которым ближе первая точка зрения, во вторую - те, кому ближе вторая точка зрения. Каждая группа ранжирует свои аргументы по степени важности.

Ранжирование каждой группой выдвинутых аргументов по степени важности:

Нитратные удобрения: вред или польза?

1-я группа

Польза

1. Нитраные удобрения очень важны, т.к. поставляют растениям жизненно важный элемент Нитроген.

2. Нитратные удобрения безопасны, т.к. нитраты не приносят вред человеческому организму.

3. Источники поступления нитратов в организм человека не только растения, а значит нельзя возлагать всю вину на нитратные удобрения.

4. Существуют доступные методы определения нитратов в растительных продуктах.

5. Используя простые правила, можно снизить содержание нитратов в растительных продуктах.

2-я группа

Вред

1. Нитратные удобрения - самые опасные из удобрений.

2. Нитратные удобрения оказывают опасное воздействие на организм человека.

3. Основные источники поступления нитратов в организм человека - продукты растительного происхождения.

4. Существующие методы определения нитратов в овощах и фруктах либо недоступны, либо неэффективны.

5. Методы снижения концентрации нитратов в растительной продукции значительно уменьшают содержание витаминов в ней.

Проведение дискуссии в перекрестном режиме: первая группа высказывает свой первый аргумент - вторая группа его опровергает - вторая группа высказывает свой первый аргумент - первая группа его опровергает и т.д.

Материал для обсуждения в группах

1. Химические аспекты нитратных удобрений

З Нитратные удобрения - нитраты - это соли нитратной кислоты ( например, КNО_3, NаNО_3, NН₄NО₃), который содержит жизненно важный химический элемент - Нитроген, входящий в состав аминокислот и белков - основных строительных материалов земной формы жизни. Любые растения постоянно извлекают нитраты из почвы и превращают их в органические соединения. В этом и заключается уникальная особенность растений - из минеральных солей производить органику. При недостатке Нитрогена в почве у растений возникает азотное голодание. Оно характеризуется изменением зеленой окраски листьев, так как задерживается образование хлорофилла. Листья приобретают бледно-зеленую окраску. Другой признак азотного голодания растений - это сильная задержка роста из-за ограниченного роста белков, необходимых для формирования молодой клетки.

Большинство растений не могут употреблять молекулярный азот из воздуха. Этот химический элемент растения иогут поглощатьтолько в связанном виде (в основном в виде NО₃^- и NН₄⁺) из почвы.

Корневые системы всех без исключения растений хорошо усваивают нитраты. В растениях происходит восстановление нитратов до аммиака:

NО₃^- → NО₂^- → NО ^- → NН₂ОН → NН₃

^{Нитрат нитрит гипонитрит гидроксиламин аммиак}

А уже аммиак участвует в синтезе белка.

Ежегодно с урожаем с каждого гектара поля выносится в среднем около 22 кг этого химического элемента.

Поэтому без минеральных удобрений обойтись нельзя.

П Нитратные удобрения - самые опасные из удобрений, так как они хорошо растворимы в воде, а значит легкоподвижны в почве, быстро в ней накапливаются, сильно загрязняя ее. Загрязнение почв и поверхностных вод связано с бесконтрольным и непродуманным использование азотных удобрений (в основном нитратов).

Кроме этого производство азотных удобрений может привести к экологической катастрофе. Так как при их получении образуются вредные вещества: аммиак, оксиды азота. Попадая в атмосферу, некоторые из них (NО₂) превращают дождевую воду в кислую, которая губит все живое.

2. Биологическое воздействие

З. Само по себе присутствие нитратов в организме человека естественно и обнаруживается даже у людей, рацион которых полностью лишен нитратов. Сами по себе нитраты безопасны и легко выводятся из организма с мочой. Кроме того,

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) называет допустимой суточной дозой 3,7 мг нитратов на 1 кг массы тела, а нитритов 0,2 мг на кг. Имеется в виду именно азотная часть соли: 250 мг нитратов, безопасные для условного едока массой 70 кг, эквивалентны 350 мг нитрата натрия. В разных странах представления о допустимой дозе нитратов отличаются: В Германии это 50-100 мг в сутки, в США - 400-500мг, в Украине - 300-320мг. Но дозы нитратов, вызывающих отравление человеческого организма, гораздо выше (1-4 г), официально установленных пределов. Нет исследований, устанавливающих зависимость превышения рекомендованных норм потребления со средней продолжительностью жизни людей. По мнению некоторых специалистов - исследователей, проблема нитратов является надуманной, уводящей внимание потребителей от куда более существенных опасностей, например, применение пестицидов и инсектицидов, химический пищевых добавок ( в том числе и нитритов) и других экологических проблем.

