CC BY
7
Автор:
Тимохин Михаил,
учащийся 6-го класса МБОУ СОШ № 75/42, обучающийся МАУ ДО «Городская станция юных натуралистов», г. Нижний Тагил
Научный руководитель:
Тимохина Ольга Александровна,
кандидат биологических наук, педагог дополнительного образования высшей категории МАУ ДО «Городская станция юных натуралистов», г. Нижний Тагил e-mail:
Опасность отработанных батареек
The Danger of Used Batteries
Аннотация. Батарейки — это автономные источники электричества, которые стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Заряд батарейки через определенное время заканчивается, она попадает в мусорную корзину, а оттуда чаще всего на свалку. В работе сделана попытка изучить воздействие отработанных батареек на рост и развитие растений. На первом этапе в качестве объекта исследования был выбран горох посевной. На втором этапе работы рассматривали влияние отдельно солевых и алкалиновых батареек на всхожесть и ростовые процессы растений. Также были разработаны рекомендации по сохранению среды от загрязнения батарейками.
Ключевые слова: батарейки, эксперимент, влияние батареек на рост растений, окружающая среда, исследовательская работа школьников
Abstract. A battery is an independent source of electricity that has become an integral part of our daily life. After a certain time, the battery charge runs low, it appears in a trash, and from there it often ends up in the landfill. The paper attempts to study the effect of used batteries on the growth and development of plants. At first, the pea was chosen as a subject of the research. Then, the effects of zinccarbon and alkaline batteries on the germination and plant growth were separately considered. Also, recommendations were developed to preserve the environment from battery pollution. Keywords: batteries, experiment, the effect of batteries on plant growth, environment, research activity of school students
Батарейки — это автономные источники электричества, которые стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Пульт телевизора, фонарик на природе, игрушки на радиоуправлении и многое другое работают с помощью элементов питания. Рано или поздно заряд батарейки заканчивается, и она попадает в мусорную корзину. Польза батареек в современном обществе неоспорима, но немал и вред для здоровья человека и окружающей среды.
Батарейки относятся ко второму классу опасности отходов. Вред батареек обусловлен наличием в них тяжелых токсических металлов и их соединений. В земле металлическое покрытие батарейки коррозируется, а находящиеся внутри тяжелые металлы попадают в почву и грунтовые воды. Одна пальчиковая солевая
Тимохин Михаил
батарейка содержит цинк, пассивный уголь и двуокись марганца, электролит из хлорида аммония. Вся эта химия, попадая в почву, а затем в грунтовые воды, наносит колоссальный вред природе, в том числе и человеку. Вредные вещества попадают в организм животных, в овощи, фрукты и прочую сельхозпродукцию, которую мы едим. Они испаряются в воздух. Из грунтовых вод тяжелые металлы могут попасть в реки, озера или артезианские воды, используемые для питьевого водоснабжения, из которых мы пьем воду, не думая, что вредные химические соединения (из нашей же батарейки, выброшенной неделю назад в мусоропровод) с кипячением не исчезают, не убиваются — они ведь не микробы [Мутыгуллина, 2016].
Из водных растворов почвы тяжелые металлы попадают в растения, в организмы животных.
В работе мы хотели на собственном опыте посмотреть результаты такого влияния. Поэтому целью работы было изучение воздействия отработанных батареек на рост и развитие растений.
Задачи работы:
1. изучить литературу и интернет-ресурсы по теме исследования;
2. провести эксперимент и оценить влияние батареек на рост и развитие растений;
3. разработать рекомендации по снижению негативного влияния батареек на окружающую среду;
4. провести анкетирование с целью выявления знаний населения об опасности и переработке батареек. Батарейки (гальванические элементы) — это химические
источники тока, в которых в электрическую энергию превращается энергия протекающих внутри химических реакций. Явление возникновения электрического тока при контакте разных металлов было открыто итальянским физиологом, профессором медицины Болонского университета Луиджи Гальвани в 1786 году. Гальвани описал процесс сокращения мышц задних лапок свежепрепарированной лягушки, закрепленных на медных крючках, при прикосновении стального скальпеля. Наблюдения были истолкованы первооткрывателем как проявление «животного электричества».
