Программа элективного курса "Химический анализ пищевых продуктов и мое здоровье"

Пояснительная записка

Данный курс предназначен для предпрофильной подготовки учащихся 9-х классов, имеет практическую направленность и знакомит с особенностями естественнонаучной исследовательской деятельности.

Основная цель курса заключается в создании предпосылок для осознанного выбора химико-биологического профиля обучения и может быть конкретизирована в следующих задачах:

• развивать и обогащать собственный опыт учащихся и их представления об окружающем мире и методах научного познания природы;
• расширить познавательные интересы и опыт поиска информации по заданной теме;
• развивать различные формы коммуникативной деятельности.

Содержание курса реализуется в шести учебных исследовательских задачах, что обеспечит участие учащихся в продуктивной деятельности, поможет оценить свои возможности и проявить способности. Все задачи имеют валеологический аспект и отобраны в соответствии с принципами:

• доступность и нетоксичность реагентов;
• практическая значимость работы;
• индивидуально-групповая форма работы.

Теоретические вопросы, рассматриваемые в курсе, выходят за рамки обязательного содержания, базируются на знаниях и умениях, полученных учащимися при изучении химии и биологии в основной школе. Исследовательский характер работ позволяет развивать умения: самостоятельно приобретать знания, критически оценивать полученные результаты, математически обрабатывать данные, выдвигать гипотезу, проверять ее, устанавливать закономерности, излагать свою точку зрения, выслушивать другие мнения и конструктивно обсуждать их. Выполнению исследовательских задач предшествует краткая информационная часть о методах химического анализа, в которой источником знаний могут быть и сами учащиеся, заранее подготовив сообщение по соответствующей теме. Учитель на занятиях курса по выбору выступает в роли координатора и консультанта.

Ожидаемые результаты предлагаемого курса по выбору:

• развитие познавательной активности, приобретение опыта поиска новой информации;
• расширение опыта исследовательской деятельности: наблюдение, выдвижение гипотезы, проведение эксперимента, обработка полученных данных;
• воспитание навыков сотрудничества при работе в группе и культуры ведения дискуссии, презентация результатов;
• сознательное самоопределение учащихся относительно профиля дальнейшего обучения.

Промежуточный контроль достижений учащихся осуществляется через наблюдение активности на занятии, анализ результатов выполнения задания, беседы с учащимися. Итоговый зачет можно выставлять по критериям: личное участие в проведении эксперимента, не менее одного представления результатов исследования, не менее одного выступления при обсуждении полученных данных.

Учебно-тематический план

Задача 1. Исследование токсичности веществ.

Для выполнения задачи применяют метод биоиндикации. Опыты проводятся над рачками – дафниями, обитающими в большинстве непроточных водоемов. Работа выполняется в группах по 2-4 человека, каждая исследует токсичность чего-либо: кофе, столовое вино, аспирин, димедрол, жевательный табак. Применяют растворы:

• кофе – крепкий свежесваренный (или растворимый);
• аспирин – растворить таблетку (500 мг) в 10 мл воды;
• димедрол – растворить таблетку в 10 мл воды;
• столовое вино – неразбавленное;
• жевательный табак – смешать 1 г с 10 мл теплой воды и взбалтывать до тех пор, пока раствор не приобретет янтарный оттенок.

Выполнение работы [4].

В пять пробирок, содержащих по 10 мл прудовой (или профильтрованной через бытовой фильтр “Роса”) воды, помещают по одной дафнии. Из пипетки в первые четыре пробирки добавляют один из исследуемых растворов в количестве 1, 2, 3 и 4 капель соответственно. Пятая пробирка является контрольной: в ней дафния, на которую не оказывается воздействия, остается здоровой на протяжении всего эксперимента, если она умирает, то полученные данные считаются недостоверными.

Каждая группа постоянно наблюдает за поведением дафний, фиксирует видимые изменения в движениях беспозвоночного, следит за изменением сердечного ритма и движения жабр. Все результаты записываются.

Обсуждение результатов.

