Химический  анализ сигаретного  дыма

 Исследовательская  работа 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Цель: Исследование сигаретного дыма.

Задачи:

1. С помощью качественных реакций доказать, что сигаретный дым содержит:

     а)  сероводород,

     б)  оксид углерода,

     в)  альдегид.

2. Выявить число курящих учеников в моей школе.

3. Проследить зависимость состояния здоровья от табакокурения.

 

1. Введение

 

   До  конца XV в. табак, вероятно, был известен только коренным жителям американского континента. Археологические раскопки показали, что 4000 лет назад, а возможно и раньше, североамериканские индейцы уже использовали это растение. В те далёкие времена табаку приписывали необыкновенные действия. Например, считалось, что табак целебен, его дым отпугивает болезни, злых духов и т. п. Табак считали стимулирующим и успокаивающим средством. Табачные листья использовали как лечебное вещество. Слово «табак» происходит от названия острова Тобаго, словом «tobacco» жители Америки называли большие скрученные листья, предназначенные для ритуального курения.

   После 1492г. испанцы и португальцы завезли  листья и семена табака в Европу. В Россию табак был завезен  английскими купцами в 1585г.

   Курение табака, а также применение его  в качестве лекарства часто вызывало тяжёлые отравления, нередко кончавшиеся смертью. Это заставляло правительства разных стран вести борьбу с курением.

   После опустошительного пожара в Москве в 1634г., причиной которого оказалось курение, оно было запрещено под страхом  смертной казни.

   Табак всё же оказался победителем. Вернее, победили плантаторы, фабриканты и купцы, получавшие баснословные прибыли от торговли сигарами и папиросами.

   В России торговля табаком и курение  были разрешены в 1697г. Петром I, который сам стал заядлым курильщиком после посещения Голландии. 
 
 
 

    

1. Теоретическая часть
0. Состав  дыма

   Проведя анализ табачного дыма, химики установили, что в нём содержится 91 органическое вещество. Причём концентрация большинства  из них в табачном дыме выше, чем  ПДК этих соединений в воздухе (например, концентрации стирола превышают ПДК этих соединений в атмосферном воздухе соответственно в 1037, 513 и 412 раз).

   Никотин, выделяемый из табака при курении, - один из самых опасных ядов растительного  происхождения. Количество никотина в  дыме зависит не только от содержания его в табаке, которое в большинстве сортов колеблется в пределах 2 - 3 %, но ещё в большей степени от условий, при которых происходит частичное сгорание и возгонка никотина. Относительно большее количество никотина возгоняется при достаточной влажности табака и когда курится более толстый слой табака; так курение трубки или толстой сигары, при сгорании равного количества табака, даёт большее содержание никотина в дыме, чем курение тонкой папиросы. Часть никотина нейтрализует формальдегид – другой яд, содержащийся в табаке.

   При курении происходит так называемая сухая перегонка: воздух при затяжке  табаком нагревается и извлекает  из него различные вещества, которые  вместе с дымом поступают в  лёгкие. Наибольшее значение при перегонки  имеют аммиак, оксид углерода (II), канцерогенные углеводороды ( лат. «канцер» - рак), способствующие возникновению злокачественных опухолей. Доказано наличие в табачном дыме и радиоактивного элемента полония(Po), который находится в табачном дыме в виде изотопа с атомным числом 210 и периодом полураспада в 138 дней. Испуская,  альфа лучи, полоний легко проникает через кожу, быстро превращается в аэрозольное состояние, отравляет воздух. 50 % полония, содержащегося в табачном изделии, при курении переходит в дым. Табачный дым также содержит синильную кислоту равную по своей ядовитости никотину; окись  углерода или угарный газ, угнетающий действие гемоглобина – основного переносчика кислорода в организме. Довольно опасным в больших количествах является также монооксид углерода или угарный газ (CO). Высокая его концентрация в воздухе может привести к смерти. Угарный газ, соединяясь с гемоглобином, образует так называемый карбоксигемоглобин, в результате чего часть гемоглобина исключается из процесса нормального дыхания организма, развивается кислородное голодание и человек «усыпает».  Угарный газ является продуктом неполного сгорания топлива, если в воздухе мало кислорода. А также может   выделяться при печном отоплении, что нередко приводило к смерти людей, находящихся в помещении. В табачном дыме содержится табачный дёготь, являясь концентратом жидких (органические кислоты, эфирные масла, анилин и другое) и твёрдых (частицы углерода, канцерогены, полоний) веществ, оседая на стенках воздухоносных путей, накапливается и в альвеолах. Часть табачного дёгтя выделяется при кашле с мокротой, а часть проникает в ткани слизистых оболочек, придавая им тёмный цвет.

   Аммиак  отлично растворяется в воде с  образованием слабощелочного раствора, известного под названием нашатырного  спирта.

         Стирол      радиоактивный никотин

     полоний канцерогенные смолы

    Угарный газ (бензопирен) 

                                                                                              формальдегид

    Канцерогенные     Табачный дым           синильная кислота

    углеводороды

               аммиак

карбоксигемоглобин органические кислоты 

                пиридин                           оксид углерода(II)

   В состав табака входят белки(10 %), углеводы(20 %), органические кислоты(10%). При сжигании табака образуются смолы(7-14%) и испаряются эфирные масла(1%).

   В состав дыма входит и бензпирен, который  относится к полициклическим  ароматическим углеводородам и  является наиболее опасным канцерогеном. Он образует светло-жёлтые кристаллы. Помимо табачного дыма, основным его  источником являются выхлопные газы автомобилей. Бензпирен также содержится в дыме, образующемся при сжигании опавшей листвы.   Во многих городах его концентрация в воздухе гораздо больше нормы, отсюда и наблюдаемый рост раковых заболеваний. 