Итальянский физик и химик Алессандро Вольта, заинтересовавшись опытами Гальвани, отметил совершенно новое явление — создание потока электрических зарядов. Проверяя точку зрения Гальвани, А. Вольта проделал серию опытов и пришел к выводу, что причиной сокращения мышц служит не «животное электричество», а наличие цепи из разных проводников в жидкости. В подтверждение А. Вольта заменил лапку лягушки изобретенным им электрометром и повторил все действия. В 1800 году А. Вольта впервые публично заявляет о своих открытиях на заседании Лондонского королевского общества,
Author:
Mikhail Timokhin,
Student of the 6th grade, School No. 75/42, Member of the City Station of Young Naturalists (Supplementary education club), Nizhny Tagil
Scientific Advisor:
Olga Timokhina,
Ph. D. in Biology, Teacher of supplementary education of the highest category, City Station of Young Naturalists, Nizhny Tagil
что проводник второго класса (жидкий) находится в середине и соприкасается с двумя проводниками первого класса из двух различных металлов. Вследствие этого возникает электрический ток того или иного направления [Открытие..., 2021].
В массовом производстве первыми стали батарейки, разработанные французским исследователем Жоржем Лекланше в 1865 г. Ток в них вырабатывался при взаимодействии марганце-воцинковых электродов с солевым электролитом. Конструкция десятилетиями выпускалась массово в мире, в том числе была распространена и в России. Батарейки стоили недорого, за счет чего и получили популярность. Но хватало и недостатков. У них была малая емкость, а конструкция оставалась ненадежной: стакан из цинка по мере использования разрушался, электролит протекал наружу. Элементы хранились и служили не больше 1 года. Такие элементы питания практически в неизменном виде существовали до 1940 года [Васильев, 2022].
Следующим этапом развития портативных источников питания стали солевые батарейки, которые появились во второй половине XX века. Они характеризовались малой стоимостью при увеличенной емкости. Срок их работы составлял до 1 года, срок хранения — до полутора лет.
В 1964 году были созданы щелочные батарейки, и они оказались лучше солевых. Срок их хранения составляет до 5 лет, срок их службы — более долгий по сравнению с солевыми. Кроме того, эти элементы питания пригодны для использования в приборах повышенной мощности.
Солевая батарейка состоит из цинкового катода, анода — двуокись марганца и электролита — хлорид аммония. Отсюда происходит само название — поскольку в качестве электролита выступает соль. Между реагентами расположена специальная прокладка, благодаря ей ингредиенты не смешиваются, но она пропускает электролит. Между электролитом и химическими элементами анода и катода возникает реакция и выделяется электрический ток. После того как ток образовался, он переходит на токосниматели, которые расположены внутри батарейки, а затем на раздельные электроды с разных концов батарейки и в итоге передается электронному устройству.
Алкалиновая батарейка так же состоит из анода — порошкообразный цинк, катода — диоксид марганца и электролита, в качестве которого выступает гидроксид калия, который является щелочью. Следовательно, отсюда идет название и самих батареек. Алкалиновыми батарейки стали называть только потому, что на английский язык щелочь переводится как alkaline, и на многих батарейках зарубежного производства есть эта надпись. Принцип работы у алкалиновых батареек такой же, как и у солевых. Химические элементы анода и катода аналогично взаимодействуют посредством электролита, а вырабатываемый ток передается устройствам через токоотводы [Чем отличаются., 2022].
Тимохин Михаил
Самыми долговечными батарейками являются литиевые. Литиевая батарейка основана на работе необратимоокислитель-ной реакции. Анодом выступает металлический литий, в качестве катода может использоваться оксид марганца, дисульфид железа, оксид меди или оксид серы. Данные элементы питания являются наиболее эффективными и способны выдерживать большие нагрузки. Отмечен ряд плюсов: повышенный энергетический объем, стабильно держит напряжение, высокая емкость.
Батарейки делятся на первичные и вторичные химические источники тока.
Первичные гальванические элементы — внутри таких источников происходят химические окислительновосстано-вительные реакции, энергия которых и переходит в электрическую. Данные реакции являются необратимыми, поэтому элементы невозможно перезарядить. Состоят такие батареи из двух электродов, которые имеют разный электродный потенциал, металлического проводника, по которому могут перемещаться электроны, и электролита, который помогает перемещению ионов между электродами.
Вторичные химические источники тока, они же электрические аккумуляторы, тоже являются гальваническими элементами, однако их особенность заключается в том, что возможна перезарядка. В отличие от батарей, которые исчерпывают свою работоспособность при разряде, аккумуляторы могут регенерироваться, то есть повторно накапливать энергию и перезапускать цикл химических реакций.
Возобновление заряда происходит при пропускании через элемент электрического тока, для чего нужна внешняя цепь. Все мы ежедневно заряжаем свои телефоны и смартфоны, ноутбуки и планшеты. Аккумуляторы применяются практически везде, и это не удивительно — их ресурс намного выше, чем у любой первичной батареи в сотни раз, при том, что цена больше до 10 раз [Химические источники тока, 2018].