Обсуждение результатов эксперимента можно провести по вопросам:

1. Что является активным компонентом в каждом из веществ?

Аспирин, кофе, димедрол, столовое вино и жевательный табак являются не индивидуальными веществами, а смесями. Логично предположить, что в состав этих смесей входит некий активный компонент, который и влияет на дафнию. Обычно принято считать активными компонентами те вещества, которые указаны в таблице [4]:

2. Почему одни вещества для дафний токсичнее других?

Это может быть объяснено с двух позиций: либо это вещество сильнодействующее, т.е. опасно для дафний даже в малой дозе, либо активный компонент содержится в высокой концентрации. Используя табличные данные, учащиеся рассчитывают минимальную токсическую концентрацию (МТК). Результаты расчетов представляются в виде диаграммы, обобщающей работу всех групп.

3. Можно ли утверждать, что токсичные для дафнии вещества токсичны и для человека?

Необходимо учесть два факта: во-первых, дафния соприкасается с раствором исследуемого вещества всей поверхностью своего тела, тогда как в организм человека оно поступает через рот или кожный покров. Во-вторых, эксперимент над рачками кратковременный, а значит, исключена возможность развития болезней, связанных с длительным употреблением этих веществ, поэтому интересно сопоставить экспериментально полученные результаты для дафний с данными о токсичности тех же веществ для более близких к человеку млекопитающих, например, крыс. Оценить токсичность можно по величине, указанной в таблице, LD₅₀ – дозе токсичного вещества, летальной для 50% общего числа крыс, подвергнутых его воздействию, статистика летальности определяется спустя неделю после введения токсичного вещества. Летальная доза показывает, насколько сильнодействующим является вещество: чем ниже доза, тем токсичнее вещество.

Задача 2. Содержание железа в продуктах питания.

Железо – важный микроэлемент, присутствующий в организме человека, составная часть белков – переносчиков кислорода (гемоглобина и миоглобина). Богаты железом продукты: печень, мясо, зеленые листья овощей, цельное зерно.

Для выполнения этой работы применяется метод визуальной колориметрии, который основан на крайне чувствительной реакции взаимодействия ионов железа(III) с тиоцианат-ионом SCN^- , приводящей к появлению ярко-красной окраски:

Fe³⁺ (водн.) + SCN^- (водн.) > Fe(SCN)²⁺ (водн.) красная окраска

Интенсивность окраски определяется количеством присутствующих в исходном растворе ионов железа (III).

Задание. Определите содержание железа в различных продуктах.

Выполнение работы [2].

Положите в фарфоровый тигель 2,5 г образца продукта и, не закрывая его, прокаливайте на горелке до превращения образца в золу сероватого цвета (следите, чтобы золу не сдуло потоком воздуха). Когда тигель остынет, перенесите всю золу в стакан емкостью не менее 50 мл. Добавьте в стакан 10 мл 2 М HCl и интенсивно перемешайте в течение 1 мин. Затем добавьте 5 мл дистиллированной воды.

Соберите прибор для фильтрования. Вылейте содержимое стакана на фильтр и соберите 5 мл фильтрата в пробирку (остальной раствор и фильтр выбросьте).

Добавьте к фильтрату 5 мл 0,1 М раствора KSCN. Закройте пробирку пробкой и интенсивно перемешайте встряхиванием. Сравните полученную окраску со стандартной (стандартные растворы готовит учитель заранее) и запишите концентрацию ионов железа в анализируемом растворе.

Обсуждение результатов.

Каждая группа представляет свои результаты, сравнивает их с результатами других групп. Затем обсуждение можно провести по вопросам:

1. Как вы думаете, соответствуют ли полученные вами цифры содержанию железа в исходном образце?
2. Какой из исследованных продуктов питания богаче всего, и какой беднее всего железом?
3. В куске белого пшеничного хлеба 0,8 мг железа. Сколько кусков нужно съедать в день для удовлетворения суточной потребности (для людей в возрасте 11 – 18 лет она составляет 18 мг) в этом микроэлементе?

Задача 3. Определение кислотности молока.

Задание. Определите кислотность выданного вам образца молока.