Необходимо отметить, что в здоровом организме превращение нитратов в нитриты существенны замедленно по сравнению с ослабленным организмом. Значительная часть нитратов просто выводится, немало их преобразуется в полезные соединения. Защитные механизмы на нитраты предусмотрены природой, нормальный обмен предполагает наличие этих веществ.

Кроме того, витамины С, Е и А прекрасно блокируют и подавляют образование нитритов и нитрозаминов из нитратов. Поэтому овощи с высоким содержанием этих витаминов не принесут никаких неприятностей, даже если в них содержится завышенная доза нитратов. (это капуста, зеленый лук, томаты, сладкий зеленый и красный перец, хрен, апельсины, лимоны, другие цитрусовые, земляника, черна смородина и то же картофель).

П. При избытке нитратов в почве они полностью не перерабатываются, накапливаются в растениях и попадают в организм животных и человека. У людей с нарушением функций почек, с пониженной кислотностью пищеварительной системы, в период авитаминоза, а также при избыточном поступлении нитратов в организм нитраты способны превращаться в нитриты, которые и отравляют организм:

NO₃^- +2H⁺ +2e→NO₂^- +H₂O

Образовавшиеся нитриты вступают во взаимодействие с гемоглобином крови. Так как нитриты - сильные окислители, они окисляют катион двухвалентного железа Fe²⁺ гемоглобина в катион трехвалентного железа Fe³⁺. При этом образуется метгемоглобин. Это - вещество, угнетающее дыхательный центр, так как не способно переносить кислород.

Кроме того образуется оксид азота (II) NO , который также может взаимодействовать с гемоглобином, образуя нитрозогемоглобин, который также не обладает способностью переносить кислород в организме. Поэтому появление в крови метгемоглобина и нитрозогемоглобина уменьшает ее кислородную емкость и опасно для жизни.

Необходимо отметить, что метгемоглобин содержится в крови человека и в обычном состоянии - около 2%. Симптомы острого отравления появляются при повышении содержания метгемоглобина до 30 %, при его содержании 50% может наступить смерть. Метгемоглобин может восстанавливаться до гемоглобина в присутствии фермента метгемоглобинредуктазы, которая начинает вырабатываться у человека с трехмесячного возраста.

Также нитриты могут вступать во взаимодействие с аминогруппой белков и образовывать нитрозамины, которые являются канцерогенными веществами.

Признаки отравления организма нитратами: слабость, головокружение, тошнота, расстройство желудка, снижается работоспособность, возможна потеря сознания. В картину отравления также входят : увеличение печени и ее болезненность при прощупывании, понижение артериального давления, пульс становится неровным, конечности- холодными, дыхание учащается. Может появиться головная боль, шум в ушах.

3. Основные источники поступления нитратов в организм человека.

З Повышенное содержание нитратов не всегда обусловлено перебором нитратных удобрений. Иногда даже на не удобряемых «химией» огородах урожай все равно получается высоконитратным. Это бывает при нарушении элементарных агротехнический правил: несбалансированность питания растений (т.е. использование нитратных, не дополненных калийными и фосфорными удобрениями), не рациональное применение органических подкормок, несвоевременное внесение удобрений, не внимание к свойствам почв, недостаток света, например. В теплицах, или в загущенных посевах. Необходимо учитывать вегетационный период растения: плодовая часть растения в начале роста накапливает нитраты для дальнейшего питания, а к моменту достижения зрелости успевает большую часть их израсходовать для построения собственных клеток. Наименьшее для растения содержание нитратов можно обнаружить в полностью зрелых плодах среднего для данного сорта размерах.