Методология исследования. Наша исследовательская работа состояла из нескольких этапов. На первом этапе в качестве объекта исследования был выбран горох посевной. В пластиковые контейнеры насыпали почву, увлажняли ее. Одна часть контейнеров была контрольная, вторая и третья части — опытные. В первые опытные контейнеры помещали по одной, во вторые — по две пальчиковые батарейки. Батарейки выбрали случайным образом, не делили их по видам. Разрушение корпуса батарейки происходит через 67 недель пребывания в почве, поэтому спустя данное время мы продолжили работу.
Семена гороха были предварительно замочены и все, которые проклюнулись, использовали в эксперименте. В подготовленные контейнеры равномерно размещали по 10 штук семян и немного присыпали почвой. Эксперимент проводили в пятикратной повторности. Опыт длился в течение трех недель.
100 1
5 80
9~ 60
3 40
5 20
О
III
контроль
опыт 1
опыт 2
Результаты эксперимента показали, что число выживших проростков гороха в опытных вариантах было немного ниже, чем в контрольном. В варианте с одной батарейкой в почве (Опыт 1) выживаемость гороха составляла 87 %, с двумя батарейками (Опыт 2) - 80 % (Рисунок 1).
Рисунок 1. Выживаемость проростков гороха в разных вариантах опыта
1Ьи
110 120 * 100 гг г 1
0 80 1 60 ^ ад 20 1 ■
контроль опыт 1 опыт 2
Рисунок 2. Длина корня проростков гороха в разных вариантах опыта
Анализ ростовых показателей проростков выявил следующую картину (Рисунок 2).
Наибольшая длина корня была отмечена у проростков контрольного варианта (в среднем 148 мм). В контейнере с одной батарейкой данный показатель был значительно ниже - в среднем 80 мм, а в контейнере с двумя батарейками отмечена наименьшая средняя длина корня — 36 мм. Подобная закономерность наблюдалась при изучении длины побегов проростков (Рисунок 3).
Рисунок 3. Длина побега у проростков гороха в разных вариантах опыта
Тимохин Михаил
Высокие растения гороха преобладали в контрольном варианте, длина побега составляла в среднем 300 мм, на 30 % ниже были растения в Опыте 1. В самой грязной почве (Опыт 2) высота проростков составляла в среднем 90 мм (Рисунок 4).
Таким образом, проведенный эксперимент показал негативное воздействие веществ, входящих в состав батареек, на начальные этапы роста и развития растений.
На втором этапе работы рассматривали влияние отдельно солевых и алкалиновых батареек на всхожесть и ростовые процессы растений. Год назад мы приготовили растворы, поместив в емкости с водой солевые и алкалиновые батарейки. Для дальнейшей работы были использованы данные растворы (Рисунок 5).
В чашку Петри клали фильтровальную бумагу, смачивали ее дистиллированной водой в контрольном варианте и растворами солей от алкалиновых и солевых батареек. На бумагу равномерно раскладывали по 15 штук семян кресссалата. Опыт проводили в трехкратной повтор-ности. Эксперимент длился в течение 7 дней.
При анализе результатов установили, что всхожесть семян во всех вариантах опыта составляла 100 %. Однако выживаемость проростков снижается в опытных вариантах. Число погибших проростков в варианте с алкалино-выми батарейками составляет в среднем 13 %, в варианте с солевыми батарейками значительно больше — 65 % (Рисунок 6).
Рисунок 4. Высота растений гороха в разных вариантах опыта
Рисунок 5. Пример раствора с батарейкой
Рисунок 6. Выживаемость проростков в разных вариантах опыта
Рисунок 7. Примеры проростков из разных вариантов опыта
Далее у проростков были определены ростовые показатели. Установлено, что в контрольном варианте и на третий и на седьмой дни эксперимента длина корня была наибольшая — 14 и 70 мм соответственно. В опытных вариантах данный показатель значительно ниже. По окончании опыта в варианте с алкалиновыми батарейками длина корня составляла в среднем всего 7 мм, в варианте с солевыми батарейками — 4 мм. Длина побега проростков кресссалата в контрольном варианте наибольшая, в других вариантах она так же значительно ниже. Со второго дня эксперимента мы наблюдали почернение семенной кожуры в вариантах с солевыми батарейками. Кроме того, у проростков данного варианта опыта отмечается некроз корня и пожелтение листьев. Доля проростков, имеющих желтые листья,составляет 75 %.
Образцы проростков разных вариантов показаны на Рисунке 7.
Таким образом, мы видим, что вещества, содержащиеся в батарейках, оказали негативное влияние на ростовые меристемы и развитие проростков в целом, причем токсичность солевых батареек выше, чем алкалиновых.