Выполнение работы [1].

1. Титрование щелочью. К 50 мл молока прибавьте 4 мл раствора фенолфталеина (2% в этаноле) и титруйте полученную смесь 0,1 М раствором щелочи до появления розовой окраски. Удвоенный объем прибавленного реагента (в миллилитрах) численно равен количеству градусов кислотности молока. Свежее молоко должно иметь 16-18 и не выше 21 градусов кислотности.
2. Проба на кипячение. Нагрейте в пробирке несколько миллилитров молока и посмотрите, свернулось оно или нет. Свертывание может произойти только в том случае, если кислотность молока выше 23 градусов.
3. Алкогольная проба. Определите кислотность исследуемого молока, руководствуясь следующими данными:

Обсуждение результатов.

Каждая группа представляет полученные результаты. Далее обсуждение можно вести по вопросам:

1. Почему молоко в кислой среде свертывается, и из чего состоит сгусток?
2. Знаете ли вы, как называется молочный белок?
3. Сколько белка должен потреблять в день человек весом 50 кг в 15 лет (потребность 0,82 г на 1 кг веса)? Сколько стаканов (200 мл) молока нужно для этого выпить?
4. Белки участвуют в построении всех тканей организма, но использовать чисто белковую диету было бы неразумно. Почему?

Задача 4. Определение содержания NaCl в сыре.

Работа выполняется титриметрическим методом. Желательно, чтобы каждая группа проводила анализ разных сортов сыра или одного сорта, но произведенных на разных заводах.

Задание. Определите содержание поваренной соли в образце сыра.

Выполнение работы [3].

Образец сыра массой 5г измельчают, помещают в термостойкий стеклянный стакан, заливают 50 мл воды, нагревают на плитке до кипения, перемешивают и охлаждают.

Отбирают пипеткой 10 мл раствора и переносят в колонку с ионитом. Раствор пропускают со скоростью 3-4 капли/с, собирая в колбу для титрования. После раствора пропускают 50 мл воды, продолжая собирать фильтрат в ту же колбу.

В колбу с фильтратом добавляют 3-4 капли метилоранжа и тируют из бюретки 0,1 М раствором щелочи до перехода окраски в соломенно-желтую.

Вычисления проводят по формуле:

Подготовка катионита: заливают водой 15 г катионита КУ-2 и оставляют на 5 ч для набухания. Затем взбалтывают с водой и переносят в колонку или бюретку (d=12-15 мм), помещают сверху рыхлый ватный тампон и пропускают 100 мл 7%-ной соляной кислоты со скоростью 2-3 капли/с. Каждую следующую порцию раствора приливают после того, как предыдущая опустится до уровня ватного тампона. Необходимо следить, чтобы нижний уровень мениска не опускался ниже верхнего края слоя катионита. Затем промывают катионит до нейтральной реакции по метилоранжу. На этой колонке можно провести до 20 проб, после чего катионит регенерируют, пропуская 50 мл соляной кислоты.

Обсуждение результатов.

Каждая группа представляет полученные результаты, на основании которых составляют сводную таблицу или диаграмму, отражающую колебания содержания поваренной соли в разных сортах сыра. Вопросы для обсуждения:

1. Для чего в продукты добавляют поваренную соль?
2. Может ли стать ядом для организма поваренная соль? Почему?
3. Почему после употребления слишком соленых продуктов человек испытывает жажду?

Задача 5. Анализ безалкогольных напитков [5].

Задание. В очень жаркую погоду невозможно представить себе прогулку по городу без газированной воды, причем ее выбор обычно нам диктует вездесущая реклама, ориентируясь только на нее, можно иногда существенно повредить здоровью. Возьмите стакан с накипью или осторожно перенесите в чистый стакан накипь со стенок чайника и прилейте туда немного газированного напитка. Что вы наблюдаете? Как можно объяснить наблюдаемые явления? Определите, какие вещества, вызывающие наблюдаемый эффект, и в каком количестве содержатся в исследуемом образце. Могут ли они нанести вред здоровью?