Но нитраты могут поступить в организм человека не только из овощей.

Табл. «Пути поступления нитратов в организм человека»

П. Основной источник поступления нитратов в организм - это продукты растительного происхождения и вода (70% с овощами, 20%- с водой, 6% - с мясом и копчеными продуктами).

Из всех минеральных удобрений нитраты особенно сильно загрязняют окружающую среду. Появления нитратов в питьевой воде - колодцах, артезианских скважинах - один из наиболее опасных источников их поступления в организм человека. Министерство здравоохранения Украины показало, что дети, пьющие ежедневно воду с содержанием нитратов вше 45 мг/л чаще болеют, у них нарушен обмен веществ, снижены защитные свойства организма.

Загрязнению вод и почв способствуют нарушение агротехнических правил использования нитратных удобрений, интенсивное использование этих удобрений.

Считаем, что можно обойтись и без нитратных удобрений, если в большей степени использовать органические удобрения.

Кроме этого в почве нитраты образуются и естественным путем:

N₂+O₂→2NO

2NO+O₂→2NO₂

4NO₂+2H₂O+O₂→4HNO₃

HNO₃+KCl→KNO₃+HCl

Также естественные процессы гниения в почве (старых листьях, насекомых и др.) также способствуют образованию азотсодержащих веществ в почве.

4. Определение содержания нитратов в продуктах .

З. Наличие избытка нитратов в растениях можно установить различными методами. Выпускается индикаторная бумага «Индан - 2», с помощью которой можно мгновенно определить избыток нитратов в растительной продукции. Однако ее не всегда встретишь в продаже.

Можно использовать другую методику обнаружения нитратов. Реактивом на нитрат-анион NO₃^- является дифениламин в концентрированной сульфатной кислоте. По изменению окраски судят о содержании нитратов: при отсутствии нитратов сок не изменяет цвет, при небольшом количестве нитратов появляется светло-голубая окраска, а при большом количестве - темно - синяя.

Сейчас мы определим содержание нитратов в картофеле, луке, огурце, капусте.

Лабораторный опыт «Определение нитратов в растительных продуктах»

ВОЗ считает допустимым содержание нитратов в диетических продуктах до 300 мг/1 кг сырого вещества.

Таблица1 «Способность различных культур накапливать нитраты».Таблица 2 Накопление нитратов в различных частях продуктивных органов растений Существуют простые методы уменьшения содержания нитратов в плодах овощах.

Борьба на кухонном фронте

• Главный способ нейтрализовать вред от потребления нитратов - умеренное потребление овощей небольшими порциями в течение всего года. Для «аккордного» потребления по сезону больше подходят фрукты (кроме арбузов и дынь), которые накапливают нитраты куда менее интенсивно. Бахчевые культуры, как и большинство овощей, для монодиет и праздников обжорства подходят мало именно по причине усиленного накопления нитратов.

• Стоит иметь в виду, что кулинарная обработка снижает количество нитратов и шансы для их преобразования в нитриты.
  
  Очистка, мойка и последующая сушка овощей снижает количество нитратов на 3-25%, и, в связи с гибелью микроорганизмов и разрушением ферментов, останавливает процесс превращения нитратов в нитриты.

• Вымачивание в воде в воде листовых зеленых овощей снижает содержание в них нитратов на 15-20% процентов.

• Проверенный в лабораториях способ снижения вреда от потребления ранних пряных трав: зелень необходимо поставить как букет в воду на прямой солнечный свет на 2-3 часа, в течение которых растение практически полностью усвоит запас накопленных веществ.

• Прием противонитратной обработки для свеклы, тыквы, кабачков - нарезать овощи мелкими кубиками и 2-3 раза залить водой комнатной температуры, выдерживая в ней 5-10 минут.

• При варке картофель теряет до 80% нитратов, морковь и капуста - до 70%, свекла - до 40%. При этом интенсивный переход нитратов в отвар происходит в первые 30-40минут обработки. Эти цифры действительны, если вы слили отвар горячим: при остывании часть нитратов возвращается из отвара в овощ, часть остается в жидкости.

