Исследовательская деятельность школьников по химии и биологии

Автор: Козина Татьяна Валентиновна

Организация: ГБОУ Гимназия № 1554

Населенный пункт: г. Москва

Исследовательская деятельность является уникальным инструментом развития личности обучающихся, действенным фактором образовательного процесса, способствующим развитию педагога и ребенка, формирующим высокий уровень общественной культуры и образования [1]. Исследовательская деятельность учащихся связана с решением ими творческой задачи с заранее неизвестным решением, которая предполагает наличие основных этапов: постановку проблемы, изучение теории, посвященной данной проблематике, подбор методик исследования и практическое овладение ими, сбор собственного материала, его анализ и обобщение, собственные выводы. Главной целью является развитие личности учащегося, а не получение объективно нового результата, как в "большой" науке.

 

Результаты успешной исследовательской деятельности: ученик

• делает для себя открытие.
• развивается, приобретая новые знания, приобщаясь к организованной научной деятельности, овладевая специальными умениями и навыками.
• развивает свои коммуникативные навыки.
• участвует в значимом для себя деле.
• учится представлять свою работу, уважать и оценивать свой и чужой труд.

 

В качестве примера успешной работы по химии и биологии представляю исследование, выполненное ученицами 9 и 11 классов Красновской Алиной и Иляхиной Екатериной. Данная работа получила высокую внешнюю оценку на московских городских конкурсах.

 

Получение хитина и сравнение сорбционных свойств хитина разного происхождения

Обоснование темы. Хитин (C8H13O5N) (от др. - греч. χιτών: хитон — одежда, кожа, оболочка) — природное соединение из группы азотсодержащих полисахаридов. По распространенности в живой природе занимает второе место после целлюлозы. Хитин является основным компонентом кутикулы членистоногих и многих беспозвоночных, входит в состав клеточной стенки грибов и бактерий. В литературных источниках [2] мы обнаружили информацию о том, что ракообразные относительно устойчивы к действию катионов металлов, а грибы их активно накапливают.

Гипотезы: 1. Хитин, входящий в состав раковин ракообразных и образующий клеточные стенки грибов, обладает свойствами сорбента.

2. Сорбционные свойства хитина не зависят от его происхождения, т.к. хитин – вещество, состав которого выражается конкретной формулой.

 

Цель: изучение сорбции катионов металлов из растворов их солей хитином разного происхождения.

Задачи: 1. изучить виды сорбентов;

2. изучить применение хитина, в том числе в качестве сорбента, и его основные источники;

3. получить хитин из разных источников;

4. сравнить сорбционные свойства хитина разного происхождения.

 

Сорбенты.

Сорбенты (от лат. sorbens — поглощающий) — твердые тела или жидкости, избирательно поглощающие (сорбирующие) из окружающей среды газы, пары или растворённые вещества. В зависимости от характера сорбции различают абсорбенты — тела, образующие с поглощённым веществом твёрдый или жидкий раствор, адсорбенты — тела, поглощающие (сгущающие) вещество на своей (обычно сильно развитой) поверхности, и химические поглотители, которые связывают поглощаемое вещество, вступая с ним в химическое взаимодействие. Наиболее распространенными абсорбентами являются абсорбенты на основе стружки скорлупы кокосового ореха, торфяного мха. Твердые адсорбенты, применяемые в промышленных установках — активированный уголь (Carbonut WT), активированный оксид алюминия (Alumac A), силикагель, диоксид кремния (кремнезем) и др. — капиллярно-пористые вещества [4].

 

Применение хитина.

Впервые хитин был обнаружен в грибах в 1811 году профессором Генри Бреконнотом (Н.Braconnot, A.Odier), когда он являлся Профессором Естественной Истории и Директором Ботанических садов при Академии наук в Нанси. Франция. В 1830-ые годы он был выделен у насекомых и назван хитином [5].

В первой половине 20 века к хитину и его производным был проявлен заслуженный интерес, в частности к нему имели непосредственное отношение три Нобелевских лауреата. Вновь возникшему интересу в 1970-ые годы способствовала потребность в лучшем использовании раковин моллюсков. Учёные по всему миру начали отмечать отличительные свойства хитина и его производных и разбираться в потенциале этих природных полимеров. Хитин может перерабатываться на многие производные (дериваты), наиболее легко доступным является хитозан [6]. Хитозан имеет некоторые преимущества по сравнению с хитином, так как он растворим в воде. Исследованиями хитозана занимаются в 15 странах, и в настоящее время известно более 70 направлений практического применения хитина, хитозана и их модификаций, наиболее важными из которых признаны биотехнология и экология, пищевая промышленность, медицина, косметика, сельское хозяйство и ветеринария [7].

