CC BY
219
Подсекция «Экология»
Изучение качества синтетических моющих средств. Их влияние на окружающую среду и живые организмы
Д. Студенова
студентка группы ДКидБ 1-4
Бытовая химия окружает нас везде. Начиная с самого утра, заходя в ванную, мы чистим зубы пастой, моем руки, посуду, стираем, и так продолжается весь день. В условиях постоянного увеличения количества новых химических веществ, поступающих в обращение, актуальной проблемой является их изучение в целях получения информации о потенциальной опасности веществ, входящих в их состав.
Синтетически моющие средства (CMC, детергенты) -многокомпонентные композиции, применяемые в водных растворах для интенсификации удаления загрязнений с различных твердых поверхностей. В более узком смысле под синтетическими моющими средствами обычно понимают бытовые средства для стирки белья и мытья посуды.
Основными компонентами детергентов являются поверхностно-активные вещества (ПАВ). Они разделяются на ионогенные, диссоциирующие в водных растворах на ионы, и неионогенные. Наиболее распространены анионоактивные вещества, которые распадаются в водных растворах на анионы и катионы. Содержание их в СМС составляет от 10 до 40%. Основным исходным сырьем для их получения являются парафиновые углеводороды нефти. В современных СМС используют поверхностно-активные вещества, которые имеют степень биоразложения не менее 90%. Кроме того, в состав детергентов входят фосфаты (тринатрийфосфат, триполисфосфат калия, хлорированный тринатрийфосфат). Полностью или частично функцию фосфатов в СМС могут выполнять комплексоны - трилон А, трилон Б, соли этилиден-
30
дифосфоновой и лимонной кислот, а также цеолиты. Кол-во комплек-сообразователей в СМС составляет до 40% по массе.
Принцип действия. ПАВ имеют два полюса - гидрофильный тот, который взаимодействует с водой, и гидрофобный, то есть, тот, который отталкивается водой, но легко соединяется с ее противоположностью - с жирами. Эффективность ПАВ состоит в том, что, связавшись с жирами, они повышают их растворимость в воде. Результат взаимодействия поверхностно активных синтетических моющих средств с жирами и водой - создание эмульсии. СМС делают эмульсию жиров и воды устойчивой, что позволяет легко смыть ее водой.
Вода как среда обитания. Водная среда характеризуется большим своеобразием физико-химических свойств, важных для жизни организмов: прозрачностью, высокой удельной теплоемкостью и теплопроводностью, высокой плотностью и вязкостью, подвижностью (текучестью), вертикальной циркуляцией, сглаженным колебанием температуры. В естественных водах всегда содержатся различные соли, в частности, весьма важные для живых организмов карбонаты, сульфиды, хлориды.
Наиболее интересной особенностью воды является наличие свободной поверхности. Жидкость, в отличие от газов, не заполняет весь объем сосуда, в который она налита. Между жидкостью и газом (или паром) образуется граница раздела. Любая молекула в пограничном слое притягивается молекулами, находящимися внутри жидкости В результате появляется сила действующая на поверхность жидкости, сокращающие (стягивающие) ее. Эти силы называются силамиповерх-ностного натяжения. Их наличие делает поверхность воды похожей на упругую растянутую пленку, что позволяет целому классу гидроби-онтов использовать ее как отдельную среду обитания.
Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют смачивающей это вещество. Если сильнее - несмачивающей. Эту характеристику показывает краевой угол, который образуется плоской поверхностью твердого тела и плоскостью, касательной к свободной поверхности жидкости, где граничат твердое тело, жидкость и газ. Для смачивающих жидкостей краевой угол острый, а для несмачивающих -тупой. Важным для жизни обитателей водоемов фактором является кислотность воды, характеризующаяся водородным показателем - рН. Чаще всего вода имеет слегка щелочную реакцию (рН до 8,0).К такому составу воды и приспособились обитатели рек, озер и прудов.
Среди жизненных форм гидробионтов (обитателей водной среды) выделяют бентос - донные организмы; планктон - организмы, плавающие в толще воды, чаще переносимые течением; перифитон -организмы, прикрепленные к растениям и погруженным в воду пред-
31
метам; нектон - активно плавающие организмы и неистон - организмы, плавающие на поверхности воды или сразу же под поверхностной пленкоИ, до 5 см в глубину.
Нейстонные организмы разделяют на тех, кто обитает на поверхности водяной пленки - эпинейстон (в пресных водоемах это клопы - водомерки), и тех, которые держаться под ней, - гипонейстон ( клоп- гладыш, моллюски - катушки, прудовики). Для обитателей более глубоких слоев воды важны факторы: содержание кислорода в воде (личинки поденок), ее химический состав, прозрачность.
Действие СМС на человека и экосистему водоемов. Попадание синтетических моющих средств в организм человека с водой происходит, когда человек ест или пьет из плохо промытой от детергентов посуды или во время купания. В желудке находится соляная кислота, которая позволяет расщеплять белки пищи. Желудок, для защиты от воздействия кислоты, покрыт защитной оболочкой из слизи. При попадании СМС в организм человека эта оболочка вокруг стенок желудка, становится тоньше. В результате может развиться язва желудка.
СМС, попадая в окружающую среду (водоемы), изменяют ее кислотно-щелочной баланс. Водные организмы приспособлены к определенной величине рН. Когда значение рН снижается или повышается может исчезнуть значительное количество водных организмов, составляющих основу пищевой цепи. Особенно чувствительны к изменению кислотности икра и мальки рыб.