Воспользовавшись информацией на этикетке напитка и на сайте www.ecolife.org.ua, определите, какие пищевые добавки присутствуют в исследуемом образце. Какие из них могут вредно воздействовать на внутренние органы?

Результаты анализа качества безалкогольных напитков занесите в таблицу:

Выполнение работы.

Для ответа на первый вопрос учащиеся применяют уже известный им метод кислотно-основного титрования.

Хорошо если, отвечая на второй вопрос, учащиеся могут сами получить информацию на сайте. При отсутствии такой возможности учитель заранее подготавливает эти сведения сам или дает задание кому-либо из учеников.

Обсуждение результатов.

Каждая группа представляет свои результаты исследования напитков. Далее обсуждение можно провести по вопросам:

1. Для чего в напитки добавляют кислоты?
2. Какие напитки вы рекомендуете использовать в жаркую погоду? Почему?
3. В домашних условиях можно приготовить из соды, лимонной кислоты и воды самодельный газированный напиток, так называемую шипучку. Какую роль играет каждый компонент? Сколько необходимо каждого компонента, чтобы при их смешении получить 1 л напитка, в момент приготовления которого выделилось бы 540 мл углекислого газа, а концентрация лимонной кислоты в растворе составила 0,014 моль/л?

Задача 6. Определение витамина С в напитках.

Витамин С, известный также как аскорбиновая кислота относится к водорастворимым витаминам. Очень неустойчив, легко реагирует с кислородом и теряет активность под действием света и тепла. Анализ выполняется методом титрования и основывается на взаимодействии витамина С с иодом:

Задание. Определите содержание витамина С в напитках (группам предложить для анализа разнообразные напитки, включая молоко).

Выполнение работы [2].

1. Определение коэффициента пересчета (количество мг витамина С, реагирующее с 1 мл раствора иода).

В колбу емкостью 125 мл пипеткой отмерьте 25 мл раствора витамина С (концентрация 1 г/л), добавьте 10 капель 1% суспензии крахмала.

Бюретку заполните раствором иода и медленно по каплям добавляйте его в колбу. Продолжайте добавлять, пока в колбе не появится синяя окраска, устойчивая в течение 20 секунд. Запишите какой объем раствора иода израсходован.

Рассчитайте коэффициент пересчета, разделив 25 мг витамина С на объем (в мл) используемого раствора иода, и запишите в тетрадь (размерность мг витамина С/мл раствора иода).

2. Определение витамина С в напитках.

Отмерьте пипеткой 25 мл образца в колбу и проведите титрование по описанной выше методике. При этом учтите, что окраска анализируемого раствора может изменять цвет комплекса крахмала с иодом. Например, красный цвет раствора в сочетании с синей окраской комплекса приведет к тому, что в конце титрования появится фиолетовое окрашивание. Запишите результаты и проведите необходимые расчеты.

Обсуждение результатов.

Группы представляют полученные результаты, занося их в таблицу в порядке уменьшения содержания витамина С.

1. Показались ли вам неожиданными полученные результаты? Почему?
2. Какие еще продукты питания содержат много витамина С?
3. Специалисты в области питания советуют потреблять овощи и фрукты свежими, без длительной тепловой обработки. Почему к этому совету стоит прислушаться?

Литература

1. Астафуров В.И. Основы химического анализа. Учеб. пособие по факультативному курсу для учащихся IX – X кл. М.: Просвещение, 1977. – 160 с.
2. Американское химическое общество. Химия и общество: Пер. с англ. – М.: Мир, 1995. – 560 с.
3. Можаев Г.М., Симинихина Н.В. Учебный исследовательский эксперимент//Химия в школе.-2003.-№1.-с. 52-54.
4. Химия. Интересные уроки: Из зарубежного опыта преподавания / Авт. – сост. В.Н. Головнер. – М.: Изд–во НЦ ЭНАС, 2001. – 136 с.
5. Цобкало Ж.А., Мычко Д.И. Развитие исследовательской деятельности учащихся при проведении обобщающего практикума//Химия в школе.-2003.-№8.-с.65-70.