Влияние никотина и бензопирена  на животных

   Птицы погибают, если к их клюву всего  лишь поднести стеклянную палочку, смоченную  никотином. Кролик погибает от 1/4  капли  никотина, собака – от 1/2   капли, а целая капля убивает лошадь.

   Попадание нескольких капель спиртового раствора бензопирена на кожу мыши вызывает в течение трёх месяцев развитие раковой опухоли. 

   2.3.Влияние  табачного дыма  на человека

   На  сегодняшний день, установлено, что  в процессе термического разложения никотина и других веществ, содержащихся в табаке, образуется около 1200 веществ, вредно влияющих на человека.

   Никотин в малых дозах сначала вызывает эффект возбуждения, а затем –  эффект угнетения. От 50 до 100 миллиграммов, или 2-3 капли никотина для человека смертельная доза. Со временем появляется зависимость к яду, и, в конечном счете, развивается хроническое отравление. У застарелого курильщика изменяется облик в результате поражения дыхательной, сердечно – сосудистой и пищеварительной систем. Никотин вызывает раздражение слизистых оболочек у человека, что способствует воспалительным реакциям организма. Курильщики более подвержены к простудным заболеваниям, у них снижен иммунитет. Оксид углерода(II) блокирует гемоглобин крови – это приводит к кислородному голоданию тканей различных органов. Дёготь, канцерогенные смолы, синильная кислота способны растворяться в слюне, что приводит их попаданию в желудок. Синильная кислота подавляет окислительные процессы в тканях. Бензопирен и дёготь могут быть одной из причин рака лёгких. Оксиды азота, муравьиная и уксусная кислоты раздражают и повреждают слизистую оболочку ротовой полости, верхних дыхательных путей. Полоний циркулирует по человеческому организму, поражая, прежде всего горло и лёгкие, а, распадаясь, он превращается в свинец(Pb), накапливающийся в печени и других органах человека. У курильщиков страдают все системы органов, но в первую очередь дыхательная. Хорошо известен бронхит курильщиков. Лёгкие курильщика теряют эластичность, становятся малорастяжимыми, что уменьшает их жизненную ёмкость: курильщики не могут долго бегать, у них появляются одышка, кашель. С годами у заядлых курильщиков возникает «хромота» - боли в конечностях даже при непродолжительной нагрузке. Заболевание может прогрессировать и приводить к возникновению гангрены и необходимости ампутации. Зубы у курильщиков имеют жёлтый цвет и многочисленные трещины. Это способствует развитию кариеса и разрушению зубов. Очень распространённое заболевание среди курильщиков это – язва. Большие дозы никотина парализуют мышечную систему.

   Курение вызывает склероз сосудов и повышает риск инфаркта миокарда, инсульта, заболеваний  артерий сердечной мышцы и  мозга. Курить трубку или сигару, как  и дышать сигаретой, - значит повышать вероятность возникновения полости  рта, глотки и гортани. Курение сигарет способствует развитию рака пищевода, поджелудочной железы и мочевого пузыря. Опухоли почек у курящих встречаются в 5 раз чаще, чем у некурящих. Не исключён и рак желудка как следствие курения.

   Риск  заболеть и умереть от болезни  сердца и сосудов (гипертония, стенокардия, инфаркт миокарда, инсульт) выше, если человек курит.

   У курящих беременных женщин выкидыши и мёртворождения  детей встречаются  в 2-3 раза чаще, чем у некурящих. Дети отцов, выкуривающих пачку сигарет  в день, в среднем весят на 125 грамм меньше, чем у рожениц, незнакомых с сигаретой. У детей, матери которых курили во время беременности, наблюдается предрасположенность к эпилептическим припадкам. Такие дети также отстают от своих сверстников в умственном развитии.

   Русскими  и зарубежными учёными установлено, что никотин и сухие частицы сигаретного дыма способствуют развитию многих аллергических заболеваний. Курение подростков в первую очередь сказывается на нервной и сердечно-сосудистой системах. В 12-15 лет они уже жалуются на одышку. Курение отрицательно влияет и на успеваемость. Статистика показывает: число двоечников возрастает в тех классах, где больше курящих. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Практическая  часть

   Практически доказано, что сигаретный дым содержит более 1200 веществ, однако за неимением  достаточного количества химических реактивов, в кабинете химии мы смогли доказать присутствие лишь трёх из них. Определение составляющих компонентов сигаретного дыма провели согласно в таблице №1 :

                                                                             таблица №1

 
 

3.1. Определение сероводорода(H2S)

   Набрали в грушу сигаретный дым и через стеклянную трубочку пропустили его в раствор AgNO3 (нитрат серебра). Образовалось кольцо и взвешенные частички чёрного цвета. Образование чёрного осадка указывает на присутствие S^2-.

   H₂S  +  2AgNO₃  →     Ag₂S ↓    +  2HNO₃

                                                           сульфид

                                                           серебра

                                                      (чёрного цвета)    
 

   

Определение оксида углерода(IV)

   Набрали в грушу сигаретный дым и пропустили через известковую воду. Помутнения раствора показывают на то, что сигаретный дым содержит CO₂.

   Ca(OH)₂   +   CO₂       →     CaCO₃ ↓     +      H₂O

                                            Карбонат кальция

                                     (белый осадок) 

3.2.Определение  альдегида (формальдегида)

   Через свежеприготовленный и предварительно подогретый Cu(OH)₂ пропустили сигаретный дым. Раствор сменил окраску с голубого на жёлтый.

   2NaOH   +  CuSO4   →    Cu(OH)2 ↓       +  Na2SO4

                                                                            гидроксид

                                                                      меди(II)

                                                                 (голубого цвета)

                                          O                                           O