Растворяясь в воде, ПАВ также существенно понижают ее поверхностное натяжение, что ведет к вымиранию целого класса гидро-бионтов - нейстона.
Детергенты образуют высокоустойчивые пены. В этом случае страдают все организмы, находящиеся в этих водоемах. При концентрациях 5-15 мг/дм3 рыбы теряют слизистый покров, при более высоких концентрациях может наблюдаться кровотечение жабр.
Предельно допустимая концентрация в водоеме ПАВ составляет 0,5 мг/дм3, ПДК для рыбных хозяйств - 0,1 мг/дм3.
Эксперимент. В рамках заявленной темы был проведен эксперимент, состоящий из двух этапов: сравнение с помощью оценки поверхностного натяжения моющего действия разных СМС и оценка степени смывания СМС с поверхности. В качестве приборов и материалов использовались: ученическая линейка, лабораторные стекла, пипетки, растительное масло «Золотая семечка», спирт, мерный стакан 50 мл с водой, СМС: «Миф», «Amway», «Sariria», «AOS», <^еуп», «Пемолюкс», «Ушастый нянь».
Первый этап: на лабораторное стекло наносились три капли растительного масла, измерялся их диаметр. Затем в каждую каплю масла вносилась капля одинакового моющего средства и измерялся изменен-
32
ный диаметр каждой капли. После чего рассчитывался средний диаметр капли в обоих случаях (до и после внесения моющего средства). Если диаметр капли масла с СМС больше, чем до добавления моющего средства, то есть поверхностное натяжение с помощью моющего средства уменьшается, значит, изучаемые средства обладают моющим действием и имеют в своем составе поверхностно-активные вещества.
Второй этап: на лабораторное стекло наносились три капли одинакового моющего средства, каждую каплю смывали водой в количестве 50 мл. После смыва стекла оставляли высыхать в естественных условиях. На высохшее стекло наносились три одинаковых капли масла и измерялся диаметр полученной капли. Затем рассчитывалось относительное изменение диаметра капли. После смыва капля масла не должна растекаться по стеклу, если средство смывается. Капля должна иметь первоначальные размеры.
Все результаты измерений и вычислений были внесены в итоговую таблицу (табл. 1).
Таблица 1
Номер Название СМС d капли масла (мм) d капли масла с СМС (мм) d капли масла после смыва (мм)
1 Миф 9.9 14.8 9.9
2 Пемолюкс 9.9 16.8 9.8
3 Ушастый нянь 9.9 17.8 9.9
4 Amway 9.8 14.7 9.9
5 Sarma 9.8 16.7 10
6 AOS 9.8 17.7 9.9
7 Fairy 9.9 17.8 10
В ходе проведения эксперимента было выявлено следующее.
1. Все СМС обладают моющим действием,следовательно имеют в своем составе поверхностно-активные вещества
2. Минимальным моющим действием обладают средства «Миф», «Amway», значит при сбросе сточных вод с их содержанием экология водоема понесет наименьший ущерб.
3. Максимальным моющим действием обладают «Ушастый нянь», «AOS», «Fairy», следовательно при попадании их в экосистему водоема, в этой экосистеме произойдут необратимые негативные изменения
4. Все исследованные средства хорошо смываются, несколько хуже «Sarma», это значит, что высока вероятность попадания в организм человека вредных для него веществ.
33
Выводы
Все моющие средства схожи по своему составу. Их обязательным компонентом являются поверхностно-активные вещества, но также имеются различные фосфаты и комплексоны.
Попадание ПАВ в водоемы неблагоприятно влияет на органолептические (цвет, запах, вкус) и бактериологические показатели воды.
Утилизированные сточные воды, содержащие остатки СМС, оказывают подавляющее влияние на рост и развитие биологических объектов, поэтому требуют предварительного сбора и хранения в отстойниках для дальнейшей дезактивации.
Детергенты опасны и для человека, поэтому необходимо умеренно их использовать в быту и внимательно следить за их утилизацией.
Библиографический список
Алексеев В.А. 300 вопросов и ответов по экологии. - Ярославль: Академия развития, 1998.
Абрамзон А.А, Гаевой Г.М. (ред.) Поверхностно-активные вещества. -Л.: Химия. 1979.
Артеменко А.И. Органическая химия и человек. - М.: Просвещение 2000
Зданович В.В. Жизненные формы гидробионтов // Биология - № 6. - 2003
Миллер Т Жизнь в окружающей среде. Т. 1. - М.: Прогресс,
1993.
Неволин Ф.В. Химия и технология синтетических моющих средств - 2 изд. - М., 1971.
Перельман Я И Занимательная физика: Кн. 1. - М.: Наука,
1979.
Петрянов И.В. Самое необыкновенное вещество в мире. -М.: Педагогика, 1981.
Пономарева И.Н. Экология. - М.: Вентана-Граф, 2001.
Реймерс Н.Ф. Краткий словарь биологических терминов. -М.: Просвещение, 1995.
Савельев И.В. Курс общей физики. - М.: Наука, 1970.
ТарасовЛ.В. Физика в природе. - М.: Мир.
Энциклопедия для детей «Аванта+». Биология. - М., 2002.
34