• Переходу нитратов в нитриты способствует длительное размораживание. Поэтому мороженые овощи размораживают непосредственно перед употреблением, в микроволновой печи или предварительно нагретой духовке, либо начинают готовить горячие блюда, не размораживая.

• Опасными для здоровья могут стать свежеприготовленные соки: нитраты в их составе переходят в нитриты очень быстро. Поэтому соки, особенно овощные, либо употребляют сразу, либо стерилизуют.

• Переход нитратов в нитриты и нитрозамины усиливается в очищенных и нарезанных и овощах в составе салатов и других кушаний, хранящихся в теплом месте. Поэтому лучше употреблять свежеприготовленную, в крайнем случае - хранившуюся в холодильнике пищу.

• Кипячение соков и супов, убивая микрофлору, подавляет образование нитритов.

• При варке и тушении удаление нитрозоаминов с паром преобладает над их образованием, поэтому в процессе приготовления капусту, свеклу, кабачки не нужно закрывать крышкой.

• Снизить риск от потребления нитратов можно и в процессе еды - например, если запивать салат из листовой зелени апельсиновым соком с высоким содержанием витамина С.

• Термическая обработка овощей (мойка, варка, жарка, тушение, бланшировка). При вымачивании на 20- 30 %, при варке на 60- 80 %;

• Клубни картофеля заливают 1%-м раствором поваренной соли;

• У патиссонов, кабачков, баклажанов срезают верхнюю часть, примыкающую к плодоножке;

• Овощи и плоды очищают от кожуры, а у трав выбрасывают стебли;

• У огурцов, свеклы, редьки срезают оба конца;

• Овощи и плоды надо хранить в холодильнике;

• Использовать в пищу витамин С и Е;

• При консервировании содержание нитратов уменьшается на 20 -25 %;

• Приготовленные салаты долго не хранить.

С нитратами, разумеется, приходится считаться, но в общем-то они

не так страшны. В большинстве случаев их содержание все же приемлемо,

Так что овощи можно смело есть, более того, при желании есть

помногу. Не пренебрегая, конечно, и разумной осторожностью.

П. По нормам ВОЗ допустимой суточной дозой нитратов для человека считается 5 мг на каждый кг его веса. При среднем весе 70 кг и получается «допустимый дневной максимум» - 350 мг. Если же 1 раз принять 600-650 мг нитратов, то у взрослых уже развивается выраженное отравление.

Время от времени на рынке появляются домашние тест-полоски для определения содержания нитратов в овощах. Пользователь, прикладывая полоску к срезу продукта, судит о количестве нитратов по интенсивности окрашивания индикатора. Данный способ контроля, однако, не входит в привычный обиход, т.к. для решения об опасности того или иного показателя теста нужно учитывать еще много дополнительных факторов. Кроме того, дешевые тесты быстро приходят в негодность, а дорогие - слишком дороги. Более надежны показания специальных лабораторных приборов для контроля, однако их приобретение требует специальных затрат, а освоение технологии анализа и интерпретации результатов - также и дополнительного образования.

Поэтому большинство покупателей не имеют четкой картины о содержании нитратов в растительной продукции и вынуждены доверять своим непосредственным ощущением.

Да, существуют методы снижения концентрации нитратов, подходят далеко не все.

Скажем, если замочить очищенный картофель на сутки в однопроцентном растворе соли, то нитратов в нем действительно почти не останется. И биологически ценных веществ тоже.

Остальные овощи вымачивать вообще бесполезно - в раствор уйдет

лишь незначительная часть солей из проводящих сосудов. Основная же

масса нитратов сосредоточена в клетках и таким путем не извлекается.

Отваривание всех поголовно овощей - тоже не метод, особенно если

отвар сливать.

Иногда рекомендуют отваривать заведомо ядовитые продукты или их

части с наибольшей концентрацией нитратов, очевидно, руководствуясь

принципом: "лучше в нас, чем в таз". Дело, конечно, хозяйское, но

отравлять себя даже из соображений экономии... На наш взгляд, если

морковь малосъедобна, ее место в мусорном ведре. Да, после варки она

станет на 50 процентов менее вредной, но зато на 95 процентов менее

полезной!

ІІІ. Подведение итогов.

IV. Рефлексия.

V. Домашнее задание.