В литературных источниках имеется информация о химическом составе батареек. К сожалению, на данном этапе работы мы затрудняемся сказать, какой именно компонент солевых батареек оказал такое негативное воздействие на растения.
Нами разработаны рекомендации по сохранению среды от загрязнения батарейками:
• по возможности покупайте и пользуйтесь техникой, для работы которой не нужны батарейки;
• покупайте батарейки, которые можно будет еще не раз заряжать;
• обращайте внимание на надписи «без ртути», «без кадмия» и подобные;
• не выкидывайте батарейки в мусорное ведро, сдавайте их на утилизацию.
Проблема утилизации батареек в нашем городе стоит очень остро. В настоящее время существует только один пункт приема батареек, представленный контейнером компании «Мегаполис-ресурс» в крупном торговом центре. Но этого недостаточно.
Нами было проведено анкетирование школьников и взрослых людей. Всего было опрошено 150 человек. Респондентам было задано три вопроса: «Знаете ли вы, что батарейки опасны для окружающей среды?», «Куда вы выбрасываете батарейки после использования?» и «Знаете ли вы, что батарейки можно сдать на переработку? Если знаете, то куда их можно сдать?».
Опасность отработанных батареек
Тимохин Михаил
Результаты показали следующее: 83 % опрошенных знают, что батарейки опасны для окружающей среды. 57 % выбрасывают их в мусор и только 43 % собирают дома в коробки. 61 % респондентов знают, что батарейки можно сдать на утилизацию, но лишь 12 % опрошенных знают, куда именно.
Таким образом, слабая информированность населения о пункте приема отработанных батареек и отдаленность торгового центра от центра города не меняют проблему отработанных батареек в лучшую сторону. И"
Литература:
Васильев, 2022 — Васильев С. Первые батарейки в мире: от древнейших времен и разработок Алессандро Вольты к современным элементам питания // 24СМИ, 2022. Режим доступа: https://24smi-org.torbopages.org/24smi.org/s/facts/295647-pervye-batareiki-v-mire-ot-drevneishikh-vremen-i-r.html (дата обращения: 20.07.2022).
Мутыгуллина, 2016 — Мутыгуллина Р. Чтобы вредные батарейки нам не отравляли жизнь // Казанские ведомости, 2016. Режим доступа: http://www.kazved.ru/article/70228.aspx (дата обращения: 20.05.2022).
Открытие..., 2021 — Открытие возникновения электрического тока при контакте двух различных металлов // Блог электрика, 2021. Режим доступа: https://lemzspb.ru/otkrytiye-vozmknovemya-elektricheskogo-toka-pri-kontakte-dvukh-razИchnykh-metaПov-kto (дата обращения: 20.05.2022).
Химические источники тока, 2018 — Химические источники тока // Энциклопедия электрика от А до Я «Электрик в доме», 2018. Режим доступа: https://elektrik-a.su/teoriya/himicheskie-istochniki-toka-1132 (дата обращения: 20.04.2022).
Чем отличаются., 2022 — Чем отличаются солевые батарейки от алкалиновых // В чем разница, 2022. Режим доступа: https://vchemraznica.ru/chem-otlichayutsya-solevye-batarejki-ot-alkalinovyx/ (дата обращения: 22.07.2022).
Комментарий специалиста
Оксана Юрьевна Цитцер, независимый эксперт НПО Центр «ЭкоСогласие»
В связи с тем, что наша современная жизнь немыслима без элементов питания — источников автономного электричества, вопрос обеспечения безопасности на всех этапах потребления элементов исключительно актуален. Особенно для подрастающего поколения, которое не мыслит свою жизнь без гаджетов и электронных игрушек. Поэтому именно просвещению этой части населения следует уделить большое внимание. И подобные работы этому содействуют.
Цель и задачи исследования сформулированы четко и понятно. Большое количество использованных литературных источников и ссылки на другие исследования подтверждают достаточную проработку исследований предшественников. Все методы, использованные в исследовании, обоснованы и показательны. Текст работы хорошо структурирован, последовательно изложено обоснование и материал исследований. Выводы соответствуют полученным результатам. Хотелось бы больше рекомендаций в части безопасного хранения батареек дома.
При этом можно отметить, что работа несколько архаичная. По нынешним временам никто не закапывает батарейки у себя на участке. Эффекты ожидаемые, а представление в процентах без абсолютных значений оставляет вопросы с точки зрения статистики. Работа, тем не менее, познавательна в экспериментальном плане и очень хорошо оформлена. Претензии, скорее, к постановке задач.