Свойства хитина и хитозана	Применение хитина и хитозана
металлосвязующие свойства	очистка сточных вод
хитин проходит через кишечный тракт в неизменном непереваренном виде	диетические добавки, корма для домашних животных
хитозан связывает и выводит из организма пищевые жиры, снижает уровень холестерина	курсовое лечение ожирения, при атеросклерозе, для очищения организма, а также для приема перед потреблением жирной пищи
антибактериальные противогрибковые и антивирусные свойства	повязки на раны, хирургические швы
хитозан обладает мощным положительным зарядом	ингредиент средств по уходу за кожей и волосами.
биоразлагаемость	съедобные пленки и покрытия, которые сохраняют качество и структуру пищевых продуктов
способность к стимулированию роста бифидобактерий	укрепление здоровья кишечника, противоопухолевые препараты

 

Методика и собственные данные.

а) Получение хитина животного происхождения[7].

• Отделили мясо от панцирей креветок.
• Сухие панцирные оболочки кипятили 2 часа в колбе с водой.
• Водный раствор слили, а остаток обработали при комнатной температуре 5% соляной кислотой.
• Слили кислоту, панцири промыли несколько раз водой и вернули в колбу.
• Прилили в колбу 5% раствор едкого натра и снова кипятили 2 часа.
• Окрашенный в тёмный цвет щелочной раствор, в который переходят белковые вещества панцирей, фильтровали, остаток промывали водой и ещё 2 раза попеременно обрабатывали кислотой и щёлочью.

 

б) Получение хитина растительного происхождения проводится аналогично и заключается в проведении стадий депротеинирования, деминерализации и депигментации с помощью химических реагентов – кислот, щелочей, перекисей [8].

Наблюдение: Полученный хитин представляет собой лёгкую белую массу.

в) Реакция Молиша [ 10].

• К небольшому количеству измельчённого хитина приливали 2 мл концентрированной серной кислоты.
• Хитин полностью растворился в кислоте.
• К раствору добавили 2-3 капли спиртового раствора резорцина.

Наблюдение: В ходе реакции на поверхности растворов в пробирках образовались кольца красно-малинового цвета, что является качественным признаком присутствия углеводов.

 

г) Адсорбция катионов переходных металлов выделенным хитином разного происхождения.

• Поместили в пробирки образцы хитина и залили их окрашенными растворами сульфата меди и сульфата железа (III).
• Через сутки сравнили цвета растворов в пробирках с контрольными исходными растворами солей.

Наблюдение: В пробирках с хитином грибного происхождения наблюдалось более сильное обесцвечивание раствора сульфата меди, что говорит о более активной адсорбции катионов меди, чем в экспериментах с хитином животного происхождения. Изменений в растворах сульфата железа (III) не произошло ни в одной пробирке.

5. Анализ полученных результатов.

Хитин является сорбентом. Хитин грибного происхождения обладает более высокой сорбционной способностью по отношению к катионам переходных металлов, чем хитин ракообразных.

Эти преимущества можно объяснить различиями в структуре полимеров. В литературе [4] указано, что в панцирях ракообразных макромолекулы хитина находятся в виде хаотично переплетенных и плотно упакованных микрофибрилл. В клеточной стенке грибов микрофибриллы расположены более рыхло, поэтому в процессе сорбции эффективно участвует вся поверхность микрофибрилл.

6. Выводы. В ходе работы нам удалось выделить хитин из разного сырья и провести с ним качественную реакцию. Наша гипотеза подтвердилась частично. Хитин – сорбент, но это вещество разного происхождения обладает разными сорбционными свойствами. Способность к поглощению твёрдым телом различных веществ из окружающей среды зависит не только от состава молекул, но и от площади поверхности сорбента, которая в случае с хитином грибного происхождения больше благодаря рыхлой структуре. Наша работа может быть продолжена в направлении изучения особенностей адсорбции хитином катионов разных металлов и получения хитозана.

 

Литература

1. Брославская Т. Л. Организация учебно-исследовательской и проектной деятельности обучающихся в условиях реализации ФГОС ООО // Молодой ученый. — 2015.
2. Астахов B.А. « Свойства адсорбентов», Москва, 2004
3. Дубинин М.М.. «Изучение свойств адсорбентов», Москва, 2003г.
4. Зимон А.Д. «Занимательная коллоидная химия: своеобразный мир частиц», Москва,2000г.
5. Коробков В.А. Внедрение природных сорбентов в практику профилактической энтеросорбции токсических металлов, Мурманск, 1997.
6. Леваньков С.В.Новые перспективы в исследовании хитина и хитозана. М.: ВНИРО, 1999.
7. Решетников В.И. Оценка адсорбционной способности энтеросорбентов и их лекарственных форм/В.И.Решетников // Химико- фармацевтический журнал-2003. Т. 37. №5.
8. http://www.medicinform.net
9. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/493.html
10. http://lacompany.ru/adsorbcionnye_filtry
11. http://nauka-boya.ru/772.html
12. http://aquaboss.ru/page/faq/aktivirovaniy_ugol
13. http://www.vesteco.ru/carbonc.html
14. http://www.tehnoinfa.ru/pererabotkinefti/20.html

Опубликовано: 16.07.2017